沖擊壓實技術在公路路基施工中的應用

王永科

（新疆華天工程建設股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830011）

0 引言

自20世紀90年代末我國引入沖擊壓實技術起，我國的高速公路建設就開始了飛速的發展，尤其是最近幾年，在經濟體制改革的推動下，對于高速公路建設的需求大量增加，沖擊壓實技術也隨之有了極大的改進[1]。沖擊壓實可以有效地減少因地面各點沉降值存在差異而使得地面平整度發生改變的現象，這一功能對于我國某些損壞情況嚴重的高速公路有著極大作用。沖擊壓實技術不但能降低工后沉降率，提高車輛通行率，還可增強路基強度，提高行車的安全性。由于沖擊壓實技術具有較好的實用性及經濟性，使得其在公路路基施工中具有極大的推廣應用價值。

1 沖擊壓實技術原理與范圍

相較于一般的振動壓實及傳統的靜壓實，沖擊壓實是通過工作裝置的動能與勢能間瞬間的相互轉化而實現的，且其所能造成的影響深度要大于振動壓路機4倍左右，沖擊能則可達到8倍左右。一般情況下，沖擊壓實設備主要為沖擊壓實機，該種設備的滾輪常見有三邊形、四邊形、五邊形等多種形態，并擁有一系列交錯排列的沖壓面及凸點[2]。沖擊壓實機在行駛過程中，其凸輪將會被其所配套的大功率牽引車帶動起來，繼而使位于沖擊壓實輪上的凸點不斷交替著重復落下與抬起的動作，在這一過程中將產生一種集中性的沖擊能量，并起到揉壓及滾壓的作用。在該種作用的影響下，為數眾多的細小裂縫出現在土體當中，地基內孔隙水得以通過這些細小裂縫排放出去，極大地縮短了土體的凝結時間。

在公路路基的施工中，應選擇適用于工程的沖擊式壓路機。沖擊式壓路機的類型較多，目前在我國有12個廠家生產沖擊式壓路機，型號達數十個，因而在使用上不能一概而全，需要對工程的填土厚度、工程性質、設計方案、填料類型等方面進行綜合性的考慮，從而選出適用于該工程實際情況的壓路機類型。一般而言，五邊形沖擊式壓路機適用于對舊水泥路進行改造（工作原理見圖1），三邊形沖擊式壓路機適用于對陳舊的瀝青路、泥石路或是新修的土路、路基等進行改造。在處理路基地質差的工程時，相較于傳統壓實技術只能使用工序煩瑣復雜的換土分層壓實法，沖擊壓實技術對地質較差的地段進行直接處理，并可取得壓實深度超過1m的效果。傳統壓實技術若要增加填方厚度，需首先處理地表，再以分層的方式填進新區，最后進行碾壓，經過這一系列流程之后，回填厚度僅能達到40cm左右。而沖擊性壓實技術則可直接碾壓路面，再進行填料碾壓，經過這一流程之后，每層厚度可提高至90cm左右，不僅簡化了流程，縮短了工期，也較傳統壓實技術更為有效。

圖1 五邊形沖擊式壓路機工作原理

2 沖擊壓實技術的應用

2.1 工程概況

以某公路工程為例，該工程位于新疆維吾爾自治區和碩縣境內，公路工程全長為53km，道路紅線寬為50m，中央分隔帶為5m，路基面設計寬度為30m，車行道寬25m，人行道每側寬5m。由于該工程所處地勢較低，存在較多淤泥，且地下水位高，因而必須對該段路床實行厚度為0.80～3.0m的回填基礎。然而在雨天時，例如煤矸石、黏土或是風化巖等材料易受到水的作用而影響施工，因此在雨天不適于作為回填路床的材料，這就提高了回填材料的選擇難度。路基的壓實工作要實現均勻密實且具有很高穩定性的難度較大，同時，根據公路施工標準，每一層的回填厚度都不可大于30cm，更是增加了路基施工難度。該工程路段地形較為復雜，導致基底工作面難以形成，填筑層過厚，塊石間連接不嚴密，易出現松動移位。在此情況下，若路基沉降時間不充足，且施工工期過短，公路將極易出現地面翻漿、下沉、塌陷及產生裂縫等問題[3]。在處理該工程路床時，為了在縮短工期的同時保證工程質量，使用機械為主、輔以人力的施工方法。由于傳統的壓實技術并不能有效地增強該公路工程的路基密實度，故使用沖擊式壓路機進行施工。

2.2 技術應用

在對該工程進行施工時，為增強其路基強度和穩定性、降低差異沉降率及施工后沉降率，同時提升路基均勻性和密實度，采用沖擊壓實技術對該工程路基實行沖擊碾壓。選取一新建填土路基，確定該路基符合振碾標準，而后應用三邊形沖擊式壓路機在其距離路基頂端的36cm處重復碾壓約6遍，再檢測其在壓實度、彎沉以及平整度等方面的水平，并進行全方位比較，結果如下。

（1）檢測壓實度。每0.5m取試驗段一處斷面，再在每個斷面的上、中、下部位各取一個觀測點，在進行檢測時，需要提前將表層的松動層清除掉，而后再以灌砂法檢測壓實度[4]。

（2）檢測彎沉。對未使用沖擊壓實的路段實行系統方法檢測其彎沉值，而對試驗路段則使用自動彎沉儀檢測。彎沉檢測結果：K624+624～K625+000觀測點數1 580個，彎沉代表值為5.32mm；K625+000～K625+300觀測點數1 370個，彎沉代表值為6.13mm；K626+000～K626+000觀測點數1 390個，彎沉代表值為8.40mm；而未經過沖擊壓實的路段觀測點數1 230個，彎沉代表值為15.32mm。

（3）檢測平整度。使用平整度測試車，對該工程試驗路段及未經過沖擊壓實處理的某公路實行檢測操作。平整度檢測結果：K624+624～K625+000觀測點數165個；K626+000～K626+000觀測點數250個；K625+000～K625+300觀測點數250個，標準偏差值為0.65mm，平均值為1.11mm；而未經過沖擊壓實的路段觀測點數80個，標準偏差值為0.9mm，平均值為1.53mm。

3 結論

（1）安全事故是每一項工程都需要注意的重要問題，沖壓前應提前對沖壓范圍附近的電力設施、生活設施、結構物、管線等進行調查，以事先做好安全措施，預防事故的發生。

（2）由于沖擊壓實的振動和沖擊范圍較廣，對路基的平整性造成影響，導致路基高度存在差異，因而沖擊壓實不宜在路基頂面過高處應用，以50cm以下為最佳。此外，重復兩次填土可降低路基彎沉受沖擊壓實的影響。

（3）在施工中，沖擊壓實的速度可對其沖擊能量造成影響，因而為了提高施工效率，應盡量減少接頭，并保持施工的連續性，以保證路基整體性不受影響。

（4）為避免路基表面出現砂化現象，進而阻礙沖擊壓實的作用力向深層擴散，使壓實效果受到影響，對于呈干燥現象的路基表面可進行適當的灑水，并均勻拌和，防止砂化。

（5）當路基表面0.5m內的土體含水量較多時，將對壓實效果產生極大影響，因為沖擊壓實機的作用力過大，因而當土體的含水量大時將發生“彈簧”、翻漿等現象。為此，需要將土體含水量控制在一定范圍之內，如砂土的含水量在3%時為最合適。

（6）由于沖擊壓實的作用力過大，為了防止其損壞結構物，必須制定出相關的標準及對應措施，以將沖擊壓實機碾壓路基時的作用力控制在一定的范圍之內。壓實前，需先行確認板涵頂上的填土超過4m，箱涵、管涵上的填方超過3m，護坡砌體與擋土墻間距應為1m以上，塔板邊緣凈距需保持2m左右，且嚴禁在禁壓區內進行沖壓。此外，若路基有土工格柵，且其高度為2m以下，也應禁止在該路段進行沖壓[5]。

[1]唐勇.山區高速公路路基沖擊壓實的試驗研究[J].西南公路，2009，6（3）：54.

[2]李寶成，于常永，劉彥偉.淺談公路路基施工技術及其質量控制[J].科技傳播，2011，2（12）：121.

[3]單文英，孫翰耕，馮守旭.高等級公路路基沖擊壓實技術及工程應用的試驗研究[J].公路交通科技：應用技術版，2012（12）：53-67.

[4]郭明富.沖擊壓實技術在黃河沖積平原高速公路路基填筑工程的應用[J].交通世界：建養·機械，2011（12）：23.

[5]張樹建.高等級公路路基沖擊壓實技術的探討[J].黑龍江交通科技，2009，10（9）：86.