淺談沖擊壓實技術在路基施工中的應用

趙寶利

（唐山市規劃建筑設計研究院，河北唐山，063000）

1 概述

沖擊壓實是上世紀90年代我國引進的一項新型的地基壓實技術，它是采用沖擊壓路機代替普通壓路機進行地基壓實的方式，隨著我國經濟的高速發展，這項技術被廣泛應用于建筑行業的多個領域，包括道路路基、機場、水電等工程，尤其是道路路基方面采用最多。

沖擊壓路機由曲線為邊而構成的正多邊形沖擊輪在位能落差與行駛動能相結合下對工作面進行靜壓、搓揉、沖擊，其高振幅、低頻率沖擊碾壓使工作面下深層土石的密實度不斷增加，受沖壓土體逐漸接近于彈性狀態，具有克服路基隱患的技術優勢，是土石方工程壓實技術的新發展，與一般壓路機壓實不同，沖擊壓實方式壓實土石的效率可以提高3-4倍，表1是沖擊壓路機與普通壓路機主要參數對比：

沖擊壓路機有三邊形、四邊形、五邊形（圖1為三邊形沖擊壓路機），它所具有的動力來自于三部分: （1）沖擊輪重心位置提升所蓄的勢能；（2）沖擊輪轉動的動能；（3）沖擊輪在滾動過程中克服土體變形所做的功。沖擊能量的大小與碾輪的質量、質心的高度、牽引的速度、非圓形輪廓的邊數和土質等參數有關，但勢能是最基本和主要的，并且可以計算表征的，其它方面的動力不易表征，故采用沖擊輪的勢能作為沖擊壓路機的沖擊能量，根據沖擊能量分為25kJ、15kJ、20kJ、30kJ等多種型號，沖擊能量E=mgh

m-沖擊輪的質量（kg）

g-重力加速度（9.81m/s2）

h-沖擊輪外半徑（R）同內半徑（r）的差值，h=R-r（m）。

表1 沖擊壓路機與普通壓路機施工參數對比

表2 水平沖擊壓實安全距離

2 適用范圍

圖1 三邊形沖擊壓路機

隨著沖擊壓實技術應用越來越成熟，在地基、填石路基，土石混填路基中效果顯著，百試不爽，除此之外，路基補壓、舊砂石壓實、舊水泥路面破碎壓實等等均積累了不少的經驗。但是依然有它的局限性或受限制條件，以下兩方面為其中影響最大的限制條件：第一，含水量，尤其對于細粒土，含水量較低，很難滿足壓實度要求，又容易產生揚塵污染環境；含水量較高，易出現彈簧土，因此對于含水量的有效范圍，《公路沖擊碾壓應用技術指南》規定：細粒土含量大于等于50%，ωopt-4%≤ω≤ωopt+2%，細粒土含量小于50%，ωopt-3%≤ω≤ωopt+2%，高液限土含水量上限30%。其次，對構造物的影響，沖擊壓路機壓實路基時能量較大，必然對一定范圍路基內構造物造成破環，為此，《公路沖擊碾壓應用技術指南》同樣規定了安全距離，其中垂直距離不小于2.5m，水平距離如表2所示。

3 實例應用

3.1 唐山市某三級公路，全線設計速度采用40km/h，路面寬度7m，路基寬度8.5m，道路全長11.594km，擬建工程位于唐山市，擬建場地地勢起伏較大，地形較為復雜，地貌為丘陵及低山地貌。K0+500-K2+500段揭露地層：

第1層，耕土（Q4pd）：褐黃色，松散，稍濕，以粉質黏土為主，土質不均勻，結構松散，含有少量碎石、磚頭等雜物。

圖2 沖擊遍數與沖擊沉降量關系曲線

圖3 壓實遍數與壓實遍數關系圖

表3 水準現場測量記錄表

表4 回彈模量結果表

表5 載荷試驗結果表

第2層，填筑土（Q4ml）：雜色，稍密，稍濕，附近選礦廠礦砂沖填為，以粗砂中砂為主，砂質不純，結構松散，含少量粘性土。

第3層，填筑土（Q4ml）：雜色，中密，稍濕，附近選礦廠礦砂沖填為，以粗砂中砂為主，砂質不純，含少量粘性土。

第4層，粉質黏土（Q4al+pl）：褐黃色，可塑，以黏土礦物為主，刀切面稍有光澤，韌性中等，干強度中等，搖振反應無，含鐵質氧化物。

第5層，粉土（Q4al+pl）：黃色，稍密，稍濕，刀切面無光澤，韌性低，干強度低，搖振反應中等，土質不均勻，夾粉黏薄層。

第6層，粉土（Q4al+pl）：黃色，稍密-中密，稍濕，刀切面無光澤，韌性低，干強度低，搖振反應中等，土質不均勻，含碎石。

第7層，礫砂（Q4al+pl）：黃色，稍密-中密狀態，稍濕，礦物成分以石英，長石為主，顆粒呈圓狀或亞圓狀，級配一般，顆粒粒徑2-20mm之間。

第8層，卵石土（Q4al+pl）：褐色，中密-密實，稍濕，以石英質卵石為主，顆粒呈亞圓狀或次棱角狀，粒徑為2-20cm，以中粗砂及粉質黏土充填。

第9層，粗砂（Q4al+pl）：褐色，密實，稍濕。礦物成分以石英，長石為主，顆粒呈亞圓狀或圓狀，級配良，砂質不純，含卵石土夾層。

設計中該段全段為挖方路段，采用路基處理方式為：原地面采用沖擊壓路機沖擊壓實，壓實后換填0.4m厚土石混填料，振動壓路機壓實。

沖擊壓路機選用雙輪組五邊形15KJ型號，選擇樁號范圍K1+150-K1+300段作為試驗段，根據設計開挖至設計標高，平地機整平后分別在工作面選擇不少于20個點位，作為沉降觀測點，分別在壓實前，壓實5遍、10遍、15遍、20遍、25遍、30遍進行水準測量；沖擊壓路機壓實，記錄下沉值，表3為試驗段沉降現場記錄表：

圖中顯示，沖擊壓實遍數10-20遍時，沉降量增長較快，20遍時出現拐點，20-30遍下沉增長較慢，趨于穩定。

采用表面波密度儀測表面波并計算壓實地面下50cm、100cm處壓實度，每20m為一處，試驗段共8處，如圖3所示為K1+220處壓實遍數與壓實度關系圖（其余各處均類似，無明顯突變現象），

由上圖可知，壓實10遍，壓實面下50cm處壓實度大于94%，壓實20遍，壓實面下100cm處壓實度大于96%。

回彈模量E0，沿線布置共測4處8個點位，位置為每半幅的中間，見表4；地基承載力試驗采用現場載荷板試驗，見表5

表6 現場測量彎沉值記錄表

表7 標貫試驗結果表

標貫試驗

地基處理前、處理后在場地內同樣的位置處做標準貫入試驗，深5m，沿著道路每50m在路中心做一個標貫點，試驗段共取三個點位。表4為地基處理結束滿28天后試驗數據：

4 處理效果分析

通過以上試驗數據分析，確定試驗段地基土層沖擊壓實處理后，加固深度可達6～8m，承載力大于120KPa，路基頂面回彈模量大于30MPa，各項指標均滿足要求。

因此確定沖壓遍數不得少于20遍作為全段壓實參數，且不能漏壓，沖擊壓實工作面長度以200-500m為宜，先后沖壓段搭接長度不應小于15m。（注：沖壓過程中，如發現地基土含水量較大或出現彈簧土現象，采用翻挖晾曬降低含水量或摻加干土）。

道路全段沖擊壓實完成后，填筑40cm厚土石混填材料，采用自重不小于18t的振動壓路機強震碾壓不少于6遍，壓實沉降差平均值不大于5mm，標準差不大于3mm。

路基全部填筑完成后，采用標準軸載BZZ—100檢測路基頂面彎沉，表6為現場記錄竣工彎沉表

最終檢測彎沉均滿足設計要求不大于237.5（0.01mm），該段道路竣工一年后沉降6.3-12.5cm。

5 結語

沖擊壓實的應用應考慮多方面因素，例如：地形地貌，土質條件，道路等級、工期等，任何一條路施工時均需鋪筑試驗段或參考同區域其他道路施工情況，確定相應參數，如正式施工時，檢測達不到要求還要及時調整參數值。

施工前必須調查清楚場地構造物情況，如不滿足安全距離，還應采取保護措施或者局部采用其他小型機械壓實工具。

壓實效果檢測方面，沉降量最直觀也是最容易測量的方法，但是對一般填土而言，僅沉降量無法完全說明總體壓實效果，因此，還要從壓實度，貫入值、彎沉、承載力等多角度對其評價。

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