冲击碾压技术在路基施工中的应用

王琪

（河北光太路桥工程集团有限公司，河北 邯郸 056000）

1 引言

路基是公路的关键部位，针对不同的路基需要采用合适的处理技术，以保证公路的整体承载能力和稳定性。将冲击碾压施工技术应用到路基工程施工中，具有较多优势，并且可以处理路基软基、湿陷性黄土等问题。在应用冲击碾压技术处理公路路基时，需要充分理解冲击碾压技术原理，以及其相关施工控制技术要点。

2 冲击碾压技术的原理

目前，我国应用冲击碾压技术处理公路路基问题案例逐渐增多，该处理技术的原理是利用能量转换原理，将冲击轮的重力势转换为动能，由冲击压路机通过规则的冲击轮对路基进行循环压实，在设备的冲击碾压作用下，路基土颗粒被破坏并转移，减小了路基土的孔隙比，从而提高了路基土的压实度；另外，由于土层被挤密，压缩模量相应提高，从而有效减少了土层的沉降量[1]。

3 冲击碾压在特殊土路基中应用情况

根据目前我国公路项目应用冲击碾压技术后的使用效果，冲击碾压技术可应用于填挖交界路基的冲击增强补压；处理湿陷性黄土等软弱地基；对路堤分层填筑后的碾压处理；旧砂石路、旧沥青路的冲击碾压与加宽部分的增强补压[2]。

如宣化至大同高速公路路基存在湿陷性黄土，对该标段路基采取冲击碾压处理，当碾压遍数达到40遍时，路面以下110 cm内土基平均压实度达到91%，黄土的干密度由原来的1.35 g/cm3提高到1.70 g/cm3，同时湿陷性系数由0.0439下降为0.0023，充分表明湿陷性黄土路基压实度得到提高，湿陷性得到消除。

对公路路基应用冲击碾压技术前，首先，应先根据公路路基的高度确定是否需要使用冲击碾压施工技术。其次，应用冲击碾压时，应在公路路基填筑时选择合适的填筑材料，确保所选取的填筑材料适宜采用冲击碾压技术。根据工程经验，适合采用冲击碾压技术的路基填筑材料主要为砂土。再次，冲击碾压施工前应先在试验段进行施工，以合理确定施工参数，有助于提高冲击碾压效果。

4 冲击碾压技术施工控制要点

4.1 路基含水量

对公路路基采用冲击碾压技术时，路基填土的含水量目前尚未形成统一共识，目前还需要结合相关工程实践经验作为依据。路基土料的含水量与碾压效果关系密切，一般情况下，随着击实功的增加，土层的含水量会相应减小，由于冲击压路机的击实功比重型压路机的击实功大，选择冲击碾压施工时，可选择含水量略大的土料[3]。另外，土料的含水量还与土质情况有相关性。如对于广东和福建地区，由于这些地区的高液限土的塑性指数较大，冲击碾压施工时土料的含水量可比其他地区的允许范围放宽4%～5%；反之对于西北地区，其土料含水量较小，塑性指数较小，若含水量超出最优含水量允许范围3%，其冲击碾压施工效果就会受到较大影响。综上所述，目前我国仍以土质的最优含水量作为施工效果判定条件之一。

4.2 冲击碾压遍数

根据施工中使用的冲击压路机的型号，冲击碾压遍数会有所不同[4]。假设碾压轮冲击压路机碾压一个来回的宽度为4 m，对场地碾压通过1次算1遍。对于单轮冲击压路机则可按轮宽计算，全部场地通过1次算1遍。经工程实践效果验证，采用错轮的碾压方法是科学合理的，沿着固定的线路行驶也是最经济有效的。

为了研究冲击碾压遍数对路基压实度和沉降量的影响，对某高速公路某标段高填方路基进行冲击压实试验。试验路段长度为300 m，路基土层主要为黏性土，共设置4个检测点。同时为了测出沉降量，网格布置抄平测点，网格尺寸为10 m×10 m，并记录路基沉降值，然后测得该高速公路路基在冲击碾压前后的相对高程，从而计算其沉降平均值。不同碾压遍数沉降量见表1，不同碾压遍数压实度见表2，不同碾压遍数的压实度检测结果如图1所示。

表2 高速公路路基施工中不同碾压遍数的压实度汇总

根据表1中数据可知，路基沉降量随着冲击碾压遍数增加而增大，两者呈现出大致线形正比关系，并对冲击碾压遍数与路基压实度进行线性分析。图1表明，随着冲击碾压遍数增加，路基压实度速度变缓慢，当冲击碾压次数超过20遍后，以形成紧密且均匀的加固硬层。经过冲击碾压20遍后，路基压实度已经达到98%以上。因此，试验段的试验结果表明，冲击碾压技术对于提高公路路基压实度和控制路基沉降量是有效的。

图1 不同碾压遍数的压实度变化曲线

表1 高速公路路基施工中不同碾压遍数的沉降量汇总

4.3 冲击碾压速度

工程实践表明，冲击碾压施工效果与冲击碾压速度有较大的相关性。若碾压速度过快，会导致碾轮未完全作用于路基，不能充分发挥碾压作用，从而导致路基填土不能满足压实度要求[5]；若碾压速度过慢，虽然路基填土达到碾压效果，但是其施工进度缓慢，尤其是对于工期紧张的项目，会严重影响施工进度，冲击碾压技术成为非最佳施工方案。工程碾压施工实施效果表明，冲击碾压设备的行驶速度宜控制在3～6 km/h。

5 工程实例

5.1 项目概况

某高速公路标段K76+700～K78+100，经地勘勘察表明，该标段存在长度约17 km的软土路段，而且存在高填方路段和水田路段。为了避免公路路面后期出现不均匀沉降和开裂问题，需要挖除路段中的软土并填入新路基填料。经综合施工成本、工期等因素，要求碾压次数不少于20次。

5.2 施工前准备技术

1）需要对路基土质、天然含水量进行分析，确保基底压实度≥90%，以有效避免路基土体出现软弹或者震动液化等问题。

2）结合工程实践经验、压实度以及相关规范的要求，初步选择冲击碾压施工的相关参数。由于本项目冲击碾压施工面积较大，为了能有效控制冲击碾压施工效果，在施工前，应选择典型的、具有代表性的路段进行冲击碾压施工试验。

3）试验路段施工过程中，对人员、工具设备进行合理安排。对已经进行冲击碾压施工的试验路段进行路基沉降以及压实度检测。压实度检测过程中，可根据碾压路段的长度对检测断面进行检测。本项目采取以20 m为间距选取检测断面，同时要求在每个断面上布设3个检测点；设置检测断面时，若无特殊要求，可在检测中线的左右侧各设1个点。检测过程中需要对路基压实度和沉降检测结果按实记录，以此为后续大面积地进行冲击碾压施工提供参数依据。

5.3 施工控制技术

本工程采用冲击碾压技术进行施工的过程中，应严格控制施工质量，主要包括以下关键点：

1）优选机型。在冲击碾压施工前，结合本项目施工工况、施工环境条件，合理选择冲击压路机的型号。

2）对施工土层含水量进行控制。冲击碾压施工全过程中，应当对土体含水量进行严格控制，含水量符合施工要求后才能进行施工作业。

3）确定铺层厚度。为了有效提高压实效果，施工前应当合理确定铺层厚度，该参数是由施工设备和工况确定的。虚铺层厚度适宜选取100～120 mm，压实厚度应当严格控制在80～100 mm。

4）路基整体土质要均匀。路基冲击碾压施工过程中，应当严格控制机械掉头的范围，以免范围太大导致路基填筑层均匀性不符合要求。同时，还要尽可能在连续冲击碾压段进行掉头，以此提高冲击碾压的效率。

5.4 工程应用效果

为了验证本路段采用冲击碾压技术的处理效果，可对处理后的路基进行压实度检测和沉降监测。本路段最终冲击碾压次数达20次以上，选取5个检测点，分别对碾压次数为第5次、第10次、第15次和第20次的路基进行压实度和沉降检测，检测结果见表3。由表3可知，每个检测点在碾压20次后的土层压实度和平均沉降量均满足规范要求。

表3 各检测点冲击碾压检测结果汇总

6 结语

公路路基作为公路的重要组成部位，其施工质量对公路工程的整体质量有直接影响。冲击碾压技术作为公路路基处理技术之一，通过将冲击轮的重力势能转换为动能，可以对公路路基实施冲击碾压处理。根据其原理以及工程案例应用效果，得到以下结论：

1）路基土在冲击碾压作用下，土层的孔隙比会减小，从而提高路基土的压实度；由于土层受到挤密，压缩模量相应提高，从而有效减少了土层的沉降量。

2）对路基采用冲击碾压处理，应选取合适的填筑材料，采用冲击碾压技术时，路基的填筑材料宜为砂土。

3）工程案例表明，每个检测点在碾压20次后的土层压实度和平均沉降量均满足规范要求，因此，充分表明了本工程采用冲击碾压技术是可行的。