路基施工中冲击压实技术的应用

路基施工中冲击压实技术的应用兴化市市政工程管理处黄华新南京东大自平衡桩基检测有限公司徐胜锋摘要：文章对冲击压实技术的适用范围进行了介绍，分析冲击压实技术的基本原理，通过采用冲击压实技术，在公路建设中利用不良土质，使路基的压实度、弯沉以及平整度达到要求，缩短工期，提高质量，取得较好的经济、社会效益。关键词：路基施工；冲击压实机；适用范围；工艺流程引言压实技术是土木工程和工程机械两个学科相互交叉的综合体现，从表面看它不属于高、精尖端技术，而实质上它却是支撑公路、民航、铁路以及军事等方面的基础设施发展的必要条件之一。其与传统的静压实或普通振动压实不同，冲击压实采用非圆滚轮进行压实作业，具有运行速度快，施工工序少、工期短、成本低，应用范围广等优点，能够提高路基强度、稳定性和均匀性，防止不均匀沉陷而造成的路面损坏。冲击压实过程中，压实轮的势能和动能周期性转化为集中的冲击能作用于地面，达到连续破碎和压实路面的目的，并可将破碎后的碎块直接压入地基，从而缩短路面维修工期，大幅度降低工程费用。本文结合某公路的具体施工，对冲击压实技术进行了合理应用。1冲击压实原理及适用范围1.1原理冲击压实机的压实功能来自于两个方面：①冲压轮的自重，这与一般压路机的压实原理一致；②冲压轮波动时所产生的冲击动能。该设备用于冲压混凝土面板时，可以9~12km/h的行驶速度作业，其连续周期性的高振幅撞击力，以1.5~2.2次/s的低频率冲击破碎板面；冲击路面产生的强烈冲击波可向板下基层和土基传播，压实影响深度可随冲压遍数递增，使冲击破碎后的板块得以压实稳固。不仅保持了混凝土块原来所具有的强度，还能使其形成块状料嵌锁型基层结构，并紧密嵌压于原路面基层中，形成强度高的路面底基层，从而达到大大减少和缓解原路面板反射裂缝，减小面层水平和垂直应力之目的。常见的冲击压实设备主要是具有多边形滚轮的冲击压实机，其滚轮多为三边形、四边形或五边形，如图1所示这种多边形轮子有一系列交替排列的凸点和冲压面，压路机在行进过程中，由配套的大功率牵引车带动“凸轮”前进，冲击压实轮的凸点会交替抬升与下落，从而在行驶滚动中产生集中冲击能量，同时辅以滚压、揉压的综合作用，这种作用连续碾压土体从而使土体达到密实。冲击压路机较传统的振动压路机冲击能大6~10倍，影响深度大3~4倍。三边形滚轮冲击压实机的工作原理如图2所示。图1滚轮的主要形状图2滚轮运动过程1.2适用范围冲击压实技术适用于对深层土壤和岩石填方以及含水量较高的黏性土壤的压实。冲击压实机在土石方压实作业中，突破了传统的碾压方式。传统压实技术对于原地基土质不好的工程，通常采用先换土再分层压实的办法，冲击压实技术则省去了换土工序，当其一角立于地面，向前碾压时，产生巨大的冲击波，由于碾边顺序连续冲击地面，可使土体碾压均匀密实，其压实深度可达lm以上。对于填方层的压实，若需上填新土，每次可松铺0.5~lm，最佳压实速度为12~16km/h，压实宽度为2~2.3m，牵引车功率需达到160~180km冲击能量为2×104~3×104J。其压实力与牵引车速度关系见表1。表1压实力与牵引车速度关系牵引车速度/（km·h-1）121098765压实力/tYCT20(自重20t)3202201801401108055YCT25(自重25t)500350280220170125872冲击压实技术的应用2.1冲击压实工艺流程施工前应做好准备工作，包括冲击压实机械、试验检测设备到场，以及调试、劳动力和材料保证、管理组织分工等。事前还应标出进行冲击压实的范围，并通过试验路段检测数据制定具体的压实方法和控制标准，以确保在规定范围内能够有效压实，不造成漏压和过压现象。冲击压实的施工流程如图3所示。图3冲击压实施工流程2.2冲击压实技术的应用在G105改造工程的路基施工过程中，为提高路基的密实度与均匀性减少后沉降与差异沉降，提高路基整体稳定性及强度，压实作业采用冲击压实技术进行了冲碾补压。选取已经振碾达标的新建填土路基，在距路基顶面35cm处，采用三边形冲击压路机进行冲击碾压试验，冲击碾压5~7遍，为进行全面对比，对其压实度、弯沉等主要指标进行了检测。2.2.1压实度检测采用灌砂法对试验路段进行压实度检测。压实度检测过程中，每隔50m选取一个断面，每个断面取左、中、右3个测点，检测前需要清除表层松动层。通过比较检测后的相关数据可知，采用了冲击压实技术施筑的路基，压实度的提高范围为0~2.5%，而压实度平均提高了1.8%。检测结果见下表：冲碾前压实度桩号压实度(%)K2579+20097.296.597.1K2579+25096.396.396.2K2579+30096.096.496.2K2579+35096.496.296.5K2579+40096.796.196.4评定n=15；K=96.4；S=0.339；ta/n=0.455；K=K-ta/nS=96.3冲碾5-7遍后桩号压实度(%)K2579+20098.596.098.2K2579+25098.997.897.9K2579+30098.598.198.3准备工作确定冲击段落冲击碾压中间检测继续冲击碾压并观测整平整形振动碾压密实检查验收K2579+35098.498.098.2K2579+40098.698.398.2评定n=15；K=98.3；S=0.290；ta/n=0.455；K=K-ta/nS=98.12.2.2弯沉检测该工程设计路基弯沉值为331.53(0.01mm)，先采用贝克曼梁弯沉仪对未进行冲碾补路段压弯沉值的检测，并用相同方法检测对采用冲击压实的该试验路段检测，结果见下表。冲碾前弯沉值桩号弯沉值（0.01mm）桩号弯沉值（0.01mm）左轮右轮左轮右轮K2579+200220240K2579+320214226K2579+220246254K2579+340196210K2579+240228230K2579+360246220K2579+260200210K2579+380266240K2579+280210220K2579400224230K2579+300180192以下空白N=22，l=222.8；S=21.0；Z=2.0；l1=l+ZaS=264.8(0.01mm)冲碾后弯沉值桩号弯沉值（0.01mm）桩号弯沉值（0.01mm）左轮右轮左轮右轮K2579+200140152K2579+320150138K2579+220142148K2579+340142158K2579+240144140K2579+360160140K2579+260136146K2579+380144162K2579+280140134K2579400152146K2579+300146140以下空白N=22，l=145.5；S=7.59；Z=2.0；l1=l+ZaS=160.6(0.01mm)通过上表中的数据可以看出，对路基采用冲击压实技术明显提高了路基的强度，大大降低了路面的弯沉。另外，大雨过后，冲碾路段与未冲碾路段相比较，经冲碾路段表面坚实，雨水难以渗入，行车不易发生打滑和湿陷。2.3注意事项在实际生产过程中通过现场观测、试验检测和数据分析，笔者认为在冲击压实时还应注意以下几个问题：(1)冲击压实需要较高的速度以保证较高的冲击能量由于机械调头范围较大，建议进行冲击压实作业时尽量连续施工，这样不但可以提高碾压效率，也可以避免过多的“接头”而影响路基的整体性。(2)由于冲击压实势必影响路基表面的平整度，造成路基的高低不平，因此建议冲击压实应在路基顶面40cm以下使用。(3)冲击压实机的压实功较大，路基表面50cm内的土体含水对压实效果有较大影响。当含水量过大时，容易形成“翻浆”，“弹簧”等现象，故须严格控制含水量。实践证明，砂土的含水量在最佳含水量以下3个百分点为宜。(4)路基表面干燥时可适量洒水，拌和均匀，防止表面砂化，影响能量向下传递，进而影响压实效果。(5)在采用冲击压实机碾压路基时，为了避免对结构物造成破坏，必须制定严格的措施，控制冲击压实的范围。禁压区内禁止冲压，搭板边缘要保持2m净距，挡土墙及护坡砌体应保持1.5m净距；当管涵、箱涵以上的填方大3m，板涵顶上的填土大3.5m时，方可进行冲压。(6)对于铺有土工格栅的路基，冲压时填土高度应大于2m，填高小于2m的路段禁止冲压。(7)冲压单位应该对冲压区域内外的结构物、建筑物、管线、电力设施、生产生活设施等作好调查，采取安全措施，杜绝安全事故。3结语实践证明，冲击压实技术比振动压实机械有更好的压实功效，使被冲压的土石填料接近弹性状态，表现出克服土石路基隐患的技术优势。正确使用公路冲击碾压技术，可以有效地减少路基的沉降变形，提高路基的整体强度与均匀性，加固特殊土地基，加速旧路改造，克服路基隐患，提高公路工程质量等方面的工程实践表明其优势明显，具有很好的应用前景。参考文献[1]JTGF10-2006，公路路基施工技术规范[S].[2]交通部公路科学研究院.公路冲击碾压应用技术指南「M].北京人民交通出版社，2006[3]石鑫.压实机械与施工技术冲击压实工艺在石环公路路基施工中的应用.2007.9.5961.