沖擊碾壓技術在黃土路基施工中的應用研究

周 游

(湖南交通國際經濟工程合作有限公司，湖南 長沙 410000)

1 引 言

隨著我國經濟的迅速發展，道路交通網絡的建設也逐漸得到完善，越來越多的道路修筑到我國西部地區。同時由于我國西部地區地質條件的特殊性，道路建設者面臨著前所未有的困難，其中黃土作為西部最廣泛存在的地質地貌特征，一直是道路路基建設中重點解決的問題。而壓實質量又是黃土路基最主要和最常見的問題，近些年來，許多學者對黃土路基的壓實問題進行了大量的研究，并提出很多的改善措施和壓實設備，其中沖擊碾壓作為一種應用較晚的技術，因施工成本低、處理深度大和施工周期短等特點得到迅速的應用。

2 黃土工程性質及壓實原理

2.1 黃土的主要工程性質

(1)物理性質

黃土是由固態、氣態和液態組成的三相體，因三者組成比例的不同，致使黃土具有特殊的物理性質。為表征不同地區黃土的物理特性，常由稠度、含水量、飽和度和干密度等進行評價。稠度指標主要用來表示黃土受水影響的程度，主要指標有液限、塑限、液限指數和塑限指數。不同地區的黃土稠度指標存在很大的不同，因含水量的差異，高階地段黃土液限指數一般小于低階地。含水量的不同同樣對黃土的濕陷性存在很大的影響，隨著黃土中含水量的增加濕陷性會逐漸減弱。干密度是評價黃土密實性的重要參數，隨著黃土固結壓力的增加，黃土會逐漸的密實，當干密度達到一定值后，黃土的濕陷性特征會消失。

(2)力學特性

黃土的力學特性主要包括壓縮性、濕陷性、抗剪強度和透水性。黃土的壓縮性主要反映黃土在外力作用下的壓縮變形能力，以壓縮系數和壓縮模量進行表示。黃土的抗剪強度一般較低，主要因素為含水量和密實程度，隨著含水量的增加，黃土的抗剪強度會逐漸的增加，同時，抗剪強度的大小還會受到顆粒組成、含量等因素的影響。

(3)變形特征

黃土地區所處氣候條件一般較為干旱，由于缺乏水分的作用黃土一般處于亞密實狀態，同時具有一定的濕陷變形特征。但黃土濕陷變形特征在一定的自身結構強度和外壓力作用下可進行消除，同時黃土在水分的作用下，自身的強度大于顆粒之間產生的剪應力，黃土路基只會產生輕微的壓縮變形，而不會產生濕陷沉降。因此可通過黃土的初始含水量和濕陷系數控制濕陷沉降變形。

2.2 沖擊碾壓法工作原理

沖擊碾壓法是公路、機場、港口或特殊地基表層加固處理的一種技術，具有施工成本低、加固處理范圍較深和施工周期短等特點，在實際工程中已得到大量的應用。該碾壓方法由專用機械沖擊碾壓機完成，沖擊碾壓機主要有沖擊輪、連接機械架和機架三部分組成，由功率相匹配的牽引機械拖動沖擊輪進行碾壓工作。

沖擊碾壓法主要是通過沖擊輪的垂直沖擊作用使土體達到密實的狀態，同時由于沖擊輪形狀的特殊性和行駛速度，沖擊輪在達到一定位置后，由于重心的作用加速下落，從而達到振動、靜力和強夯綜合壓實的效果。一方面會使土體在沖擊力的作用下重新排列組合，土體內水分、氣體均被排除，孔隙減小，土體顆粒內部內摩阻力和粘聚力得到增加，從而提高土體路基強度和壓實度，保證路基的穩定性。另一方面沖擊碾壓后土體透水性降低，路基的水穩性也會得到一定程度的改善。

3 工程實例

3.1 工程概況

該高速公路地處一級黃土臺塬及平原區，地勢較平坦，且屬于半干旱、半濕潤的大陸性季風性氣候，該路段按照平原地區高速公路設計標準施工，設計指標為雙向四車道，設計行駛速度為120 km/h，試驗路全長3 km，起訖樁號為K25+800～K28+800，該路段多半為填方路基，且土質為中壓縮性土和高壓縮性土的濕陷性黃土，為提高黃土路基的密實性和壓實質量，設計方案采用沖擊碾壓的方法，并在道路兩邊鋪設灰土墊層，設置土工布。

3.2 施工工藝

(1)沖擊碾壓參數的選擇

在正式進行黃土路基沖擊碾壓工作之前，應先對現場土體進行抽樣處理，并通過路基土壤檢測數據初步擬定沖擊碾壓的碾壓遍數、碾壓速度和地基處理方式。通過測試壓實度與攤鋪厚度、碾壓遍數等指標之間的相互關系，得出在沖擊碾壓20遍時，路基的彈性模量、密實度和壓實度均存在很大程度的增加，而當碾壓遍數從20遍達到40遍時，路基的沉降量很少，且碾壓遍數再增加時，路基壓實度基本不再變化，因此，可得出該路基沖擊壓實最佳碾壓遍數為40遍，同理，得到其他碾壓指標為攤鋪厚度為8～13 cm。

(2)施工步驟

首先勘測調查原路基地形和圖紙條件，將原路基進行整平、清理和灑水處理，并測定路基標高、標準點等指標，根據路基設計填筑高度和邊坡坡度確定路基邊樁位置，然后進行路基填土工作，當土壤有機質含量大于4%、液限大于50或塑限大于26時不應作為路基填料，并且根據路基填筑厚度和運料車運量確定卸料位置和卸料量。然后使用推土機對卸料堆進行初平，再使用平地機進行精平，整平順序為從中間向兩側進行，對存在粒徑較大的顆粒應由施工人員進行破碎或清除處理，并將草皮、樹根等清理干凈。

碾壓工作一般先使用輕型壓路機進行靜壓和微壓，然后再使用沖擊碾壓機進行沖擊壓實，壓路機碾壓輪跡一般需重疊1/3輪跡，且遵循先慢后快、先輕后重的原則，靜壓碾壓速度控制在2 km/h左右，沖擊碾壓速度控制在10 km/h。在每沖擊碾壓6遍后，由現場施工人員進行路基的壓實度和沉降量的觀測，然后在其表面進行灑水處理，再次進行碾壓，以此反復工作，直到路基壓實質量滿足要求為止。沖擊碾壓完成后，由整平機對表面進行整平處理，并使用靜力壓路機碾壓2遍。

4 黃土路基壓實分析

4.1 路基黃土沖擊碾壓前后粒度分析

為評價沖擊碾壓技術在黃土路基中的壓實效果，本文分別對碾壓前后土體的粒度進行分析。由檢測結果可知，在經過高能量沖擊碾壓后，路基土體顆粒組成發生很大的變化，碾壓過后，路基內大于0.01 mm的顆粒明顯減少，而小于0.01 mm的顆粒顯著增加，這種現象在路基表面最為顯著，隨著深度的增加，碾壓前后粒度變化程度逐漸降低。因此，在沖擊碾壓技術應用于黃土路基時，應根據路基的填筑高度選擇不同沖擊能的沖擊碾壓機械。

4.2 路基黃土壓實度分析

壓實度是評價路基施工密實性的重要指標，黃土路基的壓實質量一直是目前道路建設人員面臨的問題，為充分研究沖擊碾壓技術在黃土路基中的應用效果，本文對施工后路基不同深度處的壓實度進行檢測，具體檢測數據如表1所示。

表1 黃土路基壓實度檢測數據

由表1可知，沖擊碾壓后對路基淺層壓實質量提升效果明顯，作用深度可達2 m以上，且淺層路基24遍沖擊碾壓后路基壓實度可達到85%以上，而42遍碾壓后路基壓實度可達到91%以上，充分滿足規范要求，且較其他碾壓技術得到很大的提升。

4.3 路基極限承載力檢測

路基極限承載力是以現場荷載試驗測定數據作為評價指標，采用反力梁和荷載臺等設備測定路基變形條件下的承載力大小，本文對黃土路基碾壓前后的極限承載力進行檢測，具體檢測結果如表2所示。

表2 黃土路基極限承載力檢測結果

由表2數據可知，沖擊碾壓技術對黃土路基施工后，路基極限承載力較原狀土增加了2.0～2.5倍，有效提高了路基的承載能力，改善路基壓實質量，對黃土路基的處理具有重要的經濟價值。

5 結 語

高速公路路基的壓實質量直接決定整個道路工程的施工質量，對路基強度、穩定性具有重要作用。本文從黃土路基工程性質和沖擊碾壓技術原理出發，提出一套系統成熟的沖擊碾壓施工工藝，并對碾壓后路基粒度、壓實度和極限承載力進行評價。結果表明：沖擊碾壓技術應用黃土路基，對路基壓實質量具有很好的改善效果，可有效提高路基承載能力。