分析沖擊壓實技術在高速公路路基中應用

張玉超

(九江市公路管理局德安分局)

1 引 言

在高速公路施工的過程中，路基的壓實加固是整個工程的重難點所在。尤其在地理結構復雜、工期較緊的情況下，采用傳統壓實方法無法滿足施工要求，這時沖擊壓實技術的高效性便能得到良好體現。沖擊壓實技術最早于上個世紀70年代，被應用于南非礦石開采工程中，之后隨著南非采礦技術的不斷提高而快速發展起來。在上個世紀九十年代末期該技術被引入我國，因其能夠提升工程質量、縮短工程周期等優點，在我國高速公路的大規模建設中被廣泛應用，為我國高速公路建設的快速發展做出了巨大貢獻。

2 沖擊壓實技術的工作機理及技術特點

傳統的壓路機采用的是圓柱形的壓實輪，利用滾筒內置的旋轉偏心輪產生慣性力與路面發生比壓路機自重大幾倍的撞擊，從而達到壓實路基的目的。與傳統壓路機相比，沖擊壓實機的壓實輪由圓柱形變為規則的多邊形，這一改進增加了壓實輪在工作中與地面的接觸點和沖擊面。我們可以從工程力學與物理學兩個方面來對沖擊壓實技術進行研究。從工程力學角度來看，在沖擊的過程中，沖擊壓實機以靜壓、沖擊、搓揉等多種方式連續交叉的對土石材料進行碾壓作業。在這種高強度的碾壓之下，土石結構從宏觀上會發生碎裂變形，內部土石顆粒會在切應力的作用下發生剪切變形，以致整個土體結構產生大量的裂縫，加速地基土體的固結。從物理學角度分析，沖擊壓實技術是通過對土體的碾壓形成振幅較高、頻率較低的壓力波，壓力波與土體作用產生比靜載荷大很多的作用力。由于波的傳播特性，壓力波會從土表向土內傳播，在壓力波傳遞的過程中，又會對土石結構產生新的作用力，如此逐層深入，直至壓力減小為零。所以沖擊壓實技術不僅可以減少路基的鋪筑層次，提升工程質量，還能改善路基的平整度，提高壓實深度。

通過對沖擊壓實技術的工作機理的分析，結合日常施工經驗，我們可以從三個方面把握其技術特點。(1)填料含水量要求不高。沖擊壓實技術的特點使得在實際施工過程中，對填料含水量要求不高，基本只需要將回填土刮平之后就可開始碾壓。所以這種技術對于水資源稀少的地區的公路施工有著重要意義。(2)壓實效果明顯。沖擊壓實工程中所形成的沖擊波不僅具有相當的作用力，而且會不斷向內層傳播3～5 m 的距離，使得壓實層富有彈性，壓實效果明顯。(3)增加回填層厚度。因為沖擊壓實技術的實用性，使得我們可以直接對原路面進行碾壓施工，無需進行前期的表面處理工作，不僅能節約時間，也能增加回填層厚度。

3 沖擊壓實技術的應用

沖擊壓實技術在高速公路路基中的應用，其目的在于提升路基的壓實度以及均勻性，減少完工后的路基沉降。下面就沖擊壓實技術在高速公路路基施工中的具體測試結果來對該技術的應用進行分析。

選取兩段長度均為100 m 的高速路堤，樁號標記為K115 +520～K115 +620 及K120 +220～K120 +320。在每一段中均設立2 個斷面，標記為K115 +560、K115 +600、K120 +260、K120 +300。然后在每個斷面處均設立A、B、C三個監測點，并分別用三邊形沖擊壓路機進行10 遍、20 遍、30 遍的沖擊碾壓。通過這樣的對比試驗，我們得到如下結論:(1)沖擊碾壓10 遍之后，12 個監測點中沉降量最大為53 mm，最小為3 mm，平均沉降量為27 mm;同時壓實度測試顯示壓實度最大提升率為2.2%，最小提升率為0.2%，平均提升率為1.3%。(2)沖擊碾壓20 遍之后，最大沉降量為58 mm，最小沉降量為6 mm，平均沉降量為36 mm;壓實度最大提升率為3%，最小提升率為0.6%，平均提升率為2%。(3)沖擊碾壓30 遍之后，最大沉降量為62 mm，最小沉降量為8 mm，平均沉降量為43 mm;壓實度最大提升率為3.6%，最小提升率為0.9%，平均提升率為2.5%。將上述結果經過整理之后，我們得到對比分析數據表，見圖1、圖2。

圖1 對比數據

圖2 對比數據

通過上述試驗，在兩端高速路堤采用三邊形沖擊壓路機碾壓30 遍之后，壓實度平均值由原來的84.5%提高到了96.6%，而此路段的平均沉降量為22.3 cm，處于標準規定的范圍之內。通過多方面的對比我們還發現，采用沖擊壓實技術之后，路基的平整度得到了較大提高，路基彎沉也大大降低。另外通過對比碾壓10～20 次及20～30 次時，沉降量平均增長率與壓實度的平均增長率可以發現，隨著碾壓次數的增加，沉降量與壓實度的平均增長率并非成線性增長，增長率會隨著次數的增多而逐漸降低，最終趨于穩定狀態。從力學角度來講，經歷了沖擊力的作用之后，土石顆粒間的間隙會越來越小，但這也只是局限于土體結構的物理變化，其內部離子之間依舊存在著相互作用力，想要完全消除，靠單純的力學沖擊幾乎無法實現;另外隨著土石顆粒越來越小，受力分布越發的不均勻，也是導致后期效果不顯著的原因。

4 施工注意事項

4.1 防止損壞路肩

沖擊壓實技術之所以能提高路基的壓實度，其原因是由于多邊形壓實輪與地面作用產生了相當大的沖擊力，所以應避免因沖擊力過大而造成路肩損壞。在施工過程中，壓路機的外邊緣應與路基邊緣保持一定的距離，并規律性的來回碾壓，以防因內部切應力的作用而造成土石顆粒發生較大位移，從而損壞路肩。

4.2 有效避開結構物

在施工過程中，因土體結構的復雜性，很可能碰到一系列結構物，包括管道、電纜等。一旦遇到結構物必須立即掉頭，保持大約5 m 的安全距離。另外只有在管涵、拱涵以上的填方范圍超過2.5 m、板涵頂上填方范圍超過3 m 時方能展開碾壓工作，否則在沖擊力過大的情況下，容易造成結構物的損壞。

4.3 注意灑水與填料

雖然沖擊壓實技術對填料含水量要求不高，但在施工過程中，如遇土體表面干燥仍需適量灑水，如若不及時灑水，土體表層的灰塵或雜質會固化，從而影響沖擊能量像內層傳遞，影響沖擊效果。另外，在對路面進行補強壓實或者是路面需要高填方時，應每隔2 m 左右的距離處進行填料，填料的厚度約為30 cm 左右，這樣便于工程高效、便捷的完成。

5 總 結

沖擊壓實技術不僅可以提高路基的壓實度與平整性，還對道路彎沉有積極影響，使得雨水難以滲入路基，從而降低了車輛打滑與濕陷，提升了道路的安全性，尤其是像高速公路這種車流量大、車速快的交通系統，沖擊壓實技術的利用顯得尤其重要。

［1］潘忠良.沖擊壓實技術在水泥砼路面快速修復中的應用研究［J］.交通科技，2009，(2):4－7.

［2］蘇衛國.沖擊壓實技術在修復舊水泥砼路面工程中的應用［J］.華南理工大學學報，2009，(6):85－89.