沖擊碾壓在高速公路路基施工中的應用

衛 斌

(貴州高速公路集團有限公司)

1 工程概況

貴都高速公路是連接貴陽至都勻的高速公路，也是廈蓉高速公路貴州段重要組成部分，起于貴陽市花溪區小碧鄉秦棋，經龍里至都勻，與廈蓉高速公路都勻至水口段相連。全長約80km，并同步建設二、三級公路連接線約10km，總投資估算為67.89億元。全線按雙向四車道高速公路標準建設，整體路基寬26m，設計速度每小時100km。

2 沖擊碾壓工法特點和使用范圍

2.1 工法特點

沖擊碾壓有其自身的特點，在碾壓中，壓實輪的曲線條數和特點決定了路基碾壓后的特點及外觀。常見的壓實輪可與分為可分為三邊弧形、四邊弧形、五邊弧形等形式。

壓路機在施工中，由于壓實輪重心離地面的高度在不斷地變化，并且沒有規律性，同時會隨著作業的重力的不同產生大小不一的勢能和動能，這些能量是推動碾壓機繼續作業的原動力。

沖擊式壓路機有施工效率高、速度快、成本低等特點，在各種公路建設和施工中被廣泛采用。沖壓式壓路機沖擊碾的速度一般在12～20km/h，尤其對較長、較寬的路基段落，效率更高。作用范圍大，沖擊碾的壓實影響深度在2m，比傳統的壓實機械有更好的壓實功效，有效解決普通壓路機需要嚴格控制層厚的問題。工費較低，按沖擊20遍計算，每平方米費用約4元。

2.2 適用范圍

工法適用于地基沖碾，各種填土、填石的各級公路路基分層碾壓，路堤(床)補壓。自行式沖擊壓路機單塊最小沖壓施工面積不宜小于1000m2，牽引式沖擊壓路機單塊施工面積不宜小于1500m2。

較窄的工作面設置了轉彎道的最短直線距離不宜小于100m，寬度不宜小于6m。此處所指的工作場地面積是指排除了需避讓的構造物之后的能夠沖壓的凈面積。加筋土擋墻路段不宜采用沖擊碾壓;舊路改建中遇到的擋墻、橋梁和涵洞等的承載力不足以承受沖擊碾壓荷載需加固的路段。

3 沖擊碾壓在高速公路路基中的施工方法

3.1 施工準備

對需要進行沖擊碾壓的地段，進行清理整平，以保證均勻傳遞較大的沖擊力，使沖擊碾壓達到最佳效果，在無法轉彎的地段還要修筑轉彎道，以利沖擊壓路機轉彎行駛。同時，對沖擊碾壓機械的性能進行了解、熟悉。

然后在現場實際布置沉降觀測點，可以通過白灰布點，也可以利用全站儀實際測量坐標，這樣更加準確。選定試驗路段進行沖擊工藝探索，確定最佳沖擊碾壓遍數。

3.2 試驗段布置

為獲得最佳沖擊效果和最合理的沖碾遍數，在K82+220～570段做高填方試驗段。

實驗段準備工作:沖碾前統計沖擊路段填筑高度、層次、已經用于填筑的土的物理(力學)性能實驗結果，在路基上有規律的布置一系列測點，用白灰作出標記。實驗段選在K82+220～K82+570填方段94區域第136層，分別在K82+300、460兩個斷面上布置6個點。然后用水準儀測量高程(或相對于某固定點的讀數)，記錄第一組測量數據(即沖碾前的高程)。

3.3 具體沖碾過程

(1)碾壓施工中，一定要掌握具體的碾壓方法，才能確實保證碾壓質量。壓路機應當首先從路基的一側開始碾壓，速度不宜過快也不宜過慢，碾壓應進行多變，避免遺留下某些死角，破壞了公路的整體美觀，也會對公路的質量造成負面的影響。由于碾壓機有自身的作業特點，至少應進行五遍碾壓，才能保證路基的每個方向每個角落都得到了充分的碾壓。在確保全部完成沖壓后，可以停止沖碾，進行高程檢測。

(2)先準確恢復測點，測出測點高程，記錄第二組測量數據(即沖碾第五遍時的高程)。

(3)然后沖碾繼續進行，檢測并記錄沖碾第10遍、15遍、20遍、25遍的高程和壓實度數據并將結果整理匯總成表(如表1)。

表1 沉降量結果整理匯總表

經過對表格的分析，可以得出，沖碾遍數和沉降量之間有著密切的關系。路基的沉降量會隨著碾壓次數的增加得到明顯的提高。上表可以看出，在進行了20遍沖壓以后，沉降量明顯的符合了相關的要求和規范，在此條件下的路基符合質量要求，可以進行施工了，所以路基每次沖碾時應不少于20遍為宜。據不同填料，沖碾遍數不盡相同，需做試驗段確定。

3.4 優點

每小時壓實的基礎可高達20 000m2。平均工作速度為10～15km/h。壓實影響深度可高達5m，有效壓實深度2m。每次填方厚度為800～1200mm。工程效益是其它設備的十倍。有效減少工后沉降現象、提高路基整體強度。

4 沖擊碾壓施工的質量控制措施質量控制

4.1 高速公路壓實度的控制

沖擊遍數的增加，各個層次的壓實度均有明顯的提高，離表層20cm處尤為突出，沖壓20遍后壓實度增加值達到了20％以上，但當土粒密實度達到一定的上限后，即使沖擊次數增加，沖擊的效果也不明顯。圖1中沖擊第21～25遍雖然深度為20cm的密實度有所增加，但50、80、100cm深度的密實度從整體意義上來講變化不大，由此說明:沖擊碾壓施工工藝對地基表層以下20～100cm的密實度具有明顯的改善效果，但當密實度達到一定的上限后，即使增加沖擊遍數，沖擊效果也不明顯，從經濟角度來講，無非是增加施工成本，這是不科學的。

圖1 沖擊遍數—壓實度曲線關系圖

4.2 DN值的控制

將圖1結合圖2可以看出:DN值的數據表現出較大的離散性，但還是能明顯的表現出曲線趨勢:地表以下20cm的承載力最大，隨著沖擊遍數的增加，壓實度增大，DN值逐漸減小，它們成反比關系，由此說明:地基承載力隨著沖擊遍數的增加而遞增。

4.3 相對濕陷系數的掌握

對沖擊碾壓25遍后的土樣進行相對下沉系數試驗，試驗結果表明:采用25kJ的拖式沖擊壓路機對濕陷性等級在Ⅰ～Ⅱ級的黃土地基進行沖擊碾壓25遍后，隨著沖擊遍數的增加，濕陷逐步消除。含水量大不一定是造成濕陷的主要原因，含水大的土常年被水浸泡，對水產生了一定的抵抗作用。相對濕陷系數是檢驗土在水中的變形量，從圖3中沖擊第11～15遍數據可以得出，雖然沖擊遍數增加，但土消除濕陷較小，原因是沖擊第11～15遍的檢測時間間隔不足半天，土中超靜水壓力未來得及消除，而第16～20遍的沖擊時間間隔為5d，土中的超靜水得到充分消散，故土的濕陷消除大。

圖2 沖擊遍數-DN值關系圖

圖3 壓實度—濕陷系數曲線關系圖

4.4 沉降值的控制

在沖擊碾壓25遍的過程中，對每沖碾5遍的沉降值進行觀測，觀測結果表明:采用25kJ的拖式沖擊壓路機對濕陷性等級在Ⅰ～Ⅱ級的黃土地基進行沖碾25遍時，第1～5遍沖擊沉降量最大且達到6.5cm，第21～25遍時沉降量只有2.4cm。得出結論:隨著沖擊遍數的增加，沉降量越小。

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