沖擊碾壓施工對路基壓實效果試驗分析研究

王慧鑫

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 概述

高填方路基的填方工程量大、工藝復雜，在長期使用過程中，隨著時間的推移與行車重復荷載的作用，經(jīng)常出現(xiàn)路基整體或局部沉降、縱橫向開裂、路基滑動或邊坡滑坍等病害，并且難以治理[1]。為減小路基竣工后沉降及不均勻沉降，提高路基的整體強度，目前廣泛采用的方法是對碾壓成型的采用沖擊碾壓或強夯進行補強壓實，而長度大于100 m的高填方路基常使用沖擊碾壓進行補強，其優(yōu)點為對表層處理效果顯著，速度快，作業(yè)效率高。

2 路基沖擊碾壓施工的補強壓實試驗方法

某項目設計對于長度不小于100 m的高路堤路段，在地面以上每隔2 m分別采用30 kJ沖擊式壓路機進行補壓，碾壓遍數(shù)為20遍。但沖擊碾壓工藝參數(shù)依賴于普遍性原則，有必要通過試驗，對沖擊壓路機對高填方路基的沖擊壓實效果進行研究，通過相關數(shù)據(jù)分析，用以指導高填路基沖擊碾壓施工及參數(shù)調(diào)整。

本次試驗選取2段長度大于100 m的高填方路段，在進行沖擊碾壓時分別在5遍、10遍、15遍、20遍測定碾壓頂面不同碾壓遍數(shù)的壓實度變化。同時為了解深部土層的壓實效果，另選取一段高填方路段，現(xiàn)場準備挖掘機一臺，對0遍及20遍時的碾壓遍數(shù)，隨機開挖一個試坑，測定填筑層表面、下挖50 cm、100 cm處路基密實度，了解沖擊碾壓對填筑層不同深度的壓實效果。

為了有效完成數(shù)據(jù)的采集工作，根據(jù)高填方段現(xiàn)場情況、施工時間節(jié)點情況選擇合適的試驗場地，為加快試驗進度，減少對路基施工的影響，使用灌砂法及環(huán)刀法結合相互驗證的方法進行壓實度的快速檢測，確保數(shù)據(jù)采集的快速性和準確性。

圖1 使用環(huán)刀法進行壓實度檢測

圖2 使用灌砂法進行壓實度檢測

圖3 對不同深度土層壓實度進行檢測

3 實測數(shù)據(jù)分析

3.1 沖擊碾壓對填筑層表面壓實效果分析

通過對現(xiàn)場試驗的數(shù)據(jù)進行計算，并結合現(xiàn)場采集的土樣進行烘干后求得的填筑材料的含水率，可得到選取路段在不同碾壓遍數(shù)時，在選取的一片區(qū)域內(nèi)路基填筑層表面的壓實度變化情況，其數(shù)據(jù)見表 1、表 2。

表1 第1段高填方路基沖擊碾壓不同遍數(shù)壓實度計算表

圖4 第1段高填方路基沖擊碾壓不同遍數(shù)壓實度折線圖

表2 第2段高填方路基沖擊碾壓不同遍數(shù)壓實度計算表

圖5 第2段高填方路基沖擊碾壓不同遍數(shù)壓實度折線圖

從圖4和圖5中可以看出，進行試驗的兩段高填方路基在經(jīng)過沖擊碾壓后，前5遍壓實度并沒有明顯的變化，反而因沖擊壓路機對表層的破壞作用，導致表層的壓實度稍有降低，降低的幅度不到1%。第1段高填方路基碾壓前的壓實度已經(jīng)達到95%以上，進行沖擊碾壓5遍后的壓實度開始逐步上升，每增加5遍，約提高壓實度0.5%～0.7%，碾壓20遍后，壓實度共提高約2%。第2段高填方路基碾壓前的壓實度為93%，進行沖擊碾壓5遍后的壓實度開始逐步上升，其中第10遍與第15遍增加幅度較小，約提高0.3%，碾壓20遍后，壓實度共提高約3.6%。從以上數(shù)據(jù)分析可以看出，沖擊碾壓20遍對路基填筑層壓實度的提高效果非常明顯。

3.2 沖擊碾壓對填筑層深部沖擊壓實效果

根據(jù)有效壓實深度的概念，假設當使用振動壓路機壓實路基時，對應路基應力為бh2，使用沖擊壓實機時對應路基應力為 бh1，當 бh1=бh2時，沖擊壓實深度h1即為有效壓實深度。

依據(jù)《沖擊壓實路基有效壓實深度試驗研究》中有效壓實深度的求取方法，假設在路基成型前，采用XS263（最大激振力P2=410 kN）碾壓，層厚為h2=30 cm，碾壓達到預定壓實度后，使用30 kJ三邊沖擊壓實機（最大激振力為P1=3000 kN）加固，求此時沖擊壓實的有效影響（加固）深度h1[2]。

30 kJ沖擊壓實機在深度h1處應力為：

XS263型壓路機在深度h2處應力為：

式中：K=0.4775為一常數(shù)；h2為使用振動壓路機時壓實層厚；h1為有效壓實深度；只有應力бh1≥бh2時才會產(chǎn)生加固效果，通過бh1=бh2，可計算出h1最大深度為81 cm。

對0遍及20遍時的碾壓遍數(shù)，開挖試坑測定填筑層表面、下挖50 cm、100 cm處路基密實度數(shù)據(jù)見表3。

表3 第3段高填方路基沖擊碾壓前后檢測不同深度壓實度計算表

圖6 第3段高填方路基沖擊碾壓前后檢測不同深度壓實度折線圖

從圖6中可以看出，路基填筑層沖擊碾壓補強20遍后1 m范圍內(nèi)的路基土層的壓實度有了較大幅度的提高，其中0.5 m處的壓實度提高最大，提高約2.7%，1 m處的壓實度僅提高0.1%，與理論計算0.81 m差別不大，可見在工地現(xiàn)場使用26 t振動壓路機、30 kJ沖擊壓路機，路基松鋪厚度30 cm的情況下，沖擊碾壓20遍的有效深度為0.8～1 m左右。

4 結語

a）路基在經(jīng)過沖擊碾壓補壓后，前5遍填筑層表面的壓實度沒有明顯的變化，5遍以后繼續(xù)沖擊碾壓，表面的壓實度開始逐步上升，碾壓20遍后，填筑層表面的壓實度有明顯的提高，但填筑層表面碾壓前如壓實度較高，沖擊碾壓后壓實度提高的幅度則相應地減小。沖擊碾壓對填筑層深部的壓實度也有明顯的提高，但在使用26 t振動壓路機、30 kJ沖擊壓路機，路基松鋪厚度30 cm的情況下，沖擊碾壓20遍的有效深度為1 m左右，其中0.5 m處的壓實度提高最大。

b）通過沖擊式壓路機的沖擊碾壓，能有效減少公路路基的工后沉降量，大大改善因不均勻沉降而形成的道路病害，提高路基的整體強度和均勻性，對于消除路基的內(nèi)部缺陷、提高施工質(zhì)量等具有顯著的效果；同時對于保證道路的使用質(zhì)量及延長道路使用年限具有重要的作用。

c）試驗項目現(xiàn)有設計規(guī)定對高路堤路段每隔2 m采用30 kJ沖擊式壓路機進行補壓是不合理的，應調(diào)整為每1 m采用30 kJ沖擊式壓路機進行補壓，碾壓遍數(shù)為20遍。

d）沖擊壓路機的技術特性不是采用現(xiàn)有壓路機壓半輪或部分重疊碾壓的施工方法，而是以沖擊力向土體深層擴散分布的性狀，在填筑材料土質(zhì)不同的情況下，沖擊碾壓對路基的壓實效果也不同，因此在實際的施工中，應對沖擊碾壓的工藝進行試驗，總結施工經(jīng)驗，收集基礎數(shù)據(jù)，用以指導高填路基沖擊碾壓施工及參數(shù)調(diào)整。