冲击压路机在高速公路填方路基中的应用

孙道远

中铁十四局集团第一工程发展有限公司 山东省 276800

摘要：近年来,冲击碾压技术有了较大的发展,在解决路基工程质量隐患方面有所创新。冲击压路机压实力大,影响深度深,施工工期短,施工效率高,并可大幅度提高路基的承载能力、稳定性和密实度,最大限度缩短路基的自然下沉时间,降低由于车辆超载对公路的损坏,延长了公路寿命。

关键词：冲击压路机；沉降；填方路基；应用；

运用冲击压路机的冲击碾压技术对高速公路路基进行施工,通过大量的试验研究,确定了碾压的方法、遍数、速度等数据,并考察了冲击压路机的压实机理和影晌冲击压实的因素。

一、压实机理

冲击压路机是用三边形、四边形、五边形的“轮子”来产生集中的冲击能量,达到压实土石填料的目的。冲击压路机可由配套的牵引机在前方牵引,而冲击轮是由耐磨、耐冲击材料焊成的非圆柱体,三边形表面由三段非圆曲面组成。从图可知,冲击压实机的一个工作周期可分为冲击轮重心上升、冲击轮重心下降、冲击轮冲击地面三个阶段。两个冲击轮在牵引车的牵引下快速高效地压实基础地面,在冲击轮滚动时,其重心的上下交替变化对路面产生了强大的冲击夯实力,并利用动能转化为冲击能来压实土体,将巨大的动能在很短时间内转化为冲量,进而形成瞬时作用的巨大冲击力,在土体中产生很大的剪切应力和法向应力,从而有效地克服土壤的内聚力,压缩土体并排出土体中的空气和水分,达到压实土体的目的。由于土壤是非弹塑`生材料,当冲击碾轮在土壤上滚动和冲击时,土壤的变形较大,所以冲击碾轮与土壤的相互作用不是线性关系,而是几何非线性和材料非线性关系压实效果与打击能量有关,当打击能量大时,被压材料的应力也大,因而压实效果较好。非圆多边形冲击轮的冲击碾压过程也是周期储蓄能量和周期释放能量的过程。压实过程中所储蓄的能量来源于重心位置提升所蓄的势能、压实轮以一定速度旋转所提供的动能和压实轮在滚动过程中克服土壤变形所做的功。显然,冲击能量的大小与冲击轮的质量、重心提升高度、碾压作业速度和非圆多边形冲击轮的参数有关。

二、影响冲击压实的因素

压实材料的组成、物理化学性质及压实机械特性等都对压实有一定的影响。在路基压实中，较多涉及的是各类土壤，由于土的成因有别，物理化学成分各异，导致土的性质极为复杂多变。这里仅讨论对压实效果较为重要的几点。（1）根据土的击实原理，路基土过干或过湿冲压效果都不好，只有接近最佳含水量，才能达到最大压实度。(2)冲击压实机的；中击能量越大，>中压效果越好。(3)；中击遍数少，路基压实度达不到要求，但压实度并不随着冲压遍数的增加而递增。当达到一定的冲压遍数后。路基的压实度会趋于稳定，所以按最佳遍数冲压即可保证效果。(4)冲压速度太快不能保证路基压实度，太慢则影响工作效率，所以冲压速度应保持在合理范围内。(5)由于土的触变性，冲压后的路基需要一段时间来恢复强度。所以冲压施工后最好间隔两周再检侧。如果冲压后过早取样，路基没有足够的恢复期，易导致土的各项指标偏小。

三、冲击碾压的填土路基试验

对不同条件的路基进行压实时，必须在路段施工前进行试验。主要目的是通过试验段总结出冲击遍数、沉降量、压实度的关系，确定合理的机械组合、施工工艺与质量检测的标准。试验段应明确以下指标。(1)合理的碾压遍数与压实度的关系。(2)合理的碾压遍数与沉降量的关系。(3)最佳的机械组合与施工工艺。(4)合理可行的检测手段、控制指标与质量管理措施。

1.试验段准备。(1)试验路段选择。试验段为K29+780～K30+080段，全长300 m。该路段地势平坦，纵坡为一0．3％。填前压实经监理人员检验符合规范要求。(2)土源、交通条件。路基填料从刘斗土场取土，平均运距900 m，施工便道全部采用砖渣加石灰土处理。每天洒水养护，运输条件良好。填料最大干密度1．71 gcm^-3，最佳含水率13．6％。天然含水率11．2％～14.0％。塑性指数12．7，液限32％，CBR值10.2%，其他各项指标均满足合同文件与技术规范的要求。(3)机械性能。采用YCT25型冲击压路机、QCY360型牵引车，压路机质量为16 t，工作速度为l0～15 km·h^一1，冲击轮宽度为2×900 mm。

2.施工过程。（1）铺土。填前压实合格后进行填土．填土前采用全站仪按20m测设出中桩．用水准仪测出横断面高程。用白灰撤出每侧超出计算填筑宽度100 cm的灰线。根据每辆车的运量及松铺厚度，撒出长、宽各为3．9 m的方格，每个方格内倒一车土。以确保填料的均匀性。（2）整平。填料后。用T160推土机大致整平，再用平地机反复整平，直到填料平整为止。技术人员定点用水准仪测出填料松铺厚度，对超厚部分进行清除。为了保证路基顶面的排水功能，在路基填土时设双向横坡，在填筑第二层时调好路基的横坡度。（3）压实。1)摊铺完成后先用振动压路机稳压两遍，使表面初步密实。碾压从一侧边缘开始．到端部转弯后沿中心线的另一侧碾压。行驶至出发端后。从第一轮往路中心方向错开一个轮宽，轮迹之间不重叠，整个场地压完一次为一遍。2)冲击压路机碾压时保证两侧的超宽不小于1 m，按规定的走向和排列模式进行冲击压实。行驶速度在10～12 km·h

^一1之间。当压实若干遍后，若场地波浪起伏过大，则停止冲压．用平地机刮平后再压实。当表层土的含水率过小，扬尘严重时，用洒水车喷洒后再施工。压实过程中表层产生波浪起伏后，碾压时调整转弯半径、冲击波峰，进行错峰压实，使压实均匀、满压。每碾压5遍，调整为反方向冲击碾压。对含水率较高的情况，若出现弹簧现象，则暂停施工，强度恢复后再施工。3)在压实至15遍后开始进行压实度的检测，每增压5遍检测一次。样本数不小于8个。4)压实土的含水率控制在最佳含水量的97％～102％之间。达不到要求的土要进行晾晒或加水处理。5)冲击压路机压实后，用平地机进行刮平，再用振动压路机对其表层重新压实两遍。（4）边角和端部的处理。对于桥台、涵洞等构造物相连接的部位。为了避免冲击碾压在构造物附近产生碾压死角．构造物两侧20 m范围内的路基采用重夯进行处理．夯击能为800 kJ，并且用振动压路机对其表层重新压实。台背回填时分层开挖台阶，直至压实度符合规范要求。

3.试验段总结。(1)当压实厚度为80 cm时，深度在60～80 cm之间的压实度达到93％时，需压25遍。为保证压实质量，正常施工时压27遍。当进,,N94区后．压实厚度控制在60 em，压实遍数为25遍。压实遍数与沉降量、压实度的关系见图1。

图1压实遍数与沉降量、压实度的关系

_{(a)压实遍数与沉降量的曲线关系}(b)冲击压实遍数与压实度曲线关系

(2)土的松铺系数为1．204。(3)除压实度外的其他指标按规范要求检测。压实度采取分层灌砂法挖验，每20 cm为一检测层，挖验土坑四周开挖台阶每15 cm一层用气夯夯实回填，压实度检测尽量选择在中线及距中线13 m以外。

总之，对于高速公路填方路段，合理的冲击碾压遍数取决于该层位原有的压实度和希望达到的压实度。路基在振碾达到压实要求后，再用冲击压路机进行检验性补压，测得其沉降量已超过正常路基可能发生的工后沉降量。因此，应用冲击压实技术可充分保证路基的稳定性。冲击压路机的使用可大幅度提高路基承载能力、稳定性和密实度．减少由于车辆超载对公路的损坏，延长公路寿命．缩短路基的自然下沉时间，加快工程进度，缩短施工工期。

参考文献：

[1]张新宇，冲击压宾技术在路基工程中的应用研究.2018.

[2]刘天敏，浅谈冲击压路机在高速公路填方路基中的应用.2019.