冲击压实技术在旧路改建中的应用

马海龙，齐 辉

(1.绥满高速公路牡丹江至哈尔滨段大修工程建设指挥部;2.中咨公路养护检测技术有限公司)

绥满高速公路牡丹江至哈尔滨段是在1997年建成通车二级公路的基础上改扩建项目，全线分三期建成，一期工程为尚志至亚沟段(K337+420～K431+390);二期工程为亚布力至尚志段(K265+472～K337+420);三期工程为海林至亚布力段(K179+980～K265+472)，项目分别于2004年、2006年、2008年交工通车;牡丹江至海林段(K166+610～K179+980)为1997年交工通车的高速公路。由于沿线交通量大，超载现象严重，导致路面病害较多，影响了行车安全，降低了服务水平，目前牡哈公路的现状已远远满足不了“通畅、舒适、安全”的高速公路使用要求。近年来虽进行了数次中小维修养护，但仍未从根本上解决问题。维修费呈逐年递增趋势，道路现状每况日下，病害面积逐年递增，公路的服务水平和使用功能明显的下降。2011年经研究决定对K165+120～K431+390.3段进行彻底大修，以改善行车条件。在大修过程中，采用冲击压实技术对原水泥混凝土进行破裂处理，作为新路面的基层，采用该技术可以解决原路面沉降问题，加快原路面的稳定，并且降低工程造价。

1 前言

冲击碾压(又称为冲击夯)作为一种高效率、高压实能量的压实、打裂机械，20世纪80年代在国外投入生产以来，得到了广泛的应用。冲击轮在位能落差与行驶动能下对工作面进行静压、搓揉、冲击，使工作面不断加固。其基本原理是利用动能转化为冲击能来压实土体，其特征是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，压缩土体并排除土体中的空气和水分，达到压实土体的最终目的。由于其具有巨大的动能，本次采用该技术对原水泥混凝土路面进行打裂稳压处理。

2 冲击压实技术作用机理

冲击压路机是将当前振动压实高频率、低振幅改为高振幅、低频率。冲击压路机是用五边形“轮子”来产生集中的冲击能量达到打裂稳压的目的。冲击压路机可由配套的牵引机在前方牵引。

打裂效果与打击能量有关，当打击能量大时，被压水泥板的应力也大，因而打裂效果较好。冲击压路机以其静能量来标定，能量以千焦耳计算;总的来说：冲击压路机工作时所具有的能量由三部分组成

N1为静态能量，其大小为压实轮转动过程中质心升高所具有的势能;它与多边形压实轮的质量m、外切圆半径R、内接圆半径r有关

式中：N1为能量，kJ;m为动力部件的质量，kg;g为重力常数(9.81 m/s);h为轮子外半径与内半径的差值，h=R-r。

N2为压实轮平动所具有的动能;与压路机行进速度V有关

N3为压实轮转动惯性所具有的能量;与压实轮转动惯量I和旋转角速度w有关

3 冲击前准备

3.1 冲压设备的选择

该工程选用蓝派GQ380五边形冲击压路机，冲压前要对冲击压路机及其配套设备进行检查，确保机械设备处于完好状态。

3.2 安全距离

(1)进行冲击破碎工作前，首先要检查清楚施工路段上的涵洞，通道，桥台的位置，用明显标记标明需要进行破碎处理的范围和控制点，检测人员做好相关准备工作，在旧水泥混凝土路面进行蓝派冲击破裂稳固的施工时，对于桥涵构造物应进行保护，水平安全距离不小于10 m，垂直安全距离不小于1.5 m，路侧建筑物水平安全保护距离不小于30 m。

(2)冲击压路机行驶速度一般为7～12 km/h，转弯半径一般为8 m，破碎遍数根据沉降量和原水泥混凝土面板的破碎情况来确定。

3.3 监测点布置

为观测路面沉降量，在试验路段设置监测点，监测点的布置如图1所示。

图1 监测点布置图

4 试验路段施工

由于各路段的水泥路面板块状况及路基状况各不相同，所以，不同路段的施工工艺也不一样。试验的主要目的是通过试验路段的施工，确定合适的冲压工艺和质量控制标准，以便后续的施工与质量管理。

4.1 旧水泥混凝土路面的冲压控制标准

(1)旧水泥混凝土路面板块宜破碎成60 cm左右的板块，各板块之间应互相嵌锁，不应过度破碎松散。

(2)冲压后的沉降应趋于稳定，一般以最后两遍平均沉降量不超过5 mm为准，或者其平均沉降量为总沉降量的5% ～10%。

(3)控制冲压遍数，一般五边形冲击压路机的冲压遍数为5遍，冲压5遍仍达不到要求时应停止冲压，采取其他技术措施。

4.2 冲压顺序

根据水泥混凝土路面的特点，原水泥混凝土面板所受的约束力越少，破裂效果越好。所以，先处理路肩部分，后处理行车道和超车道，这样可解除对原路面行车道和超车道破碎处理的侧向约束，有利于原面板的破碎。

4.3 冲压效果检测

对不同冲压破碎遍数下的沉降量、破碎板块尺寸及形状的监测观察，平均沉降量、破碎情况检测结果如表1。

表1 平均沉降量、破碎情况与破碎遍数的关系

5 结论

通过应用冲击压实技术对原水泥混凝土路面打裂稳压处理，得出以下结论。

(1)应根据不同的路面状况确定不同的压实遍数，通过两种不同路况的检测得出，路面较差的路段沉降量较大，压实3遍后路面网状结构基本形成，然而沉降量还较大，压实5遍后，沉降达到设计要求，但是板块脱落严重;路况良好的路面，压实5遍后才能达到设计要求，破碎板块状况良好。综合考虑各方面因素，最终对路况较差的路段压实3遍，对路况较好的路面压实5遍。

(2)压实时，应注意沿线构造物的安全距离，以免破坏沿线构造物，造成不必要的修补。

(3)对打裂后有局部板角破碎松动、出现唧泥及脱空严重的板块，由于板块之间不能嵌挤，容易造成路面损坏。所以，要进行挖除旧水泥混凝土板块后再重新填补处理。

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