沖擊碾壓設備應用于軟土換填工藝參數研究

馬長虹

(山西平陽高速公路建設管理處，山西陽泉 045100)

0 引言

高速公路建設過程中，常會碰到膨脹土路基、濕陷性黃土路基、巖面傾斜、破碎的山區(qū)路基、軟硬不勻以及巖溶路基、季節(jié)性凍土路基等地質條件差且復雜的情況，其中膨脹土路基、濕陷性黃土路基是較為常見的兩種。在處理過程中，常常采用片石換填、灰(素)土換填、砂礫換填等方法。片石換填方法已是一種成熟的工藝方法［1］，可以在消耗較少的換填材料達到較高的換填效應，可以有效地減少路基的沉降量，提高路基頂面承載力，且片石具有很大的空隙，可以很好的排除進入路基中的自由水，明顯地阻斷地下毛細水的向上爬升，可以明顯地加快片石基底土的固結和形成強度。片石的來源廣泛，可以為挖方棄石、隧道洞渣、其他片石等，但在沒有片石來源時，片石換填方法受到很大的限制。灰(素)土換填法為運用石灰等膠凝材料固結軟土的辦法，但存在不易拌均勻，換填后承載力部分段落達不到要求等問題。在公路施工中，由于天然砂礫換填后強度高，承載能力強，且平整度等方面較片石換填容易控制，所以目前開挖換填常采用天然砂礫換填。天然砂礫換填后，常采用振動壓路機碾壓或沖擊壓路機壓實。振動壓路機碾壓速度3 km/h～4 km/h，碾壓厚度25 cm～30 cm。由于沖擊碾壓工藝施工速度相對振動壓路機碾壓效率高，換填砂礫壓實度提高速度快等特點，部分施工單位已開始陸續(xù)使用。沖擊碾壓的方法不僅可以快速的提高路基壓實度和承載能力，還可以加速地基的沉降，對路基的長期穩(wěn)定性的形成具有重要的作用。

1 沖擊碾壓的作用方式

沖擊碾壓是運用壓實輪的三邊形、四邊形或五邊形輪子的突出點對地面沖擊作用而使路基進一步密實，在大功率牽引車的牽引下，帶動多邊形、沖擊碾向前滾動，沖擊碾在行走過程中，重心的抬高和下降形成勢能差及前進時的動能沖擊，集中作用于凸起輪子上，形成能量集中，最終形成對路基的沖擊、靜壓、搓揉等作用而使換填砂礫密實，進而使路基土向彈性狀態(tài)趨近。

通常，沖擊碾壓遍數在15遍～20遍之間技術上是可行的，經濟上合理的［2］。沖擊壓路機工作速度 10 km/h～15 km/h［3］。

2 換填厚度、壓實遍數與壓實度、沉降差的關系

沖擊壓實設備允許有更大的換填厚度和填料粒徑，但對于不同地域，含水量、碾壓工藝等都會引起厚度的不同換填砂礫承載力不同。本文結合山西一條高速公路的現場情況，地下水位深5 m～10 m，軟土厚度為5 m左右，含水量大，根據設計圖紙，換填5 m天然砂礫。

2.1 施工方案

在清理軟弱土層后，分段填入松鋪厚度分別為1.5 m，2 m，2.5 m厚一定粒徑的砂礫，并用推土機推平，用平地機精平，形成2%～4%的橫坡以利于排水，保證壓路機在表面能均勻接觸地面進行碾壓，再用振動壓路機穩(wěn)壓1遍～2遍，測定原始高程，具備了沖擊碾壓工藝條件后進行試驗，確定合理的松鋪厚度。

首先用振動壓路機從邊緣后中間的原則微振壓實1遍，度釘入帶有紅布條的鋼釘作為檢測標記點，再用沖擊式壓路機碾壓，碾壓應從路基的一側向另一側成圈碾壓，最后實現“先兩邊，后中間”的順序。沖壓10遍，15遍，20遍，25遍，碾壓完10遍后，運用振動壓路機微振整平，并分別測量完成不同次數后的壓實度、沉降值、標準差，評價厚度、壓實遍數對沖擊碾工藝的適應性，以此類推。

2.2 結果及分析

每種壓實遍數后，選取6個標記點周圍運用灌砂法檢測壓實度，取其平均值;沉降值運用水準儀抄平后，進行測試，標準差用于分析不同點壓實度及沉降值的標準偏差。試驗結果見表1～表3。該換填砂礫的最佳含水量為7.9%，最大干密度為2.28 g/cm3。

表1 1.5 m松鋪砂礫壓實度、沉降值與碾壓遍數的關系

表2 2 m松鋪砂礫壓實度、沉降值與碾壓遍數的關系

表3 2.5 m松鋪砂礫壓實度、沉降值與碾壓遍數的關系

從沉降值來看，不同松鋪厚度的砂礫隨壓實遍數的增加，沉降值先增加很快，后趨于平緩。1.5 m，2 m厚的松鋪砂礫沉降值在壓實15遍后沉降變化率突變，與2.5 m厚的松鋪砂礫相比，1.5 m，2 m厚松鋪砂礫沉降值在15遍壓實后基本趨于一致且平緩。所以從沉降方面來看，15遍以上沖擊碾壓，1.5 m，2 m厚的松鋪砂礫厚度的沉降量基本相當。從壓實度來看，1.5 m厚松鋪砂礫相比2 m厚松鋪砂礫、2.5 m厚松鋪砂礫出現最大壓實度時的碾壓次數最少，2.5 m厚松鋪砂礫次數最多。當達到最佳壓實度后，再進一步碾壓，壓實度沒有繼續(xù)增長，反而出現了下降，究其原因，主要是因為出現了“彈簧現象”，使壓實滿足壓實度要求的砂礫又產生了擾動，這時，沖擊碾壓已經無法發(fā)揮作用。為提高施工效率，選擇施工厚度大點，壓實次數相對不太多，壓實度快速滿足要求的施工工藝是本文的宗旨。所以對1.5 m，2 m厚松鋪砂礫的壓實度曲線回歸，回歸公式見圖1。計算可知，對于2 m厚的松鋪砂礫時，選擇碾壓遍數為16次即可滿足壓實度93%要求;對于1.5 m厚的松鋪砂礫時，選擇碾壓遍數為14次即可滿足壓實度93%要求。由于壓實度標準差較大，兩者各選擇18次，16次壓實遍數即可保證壓實質量。從效率來講，選擇2 m厚松鋪砂礫效率相對較高。如再次提高壓實厚度，需要增加更多的壓實遍數，且增加壓實遍數數量大，壓實后層頂和層底實度偏差過大，所以選擇松鋪砂礫1.5 m～2 m厚時，18次碾壓即可，如選擇小于1.5 m厚時，16次碾壓即可，一般推薦選1.5 m～2 m厚松鋪砂礫的工藝。

圖1 沉降值、壓實度與碾壓遍數的關系

3 結語

1)從現場質量來看，沖擊壓實設備工作速度約10 km/h～15 km/h是可行的，從平整度來看，沖擊碾壓后，需要運用振動壓路機進行微振整平才可以達到表面平整、密實、無局部坑洼、邊線順直。2)沖擊碾壓15遍之前，沉降變化及壓實度變化非常大，15遍～20遍時，沉降變化率很小，壓實度增長緩慢。3)通過不同厚度松鋪砂礫試驗，選擇松鋪砂礫1.5 m～2 m厚時，18次碾壓可獲得最滿足要求的壓實度;選擇小于1.5 m厚時，選擇16次碾壓即可獲得最滿足要求的壓實度。為提高施工效率，推薦選1.5 m～2 m厚松鋪砂礫的工藝。4)推薦換填砂礫時，選用行走速度10 km/h～15 km/h沖擊式壓路機、2 m厚松鋪砂礫、壓實18遍將較為經濟、質量效果較優(yōu)的組合，在實際應用時，可結合實際情況略作微調。

［1］王 強.淺談路基軟基換填設計施工方法［J］.山西建筑，2011，37(15):144-145.

［2］杜 鵑.地基沖擊碾壓處理技術研究［J］.交通標準化，2008，177(5):142-144.

［3］曾 帆，張 鑫.軟土路基換填沖擊碾壓技術及相關工程實踐分析［J］.黑龍江交通科技，2012，226(12):31-33.