淺談沖擊壓實在路基施工中的應(yīng)用

1、淺析沖擊壓實在路基施工中的應(yīng)用路橋集團天津工程處 皋北內(nèi)容摘要 本文針對沖擊碾壓技術(shù)在路基施工中的應(yīng)用，通過理論分析與實際跟蹤測量，對沖擊碾壓的機理、范圍、技術(shù)效果、社會效益等方面進行了詳細研究、分析，同時也為提高路基工程質(zhì)量，改善與減少路基工后沉降，提高路基強度與均勻性等方面提供了大量的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和資料。以備今后設(shè)計、施工參考。關(guān)鍵詞： 沖擊壓實 壓實度 最佳含水量 最大干密度一、前言隨著我國交通事業(yè)迅速發(fā)展，公路建設(shè)突飛猛進，由于高速公路的道路性質(zhì)與其所擔(dān)負的交通量決定了對路基的要求很高，而高速公路的破壞往往源于路基。面對當(dāng)前建設(shè)形勢，高速公路一般要求周期短、質(zhì)量高。如何滿足量大、期短、

2、質(zhì)高的要求，這就需要我們采取一種有效、經(jīng)濟手段來解決此類問題。目前，高質(zhì)量路基的壓實技術(shù)方面尚存在不少變形破壞的技術(shù)問題，當(dāng)施工工期緊，成型路基的穩(wěn)定時間又不足，而現(xiàn)有靜碾及振動壓實機的施工，在客觀上還不能有效地解決此類問題。例如對于山區(qū)路基填方高，且大量為石方或土、石混填，填筑厚度難于控制，振動壓路機壓實確實有困難；對于濕陷性黃土地基遇水后嚴(yán)重沉陷，不可能開挖重新填壓，然而如何減少此類路基工后沉降，增加路基穩(wěn)定性是當(dāng)前公路建設(shè)者們面臨的一個緊迫性問題。眾所周知，公路是一條帶狀的、承受動靜兩種荷載的特殊人工建筑物，并且分布較廣，不可避免地要經(jīng)過大量的軟土地質(zhì)地區(qū)，如果對軟基處理不當(dāng)，將會使路基

3、沉降過大，導(dǎo)致路堤失穩(wěn)，路面開裂，橋臺與路基沉降不同而產(chǎn)生橋頭錯臺，路的中心沉降過大引起管涵彎曲和路基路面橫坡變小等現(xiàn)象，嚴(yán)重者甚至徹底遭到破壞。從而使通過的車輛大幅度減速，有的甚至造成行車事故，影響了公路的正常營運。為了防止和解決路基的工后沉降，設(shè)計部門和施工單位都采取了許多行之有效的措施和方法，從高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的使用要求出發(fā)，合理、可行、正確地處理軟土地基及填前碾壓等工序施工。二、沖擊壓實技術(shù)特點近幾年來，道路的早期破壞現(xiàn)象比較嚴(yán)重，分析其原因，路基的工后沉降是主要原因之一，因此為了減少工后沉降加強路基，補壓手段是非常必要的。河北省交通廳公路管理局及時組織召開了青銀高速公路清河至趙縣段“地

4、基處理審核及優(yōu)化報告評審會”。專家組一致認(rèn)為：從受力分析可知，軟弱地基要求處理深度均小于3m，因此對填方高度小于2m或大于6m的路段，路基填前碾壓決定采用沖擊壓實進行施工。1、 夯實機理沖擊壓實是巖土工程壓實技術(shù)的最新發(fā)展，它突破了傳統(tǒng)的碾壓方式，同時具有靜力、搓揉、振夯、沖擊的作用，即靜壓 振動壓（低幅高頻） 沖擊壓（高幅低頻）的沖擊壓實原理。其功能是使土體密實度均勻一致，使下壓土加速固結(jié)，消除沉降，從而達到追加密實度，提高土基承載力。沖擊壓實機是由35瓣的凸輪構(gòu)成的輪式壓實機，通過拖車牽引多邊形雙輪產(chǎn)生集中沖擊能量，連續(xù)快速夯擊地面912km/h對土基產(chǎn)生250t的沖擊力，具有地震波的傳播

5、特性，壓實深度隨碾壓遍數(shù)遞增。從而達到壓實和被壓土體壓實度均勻的目的，能有效地保證提高路基的工程質(zhì)量。2、碾壓范圍由于路基填土土源復(fù)雜，無法將粘性土和砂性土分別填筑，以及路基的CBR值不足，路基施工無論填方或挖方均要進行填前碾壓。為了使填前碾壓的土基密實度均勻，并檢查有無軟基存在；更重要的是為了消除半填半挖段、高填方段、深挖方段和近于零填方的路段的差異沉降，避免路面開裂而進行的追密壓實。由于其沖擊能量大、速度快。對目前公路建設(shè)中的如下領(lǐng)域具有明顯的壓實效果：（1）、一般路段的級以下濕陷性黃土地基處理；（2）、其它淺層（3m以內(nèi)）軟弱地基的沖擊碾壓；（3）、下路床的補壓；（4）、設(shè)計高度6m以上

6、路基的分層碾壓等；（5）、高填方填石路基加寬的沖擊碾壓等；（6）、舊路改建與路基加寬的沖擊碾壓等；3、效果分析針對不同的土質(zhì)及應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)不同的壓實遍數(shù)、土質(zhì)狀況、層厚等，與普通振動壓實機作技術(shù)經(jīng)濟對比分析。內(nèi)容如下： 沖擊壓實機與普通振動壓實機效果對比分析 表一項目沖擊壓實機普通振動壓實機速度（Km/h）9125碾壓深度（m）1.01.50.200.30同樣工程量需要時間40天45月代表彎沉（某試驗段）6.80（0.01mm）16.27（0.01mm）三、沖擊壓實技術(shù)應(yīng)用1、基底碾壓應(yīng)用 為了有效地處理路基基底，提高施工效率和工程質(zhì)量，合理利用沖擊壓路機沖擊碾壓技術(shù)適合于淺層軟弱地基的大面

7、積處理，達到?jīng)_擊碾壓后的地基局部變形，減少工后沉降的目的。2003年5月7日，我們選取了K128+800K129+000作為試驗段并進行了施工。為了便于沉降觀測，以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，在沖壓施工前我們已做好各測點的埋設(shè)工作，并進行了初始的檢測。由于沖壓后地表起伏較大，我們必須增加檢測的樣本數(shù)，提高觀測結(jié)果的可靠與真實性。通過沉降觀測，并結(jié)合理論分析、比較，從而能正確掌握其特性、處理效果及適用性。（1）、含水量、密實度檢測通過重型擊實試驗所繪制含水量與密實度關(guān)系曲線形狀圖分析可知：該試驗段最佳含水量為Wopt=11.9%，最大干密度為1.85g/cm3。并且干的一測曲線段較陡，說明在現(xiàn)場

8、碾壓過程中必須認(rèn)真、仔細控制好含水量，如過干，就需要消耗過多的壓實功，從而不經(jīng)濟。如過分潮濕，碾壓就不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生“彈簧”。因此通過現(xiàn)場試驗檢測，我們對試驗段進行了不同遍數(shù)、不同深度的含水量、壓實度檢測及控制，從而能夠確定不同碾壓遍數(shù)的有效影響深度。其結(jié)果如下： 表二沖擊遍數(shù)不同深度含水量（%）檢測結(jié)果0cm20 cm50 cm80 cm100cm120 cm07.810.211.812.514.014.8108.79.911.512.613.214.8209.110.011.812.913.815.2258.89.711.212.213.514.2309.010.211.512.813.3

9、15.0 表三沖擊遍數(shù)不同深度壓實度（%）檢測結(jié)果0cm20 cm50 cm80 cm100cm120 cm082838584868510818889898988208391939190892584929492929130839495 939391a、不同碾壓遍數(shù)的沖壓效果有效影響深度確定通過壓實度與深度的關(guān)系圖可知：120cm處深度的壓實度從25遍到30遍基本沒有變化。因此25Kj雙輪三邊形沖擊壓路機對此土質(zhì)的有效影響深度不超過120cm，此處會形成連續(xù)、均勻、密實的加固層。b、含水量控制 對于沖擊碾壓土的含水量（W）應(yīng)位于Wopt4WWopt2之間。當(dāng)土體的含水量高于Wopt2時，應(yīng)先對地

10、基事先加水濕潤；當(dāng)路基填料含水量低于Wopt4時，應(yīng)進行晾曬、翻松晾曬或摻灰拌和壓實。特別在潮濕與干旱地區(qū)，可根據(jù)實際情況經(jīng)試驗確定驗證后確定沖擊碾壓含水量的控制范圍。在沖擊碾壓過程中，由于連續(xù)沖擊作用，地下水通過土體毛隙孔作用上升，所以在表層100cm處下含水量會逐漸增大。c、密實性分析由于壓實土體表層在沖碾過程中，表面會松散，壓實度低。因此表層土層010cm之內(nèi)壓實度不具有代表性。其密實度最大值大約在表層下20cm50cm之間。d、碾壓遍數(shù)確定由于路基不同部位，不同層位采用沖擊壓路機補充碾壓時，需要的沖壓遍數(shù)取決于該層位原有的壓實度和希望達到的壓實度。所以本試驗段要求壓實度要求達到91%。

11、通過現(xiàn)場檢測結(jié)果分析，1080cm之內(nèi)壓實度至少能夠達到93%，所以選擇沖擊30遍是具有可行性。（2）、沉降觀測在沖擊施工前，我們做好了各測點的埋設(shè)工作，在施工中并進行了跟綜定點測量。通過大量的測量數(shù)據(jù)，我們進行了歸納整理、篩選分析，內(nèi)容匯總?cè)缦拢?表四碾壓遍數(shù)測點布置定點沉降量S（cm）平均值S12345678910010遍外行52.55.25.47.14.65.84.46.175.31中行43.63.44.24.45.14.24.64.43.44.13內(nèi)行5.54.24.16.75.93.156.55.77.45.411120遍外行3.12.22.41.22.832.23.53.42.52

12、.63中行2.22.61.82.72.13.22.82.123.32.48內(nèi)行2.63.142.21.52.93.12.62.12.72.682125遍外行1.31.10.91.51.91.31.11.21.31.71.33中行11.31.61.71.30.91.21.30.81.41.25內(nèi)行1.51.61.40.91.41.20.91.81.31.91.392630遍外行1.41.221.51.41.31.61.71.41.61.51中行1.711.51.41.31.61.911.11.51.4內(nèi)行1.91.71.41.30.91.41.61.22.11.61.51合計030遍外行10.8

13、710.59.613.210.210.710.812.212.810.78中行8.98.58.3109.110.810.198.39.69.26內(nèi)行11.510.610.911.19.78.610.612.111.213.610.99計算分析10遍 n=30 S10平=4.950 S=1.2445 CV=S/ S10平=0.251420遍 n=30 S10平=2.597 S=0.6150 CV=S/ S10平=0.236825遍 n=30 S10平=1.323 S=0.3025 CV=S/ S10平=0.228530遍 n=30 S10平=1.473 S=0.2912 CV=S/ S10平=0

14、.1976注： 外行、中行、內(nèi)行距離外邊線4.5m，14m，23.5m。 a、均勻性判斷不管用什么類型的壓路機碾壓路基，都要求路基均勻性良好。均勻性常用隨機檢測的壓實度的變異（或偏差）系數(shù)CV來表示。通過上表計算分析可知：010遍，S10平=4.950，S=1.2445，CV= 0.2514。1120遍，S10平=2.597 ， S=0.6150，CV= 0.2368。2125遍，S10平=1.323，S=0.3025，CV =0.2285。2630遍， S10平=1.473，S=0.2912，CV= 0.1976。所以路基均勻性良好，且平均沉降量范圍為713.6cm。（3）、DN值、地基承載

15、力檢測動態(tài)圓錐貫入儀（DCP）簡稱貫入儀，屬于一種小型觸探儀。貫入桿旁連接1000mm的讀尺，能直接讀記每次的貫入值。這種貫入儀在國外已經(jīng)在使用中積累了貫入值與相應(yīng)土性指標(biāo)的關(guān)系。其每錘擊一次（blow）的貫入值（mm）為DN（mm/blow）。青銀高速公路管理處有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)與我項目經(jīng)理部技術(shù)負責(zé)人聯(lián)合組成專家小組，通過大量實測數(shù)據(jù)，并進行了回歸分析計算，推算出地基承載力（Kpa）與錘擊擊數(shù)（次）之間的線性方程為：（）=820在沖擊碾壓前后，對試驗段的各測試點進行了DCP測試，根據(jù)各測試點的DN值，進行歸納整理、分析、計算平均DN值，結(jié)果如下：貫入值（DN值）與深度的關(guān)系 表五深度（cm）DN值（

16、mm/blow）1020507080100120沖壓前5.125.897.208.388.989.108.87沖壓后5.862.781.972.993.874.985.10擊數(shù)與深度的關(guān)系 表六深度（cm）擊數(shù)（次）1020507080100120沖壓前8141918141312沖壓后5183341252321地基承載力與深度的關(guān)系 表七深度（cm）地基承載力（Kpa）1020507080100120沖壓前4492132124928476沖壓后20124244308180164148a、效果分析根據(jù)現(xiàn)場報告顯示：土的強度和路基承載力都隨土的密實度增大而增加。沖壓在提高路基土壓實度的同時，明顯提

17、高了路基的承載能力。因此通過基底填前沖擊碾壓，效果是比較明顯。2、路堤（床）沖擊補壓應(yīng)用對于新建公路振動碾壓已達標(biāo)的下路床頂面進行沖擊補壓可以有效地提高路床的密實度與強度，增強路床的整體性與均勻性，延緩路面的早期破壞，提高路面的服務(wù)水平。對于填高6m以上路堤，填挖交界路段進行分層沖擊補壓，可以有效地增加路基的密實度與強度，減少工后沉降，防止路面開裂。在江西梨園至溫家圳高速公路施工中，采用紅砂巖作為路基填筑材料。為了減輕公路的早期破壞，延長公路的使用壽命。江西省科委有關(guān)專家對紅砂巖的物理力學(xué)性能進行了大量試驗一致認(rèn)為：對于紅砂巖進行路基填筑材料施工來說，在攤鋪上路床前采用沖擊壓路機對下路床頂進行

18、追密補壓是有必要的。（1）、壓實度檢測在下路床頂采用普通振動壓路機碾壓達標(biāo)結(jié)束后，我們立即采用新設(shè)備CYZ25型沖擊壓實機對路基填方路段進行了補強碾壓。并且對左幅和右幅離邊線5m處及中間位置處進行壓實度檢測，表面040cm處采用挖坑灌砂法，40100cm之間采用深層鉆孔取樣方法進行檢測，因其準(zhǔn)確性較低，我們增大了檢測樣本數(shù)?，F(xiàn)摘引現(xiàn)場檢測其結(jié)果如下：沖擊前后各層壓實度的統(tǒng)計值 表八沖擊遍數(shù)壓實度（%）深度（cm）102021404160618081100沖擊前壓實度范圍959996100959993999398平均值96.797.296.195.095.1離異系數(shù)（Cv）0.2250.2410

19、.1980.1910.278110遍壓實度范圍9610597106961039510294102平均值99.1100.398.496.897.6離異系數(shù)（Cv）0.2140.1910.2210.3540.3981115遍壓實度范圍9710998110971079610496105平均值101.3102.4100.399.4100.8離異系數(shù)（Cv）0.2410.1880.1990.2890.3141620遍壓實度范圍9611298114971109611196108平均值104.1105.4102.9102.0101.7離異系數(shù)（Cv）0.1990.1840.1920.2450.298 經(jīng)過沖

20、擊碾壓后，下路床平均壓實度從96.7%增加到105.4%，壓實度平均提高了8.7%，壓實度的增長比值為1.09，上路堤平均壓實度從95.0%增加到102.9%，壓實度平均提高了7.9%，壓實度的增長比值為1.08，其中0.210.4m處的平均壓實度最大。通過離異系數(shù)（Cv）大小分析比較可知：振動壓實后路基密實度的不均勻性經(jīng)沖擊碾壓后達到均勻，并且路基的整體強度提高，而且路基達到了連續(xù)、均勻、密實。在此表層下大約1.0m處形成了一個穩(wěn)定的加固層。（2）、沉降量檢測根據(jù)現(xiàn)場報告提供的沖擊壓實后的沉降量數(shù)據(jù)，我們進行了歸納、整理，現(xiàn)結(jié)果統(tǒng)計結(jié)果如下： 95區(qū)沖壓20次后不同位置的沉降量（mm） 表九 測點位置（離邊線），m3.514.024.5沉降量檢測沉降范圍（mm）307726723480均值（mm）50.257.460.1離異系數(shù)（Cv）0.2010.1980.254表中統(tǒng)計結(jié)果是15個斷面（間距均為20m）的測量結(jié)果。路基填土高度27m，平均5.5m，從上表中可以看到，不同