冲击压实技术在高填石路基施工中的应用

陈明磊

（唐山公路建设总公司 唐山 063000）

长深公路遵化（承唐界）至南小营段高速公路（简称承唐二期）路线全长42.788km，全线按高速公路标准建设。其中承唐界至遵化南互通段22.5km，采用双向6 车道标准建设，设计速度80km／h，路基宽32.0 m；遵化南互通至终点段20.288km，采用双向4车道标准建设，设计速度100km／h，路基宽26.0m。由于该段地处山岭重丘区，地形复杂，地势陡峭，沿线填挖变化频繁，表现出高陡坡路堤多，半填半挖路基多的特点，这给填方施工质量控制带来较大的难度。

1 路基填筑工程概况

承唐二期高速公路路基填方711万m3，其中土方填筑168万m3，石方填筑543万m3，石方路基占路基填筑总量的76.4%。石方路基中高度大于10 m 的有12 处，最高填方路中心高度13 m，最高填方边坡高度27 m。由于征地拆迁影响，大面积施工已进入雨季，根据总体工期安排，路基主体工程必须在年内完成。从以上路线情况可知，该工程石方填筑数量大、填方高、工期紧，如不切实控制好石方工程的填筑质量，今后路基势必大范围产生不均匀沉降，影响行车舒适乃至安全。为了保证填石路基的压实效果，减少路基的工后沉降，根据承唐二期指挥部、总监办下达的填石路基施工作业指导书要求，填石路基每填高2m必须进行冲击压实。

2 冲击压实技术的特点

传统的光轮压路机和振动压路机压实轮为圆形，压实作业中通过自身重力或是振动中激振力与振动参数使地表下几十厘米得到压实。南非蓝派（LANDPAC）公司研发的冲击式压路机将压实轮由圆形改革为非圆形，创立了压实作业中连续冲击、碾压作用于土体，从而获得深层压实效果，兼具强夯机和普通振动压路机优点。工作中压实轮对路基产生大振幅冲击剪切，具有地震波传播特性，并以压缩波（纵波）、剪切波（横波）和瑞利波（表面波）3种冲击波形式以高振幅、低频率的方式将极高的能量压入地面，对路基产生强烈的冲击作用，可有效增大压实厚度和压实体积，并减少压实遍数，从而大大提高路基的压实功效［1］。

承唐二期选用的蓝派公司LICP－3型冲击压路机由牵引机和压实轮2部分组成，工作中牵引机拖动非圆型压实轮滚动，压实轮轮廓曲线上最大半径滚动至最小半径处时对地表产生大振幅冲击剪切，并以冲击波的形式向下传播，从而使影响深度范围内的填料颗粒产生振动响应，进而克服土石颗粒之间的吸附力和粘聚力，使土石颗粒运动的位移增大，强迫排出土石颗粒之间的空气和水，细颗粒逐渐填充到粗颗粒孔隙之中，从而使土体得到压实。然后非圆曲线轮廓滚过地表又对地表施以揉压作用。

检验碾压是冲击压实工作的一个重要内容，25kJ压实机的高能量给出相当于冲击力达2500 kN 以上的重击，是一种极为有效的检验碾压。只要用冲击压路机碾压10～15遍，所有软弱或含水量过多的地方都很容易发现，再碾压几遍就可以补救。这对减少路基工后沉降、提高路基整体强度及加固软弱地基较通常碾压有较大作用，对提高高速公路修建质量具有现实意义。

3 填石路堤施工工艺

填石材料的特性变化很大，为使施工路堤工后沉降达到最小，应压实到理想结果。通常石料的级配越好，压实所能达到的密实度和弹性模量就越高。填石材料的沉降是由材料特性（石料类型、级配、最大石料粒径和形状）和压实处理（碾压机型、摊铺厚度和碾压遍数）决定的。石料特性和压实过程是相互联系的，必须统一考虑，特别是在填方较厚或填方厚度急剧变化的地方，更应考虑二者的统一性。

填石路基由于块石粒径较大，经自重不小于200kN 的振动压实机分层碾压至下沉值为零后，每层厚1.5～2.0m 再用冲击压路机进行检验性补压20遍，如下沉量在5～7cm，表明原来的碾压合格。填石路基使用冲击压路机施工，效率高、速度快，三边形双轮以12～15km／h速度能集中产生2 500kN 冲击荷载，连续压实路堤深层部位的石块。这种高振幅、低频率的冲击能量对路堤分层均匀碾压后，可使石块之间嵌锁密实，填石体承受冲击荷载所产生的沉降变形远大于填石路堤建成后自重与外荷引起的变形沉降，避免路堤出现因路面产生裂缝而引起的差异变形沉降。冲击压实的施工工艺要求如下［2］：

（1）石方填筑。石方填筑的关键是要达到要求的级配分布，这就需要采用末端法。这种方法保证使最大的石块居于每层的底部，而较细的颗粒则居于顶部，它能确保最佳的的嵌锁和压实力的传递。同时，提供一个不会致使压实碾轮及橡胶轮胎的牵引机在行进过程中受损的表面。该方法需要在填筑层末端的顶部用卡车倾卸，然后用推土机从末端将填料推入下面层，使其与正在填筑的一层形成同样的高度。

（2）层厚控制。填石路堤位于水平地形时，压实层厚度100cm；填石路堤在斜坡地带时，压实层厚度80cm。松铺系数一般为1.15～1.20。

（3）冲击碾压。每填筑2 m 为一层，分层增强补压。双轮冲击压路机的冲击轮宽为0.9 m，两轮隙宽度为1.16m，双轮外边缘的宽度为2.96 m 时，冲碾1次的计算碾压宽度为2m，经错1个轮宽冲碾1个来回后，计算碾压宽度4m，按此方法计算，整个场地全部压完1次算1遍。每个作业段冲击碾压的遍数不小于20遍。

（4）整平。冲击碾压完毕，对路基用石屑找平，并洒水压实。

4 冲击碾压遍数对高填方路堤沉降量影响分析

选K29＋806—K30＋255段填方路基作为试验段，平均高8.3m，在试验段代表性断面沿路基横向按一定间距布设2 点，纵向按一定间距布设3点，即3行、2列共6个钢球观测点。根据埋置钢球在不同冲击碾压遍数下的高程测量结果，绘制冲击碾压遍数与路基平均沉降量的关系，见图1。

图1 冲击碾压遍数与路基平均沉降量关系曲线

由图1可见，石方路基经过冲击碾压后，在冲击压路机强大的冲击作用下，路基的填料顶面测点的沉降是非常明显的，当冲压遍数分别为5，10，20 遍时，路基填筑冲压表面平均沉降量分别为5.7，7.4 和9.2cm，同时沉降量随冲压遍数变化曲线出现折点并明显变得平缓，增长幅度也由大变小。这是因为在最初的几遍冲击碾压下，冲压的巨大动量在路堤表面冲击压实的同时，冲击波向路堤深处传播，使路基填料的大小颗粒在外力的作用下克服颗粒间的阻力和咬合力产生位移，即石屑与大小石块重新排列、相互靠近，把较小颗粒挤压到大小石块的孔隙中，使单位孔隙体积减少，单位体积内的石块更加靠近，石屑颗粒也更加密实，这是填料出现压缩沉降的主要部分。随着冲击能的增大，相互靠近的粗石料相互接触并形成了骨架，石屑则在压实过程中起到润滑和填充的作用，接触力不大的石料和风化程度较高的石料开始由于石料的相互挤压而出现棱角或整体破碎，进而使更多的细小石屑挤压到石料之间的孔隙中，坚硬的石料进一步相互靠近，使填料压实程度进一步提高，造成整体体积减小。

从图中还可看出：0～5遍冲压时路基填筑冲击碾压表面平均沉降为5.7cm，5～10遍时路基填筑冲击碾压表面平均沉降为1.7cm，10～20遍时路基填筑冲击碾压表面平均沉降为1.8cm，即随着冲击遍数的增加，同样冲压遍数下的沉降量变化趋势是逐渐减缓的，最后趋于稳定，说明填料开始呈现出弹性状态特征。结合前面分析可知，以影响深度为2.0m 计，冲击15，20 遍后填料顶面总沉降率分别为3.7%和4.6%，其沉降差为：前10遍为7.4cm、后10遍为1.8cm，后10遍引起的沉降率为0.9%。因此，从沉降差和总沉降率角度出发来控制碾压质量并作为工程控制标准是可以实现的［3］。

5 结语

山区高速公路填方工程由于其受地形、地质影响，多出现高填方、陡坡路堤、半挖半填等状况，并要克服施工期间季节性降雨和阵发性降雨等难点，如果处理不好留下质量隐患，将影响行车的舒适性及安全性，并给运营以后的管养带来很大的困难，因此要格外重视。利用冲击压路机冲击压实法进行石方路基的补强加固是有效的，能够使路基填料密度提高、孔隙比减小，提高路堤的整体稳定性，控制路基的工后沉降且效果显著。这种施工方法具有施工简单、速度块、工期短、成本低和效益高的特点，适合在类似工程中推广运用。

［1］丁 建，郑仲琛.蓝派冲击压实技术防治路基施工八大通病［J］.交通世界：建养机械，2006（7）：42－44.

［2］陈 鹏，张建辉.冲击式压路机在填石路基增强补压中应用试验［J］.铁道建筑技术，2002（2）：28－30.

［3］赵军丽.冲击压实技术在高填方路基中的应用［J］.交通科技，2006（2）：47－49.