沖擊碾壓技術在公路路基施工中的應用

文 / 韶關市路橋建設發展有限公司 鄒勇

公路路基質量直接決定著公路質量以及使用壽命。為了提升公路質量，改善路基結構的穩定性，路基施工過程須采取合理施工技術。沖擊碾壓技術是利用超強沖擊碾壓路基工程物的施工技術，該技術能夠縮短工期，提高施工效率。本文主要介紹沖擊碾壓技術排壓方案、施工工藝等，希望能為行業發展盡綿薄之力。

公路建設關系到國家經濟發展，在公路修建過程中，路基施工是其中至關重要的一環，其質量直接影響后續施工進度。路基施工最重要當屬路基壓實，傳統壓實方法雖然也能壓實路基，但耗時較長且效率不高，一些特殊路基很難壓實到理想狀態。但是沖擊碾壓術完美解決以上問題并能提高路基的承重能力，對于路基施工的價值重大。

沖擊碾壓技術的基本原理

沖擊碾壓技術是一種以沖壓機實現淺表層地面加固的技術，目前在公路路基施工中運用較為廣泛，加深強度比傳統的壓實設備更深，并且成本也有所降低，工期時間也相對傳統設備短。

沖擊壓路機

沖壓機主要是拖動式，然后通過適宜設備進行牽引，首先是沖擊輪，主要由三瓣凸輪和五瓣凸輪以同個方向的螺旋曲線鋼板焊接而成，凸輪重量不低于100kN，直徑約為1800-2000mm之間。

通過重力作用，當凸輪持續轉動的時候，它的圓弧和地面接觸點和沖擊輪軸心處于同一垂直線，然后凸輪從定點下降而實現對地面的沖擊力，就這樣在牽引力反復作用實現將力量給到土壤。

一般凸輪的粒徑越小其輪瓣數量越多，而凸輪在沖擊土壤的過程中，其頻率和其數量息息相關。

凸輪的重心高度、尺寸、輪瓣數決定凸輪對土壤的沖擊力度，凸輪工作速度是一固定值，其缺口深度決定勢能水平，并且缺口深度和勢能呈正相關，如果輪瓣數量越多，勢能就會越小，根據經驗，輪瓣的工作速度越快，產生的力量就越大，一般要保證牽引速度在10km/h以上；

其次是機架，當牽引車拖動沖壓機前進的時候，加入沖擊輪轉向最低處，其搖臂之間相互拉動產生力量，并且和限位器直接接觸，沖擊輪在由低向高轉動的時候開始釋放能量，這種情況下沖擊輪不會停止運轉，當搖臂轉到最大角度的時候，沖擊輪不斷上升進而施加給土壤沖擊能。若平面不平整，則需要設置橡膠墊實現沖擊輪的運轉協調性；

最后是連接機構，主要為了降低沖擊輪對牽引機造成的沖擊。如果被壓實土壤產生的阻力很大，牽引車不能做到和沖擊輪統一速度，前側彈簧被壓縮，而后側則繼續拉伸，或者沖擊輪不斷向低的一邊轉動實現前側彈簧拉伸，接著壓縮，這樣也可讓兩者之間速度差達到一致。

沖擊碾壓技術的基本原理

首先壓實能夠降低土壤透水性，這樣其毛細水上升變弱，能提升土壤的水穩性；其次沖擊碾壓技術可重新組合土壤顆粒，讓土壤更加緊實，將其中的水和空氣全都排除，降低土壤顆粒之間的縫隙。

沖壓方法和傳統壓實方法一致，都是以垂直振動的方式壓實土壤，不過沖擊碾壓機的齒輪和傳統齒輪不同，輪的重壓很大，行駛相對慢一些，因此它和傳統方法之間也存在差異，比如三瓣凸輪，其壓實情況如圖1所示。

圖1 三瓣凸輪沖壓機壓實示意圖

圖1中，S1指的是1#在重力作用下的壓實，S2是2#點受沖擊力的大小，土層沉降會受壓路機沖擊變化，沖擊次數越多，比如在沖擊i次后，將土層變化以S1標記，設土層縫隙比為e0（i），土層定位為hi，經過無數次沖擊后，孔隙比由e0（i）變為en（i），可計算變形量為：

公式（1）中，Si（n）表示變形量，當以實際操作中適當數值代入公式，就能計算出土層的變形量。因此沖擊碾壓機的工作效率高于傳統設備，能夠使土壤緊實度更大，也能滿足土層沉降要求。

沖擊碾壓技術在公路路基施工中的應用

排壓方案

以三瓣凸輪沖壓機為例，車輪每旋轉一周即沖壓完成3次，車輪旋轉一周，土體受到沖壓的概率為1/6，因此機身縱向錯開1/6周，橫向錯開半個輪跡，只要6遍就能碾壓到位。在施工中，一般土粒層表面高差不能大于5-8cm，而一些較細的土粒其高差護更大，一般范圍是15-18cm。另外，不滾路基體層是何種性質，沖壓次數都必須保證在6次以上，之后才可進行灑水工作，知道水分滲透土層還要進行二次沖壓，這樣可最大限度避免土層散層。

作業參數

首先在碾壓正式開始之前，須將碾壓部分取樣分析，將各種數據值確定之后，方可進行碾壓；其次，加入路基性質為濕陷性黃土路基，在碾壓之前需要根據合理流程，做好相關數據試驗，這樣才能確定最合適的碾壓次數以及補壓的土層厚度。主要是需確定碾壓層的厚度、碾壓次數等之間的關系；再其次，經過試驗發現，路基沉降率最小的碾壓對應此時為40，這時候其壓實度也沒有明顯變化，因此，碾壓40遍是最佳遍數；最后，進行鎮壓完成后的補壓測試得知：碾20次時，土壤壓實度明顯提升，這時候土體干密度為10.4%，土壤彈性模量增加到30mpa，沉降在4厘米左右。而土層沉降變化的基本規律則遵循碾壓40遍補壓次數不超過20次，其中碾壓遍數、壓實度與深度變化之間的關系如表 1 所示。

表1 碾壓遍數、壓實度與深度變化之間的關系

沖擊碾壓技術的施工工藝要點

濕陷性黃土地基處理，第一步做好地質勘察和補充；第二步地面預處理，須嚴格根據現場情況做出判斷，測量、灑水、整平等，之后根據沉降值測量壓實高度，為碾壓做足準備；第三步在碾壓地6遍之后開始測量壓實度和沉降量。這兩個結果決定后續整平、灑水等的次數，之后再次設置沉降標后壓實，反復多次，知道達標；第四步是碾壓結束后的整平工作，采取平地機進行整平，之后利用靜力壓路機進行靜壓，知道達標。

路基填筑，比如黃土路基，每次填筑完成都要進行試驗。填筑方式為全斷面加水平分層法，沖擊碾壓技術能夠提升黃土路基強度。第一步施工測量，增設標準點，且需要反復測量對線點和加密，填筑計算需要結合高度和斜率，然后設置測樁，在測樁上標出填筑高度；第二步填土，以最大壓實度計算填土量，卸料方法為網格法，第三步刮平，反復三次由中間向兩邊擴散，土塊粒徑超過5厘米需進行搗碎；第四步碾壓，碾壓應做到無死角，采取輕型壓路機，以3.5km/h的速度碾壓，連續兩個碾壓段之間接頭必須重疊；第五步補壓，補壓機器為沖壓機，分兩組完成，每組10次，每次都要灑水后沖壓，沖壓速度10km/h；第六步沉降觀測和檢測，每次完成碾壓都要進行高程實測，之后在計算土層厚度才不容易出錯，之后采取灌砂法策略壓實度。

結語

綜上所述，路基沖擊碾壓技術包含了濕陷性黃土地基處理、路基填筑、碾壓、沉降觀測與檢測等步驟，施工人員必須嚴格根據施工要點和流程認真施工，針對濕陷性黃土路基，可通過沖壓法提高路基強度。只有掌握了沖擊碾壓術的施工要點，才能將其價值發揮到最大，進而提升公路整體質量，推動我國公路建設可持續發展。