淺談沖擊壓實(shí)技術(shù)在路基施工中的應(yīng)用

趙寶利

（唐山市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院，河北唐山，063000）

1 概述

沖擊壓實(shí)是上世紀(jì)90年代我國引進(jìn)的一項(xiàng)新型的地基壓實(shí)技術(shù)，它是采用沖擊壓路機(jī)代替普通壓路機(jī)進(jìn)行地基壓實(shí)的方式，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域，包括道路路基、機(jī)場、水電等工程，尤其是道路路基方面采用最多。

沖擊壓路機(jī)由曲線為邊而構(gòu)成的正多邊形沖擊輪在位能落差與行駛動能相結(jié)合下對工作面進(jìn)行靜壓、搓揉、沖擊，其高振幅、低頻率沖擊碾壓使工作面下深層土石的密實(shí)度不斷增加，受沖壓土體逐漸接近于彈性狀態(tài)，具有克服路基隱患的技術(shù)優(yōu)勢，是土石方工程壓實(shí)技術(shù)的新發(fā)展，與一般壓路機(jī)壓實(shí)不同，沖擊壓實(shí)方式壓實(shí)土石的效率可以提高3-4倍，表1是沖擊壓路機(jī)與普通壓路機(jī)主要參數(shù)對比：

沖擊壓路機(jī)有三邊形、四邊形、五邊形（圖1為三邊形沖擊壓路機(jī)），它所具有的動力來自于三部分: （1）沖擊輪重心位置提升所蓄的勢能；（2）沖擊輪轉(zhuǎn)動的動能；（3）沖擊輪在滾動過程中克服土體變形所做的功。沖擊能量的大小與碾輪的質(zhì)量、質(zhì)心的高度、牽引的速度、非圓形輪廓的邊數(shù)和土質(zhì)等參數(shù)有關(guān)，但勢能是最基本和主要的，并且可以計(jì)算表征的，其它方面的動力不易表征，故采用沖擊輪的勢能作為沖擊壓路機(jī)的沖擊能量，根據(jù)沖擊能量分為25kJ、15kJ、20kJ、30kJ等多種型號，沖擊能量E=mgh

m-沖擊輪的質(zhì)量（kg）

g-重力加速度（9.81m/s2）

h-沖擊輪外半徑（R）同內(nèi)半徑（r）的差值，h=R-r（m）。

表1 沖擊壓路機(jī)與普通壓路機(jī)施工參數(shù)對比

表2 水平?jīng)_擊壓實(shí)安全距離

2 適用范圍

圖1 三邊形沖擊壓路機(jī)

隨著沖擊壓實(shí)技術(shù)應(yīng)用越來越成熟，在地基、填石路基，土石混填路基中效果顯著，百試不爽，除此之外，路基補(bǔ)壓、舊砂石壓實(shí)、舊水泥路面破碎壓實(shí)等等均積累了不少的經(jīng)驗(yàn)。但是依然有它的局限性或受限制條件，以下兩方面為其中影響最大的限制條件：第一，含水量，尤其對于細(xì)粒土，含水量較低，很難滿足壓實(shí)度要求，又容易產(chǎn)生揚(yáng)塵污染環(huán)境；含水量較高，易出現(xiàn)彈簧土，因此對于含水量的有效范圍，《公路沖擊碾壓應(yīng)用技術(shù)指南》規(guī)定：細(xì)粒土含量大于等于50%，ωopt-4%≤ω≤ωopt+2%，細(xì)粒土含量小于50%，ωopt-3%≤ω≤ωopt+2%，高液限土含水量上限30%。其次，對構(gòu)造物的影響，沖擊壓路機(jī)壓實(shí)路基時(shí)能量較大，必然對一定范圍路基內(nèi)構(gòu)造物造成破環(huán)，為此，《公路沖擊碾壓應(yīng)用技術(shù)指南》同樣規(guī)定了安全距離，其中垂直距離不小于2.5m，水平距離如表2所示。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 唐山市某三級公路，全線設(shè)計(jì)速度采用40km/h，路面寬度7m，路基寬度8.5m，道路全長11.594km，擬建工程位于唐山市，擬建場地地勢起伏較大，地形較為復(fù)雜，地貌為丘陵及低山地貌。K0+500-K2+500段揭露地層：

第1層，耕土（Q4pd）：褐黃色，松散，稍濕，以粉質(zhì)黏土為主，土質(zhì)不均勻，結(jié)構(gòu)松散，含有少量碎石、磚頭等雜物。

圖2 沖擊遍數(shù)與沖擊沉降量關(guān)系曲線

圖3 壓實(shí)遍數(shù)與壓實(shí)遍數(shù)關(guān)系圖

表3 水準(zhǔn)現(xiàn)場測量記錄表

表4 回彈模量結(jié)果表

表5 載荷試驗(yàn)結(jié)果表

第2層，填筑土（Q4ml）：雜色，稍密，稍濕，附近選礦廠礦砂沖填為，以粗砂中砂為主，砂質(zhì)不純，結(jié)構(gòu)松散，含少量粘性土。

第3層，填筑土（Q4ml）：雜色，中密，稍濕，附近選礦廠礦砂沖填為，以粗砂中砂為主，砂質(zhì)不純，含少量粘性土。

第4層，粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）：褐黃色，可塑，以黏土礦物為主，刀切面稍有光澤，韌性中等，干強(qiáng)度中等，搖振反應(yīng)無，含鐵質(zhì)氧化物。

第5層，粉土（Q4al+pl）：黃色，稍密，稍濕，刀切面無光澤，韌性低，干強(qiáng)度低，搖振反應(yīng)中等，土質(zhì)不均勻，夾粉黏薄層。

第6層，粉土（Q4al+pl）：黃色，稍密-中密，稍濕，刀切面無光澤，韌性低，干強(qiáng)度低，搖振反應(yīng)中等，土質(zhì)不均勻，含碎石。

第7層，礫砂（Q4al+pl）：黃色，稍密-中密狀態(tài)，稍濕，礦物成分以石英，長石為主，顆粒呈圓狀或亞圓狀，級配一般，顆粒粒徑2-20mm之間。

第8層，卵石土（Q4al+pl）：褐色，中密-密實(shí)，稍濕，以石英質(zhì)卵石為主，顆粒呈亞圓狀或次棱角狀，粒徑為2-20cm，以中粗砂及粉質(zhì)黏土充填。

第9層，粗砂（Q4al+pl）：褐色，密實(shí)，稍濕。礦物成分以石英，長石為主，顆粒呈亞圓狀或圓狀，級配良，砂質(zhì)不純，含卵石土夾層。

設(shè)計(jì)中該段全段為挖方路段，采用路基處理方式為：原地面采用沖擊壓路機(jī)沖擊壓實(shí)，壓實(shí)后換填0.4m厚土石混填料，振動壓路機(jī)壓實(shí)。

沖擊壓路機(jī)選用雙輪組五邊形15KJ型號，選擇樁號范圍K1+150-K1+300段作為試驗(yàn)段，根據(jù)設(shè)計(jì)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，平地機(jī)整平后分別在工作面選擇不少于20個(gè)點(diǎn)位，作為沉降觀測點(diǎn)，分別在壓實(shí)前，壓實(shí)5遍、10遍、15遍、20遍、25遍、30遍進(jìn)行水準(zhǔn)測量；沖擊壓路機(jī)壓實(shí)，記錄下沉值，表3為試驗(yàn)段沉降現(xiàn)場記錄表：

圖中顯示，沖擊壓實(shí)遍數(shù)10-20遍時(shí)，沉降量增長較快，20遍時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，20-30遍下沉增長較慢，趨于穩(wěn)定。

采用表面波密度儀測表面波并計(jì)算壓實(shí)地面下50cm、100cm處壓實(shí)度，每20m為一處，試驗(yàn)段共8處，如圖3所示為K1+220處壓實(shí)遍數(shù)與壓實(shí)度關(guān)系圖（其余各處均類似，無明顯突變現(xiàn)象），

由上圖可知，壓實(shí)10遍，壓實(shí)面下50cm處壓實(shí)度大于94%，壓實(shí)20遍，壓實(shí)面下100cm處壓實(shí)度大于96%。

回彈模量E0，沿線布置共測4處8個(gè)點(diǎn)位，位置為每半幅的中間，見表4；地基承載力試驗(yàn)采用現(xiàn)場載荷板試驗(yàn)，見表5

表6 現(xiàn)場測量彎沉值記錄表

表7 標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果表

標(biāo)貫試驗(yàn)

地基處理前、處理后在場地內(nèi)同樣的位置處做標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，深5m，沿著道路每50m在路中心做一個(gè)標(biāo)貫點(diǎn)，試驗(yàn)段共取三個(gè)點(diǎn)位。表4為地基處理結(jié)束滿28天后試驗(yàn)數(shù)據(jù)：

4 處理效果分析

通過以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，確定試驗(yàn)段地基土層沖擊壓實(shí)處理后，加固深度可達(dá)6～8m，承載力大于120KPa，路基頂面回彈模量大于30MPa，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。

因此確定沖壓遍數(shù)不得少于20遍作為全段壓實(shí)參數(shù)，且不能漏壓，沖擊壓實(shí)工作面長度以200-500m為宜，先后沖壓段搭接長度不應(yīng)小于15m。（注：沖壓過程中，如發(fā)現(xiàn)地基土含水量較大或出現(xiàn)彈簧土現(xiàn)象，采用翻挖晾曬降低含水量或摻加干土）。

道路全段沖擊壓實(shí)完成后，填筑40cm厚土石混填材料，采用自重不小于18t的振動壓路機(jī)強(qiáng)震碾壓不少于6遍，壓實(shí)沉降差平均值不大于5mm，標(biāo)準(zhǔn)差不大于3mm。

路基全部填筑完成后，采用標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ—100檢測路基頂面彎沉，表6為現(xiàn)場記錄竣工彎沉表

最終檢測彎沉均滿足設(shè)計(jì)要求不大于237.5（0.01mm），該段道路竣工一年后沉降6.3-12.5cm。

5 結(jié)語

沖擊壓實(shí)的應(yīng)用應(yīng)考慮多方面因素，例如：地形地貌，土質(zhì)條件，道路等級、工期等，任何一條路施工時(shí)均需鋪筑試驗(yàn)段或參考同區(qū)域其他道路施工情況，確定相應(yīng)參數(shù)，如正式施工時(shí)，檢測達(dá)不到要求還要及時(shí)調(diào)整參數(shù)值。

施工前必須調(diào)查清楚場地構(gòu)造物情況，如不滿足安全距離，還應(yīng)采取保護(hù)措施或者局部采用其他小型機(jī)械壓實(shí)工具。

壓實(shí)效果檢測方面，沉降量最直觀也是最容易測量的方法，但是對一般填土而言，僅沉降量無法完全說明總體壓實(shí)效果，因此，還要從壓實(shí)度，貫入值、彎沉、承載力等多角度對其評價(jià)。

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