冲击压实技术在公路路基施工中的应用

孙启然

（石家庄市交建高速公路建设管理有限公司平赞分公司南佐收费站，河北 石家庄 050051）

1 工程概况

某公路工程设计全长23.8km，设计行车速度70km/h，设计为双向4 车道，该工程位于城市郊区位置，周围存在农田、河流等，在路基施工前施工方未经全面检测便开展路基施工，待路基施工完成后经检测得知，部分路基结构稳定性及承载力较低，难以满足正常的使用要求，为保证公路的安全使用，研究决定采用冲击压实法对局部路基施工，以增加路基承载力及稳定性，经测量冲压路段的总长度为3.4km。

2 冲击压实技术在路基施工中的应用

2.1 冲击压实原理

路基冲击压实施工主要是利用冲击压实机完成，冲击压实机械轮胎断面具有3个凸出的压实轮，施工时具有高振幅、低频率的特点。冲击碾压中利用牵引机提供的引力，使机械的压实轮向前滚动，由于压实轮是凸出形态，向前滚动过程中会存在一定的高度差，从而存在一个向下冲击路基的动作，当冲击轮抬高时，此时会储存势能，向下冲击过程中，势能转化为冲击能，由于冲击能作用于路基之上，路基的土体在冲击能的作用下会发生推移、变形，从而不断被挤压密实，最终达到压实的效果[1]。

2.2 施工准备

2.2.1 技术准备

冲击碾压施工前，施工单位应结合本工程实际的地质情况、水文条件制定详细的施工方案，明确施工中的施工工序、采用的施工技术、施工控制措施等，然后组织施工人员开展技术交底工作，交底工作中的交底书由技术人员负责编制，由项目经理向各个施工人员开展交底，交底的主要内容包括冲压施工的工序、各个施工人员的职责、施工方案、施工图纸等，交底结束后每个施工人员均应明确自身的任务，并熟练掌握施工技术与方案。此外，在技术准备阶段还应对施工现场可能发生的安全问题加以分析，并制定应急方案，一旦遇到紧急情况可第一时间采取应急措施，将损失控制在最小[2]。

2.2.2 基面处理

本工程路基冲击碾压施工前，要对路基表面进行检查，将表面存在的垃圾、草皮等杂物清理干净，同时对路基凹凸不平的位置找平处理，路基凹陷深度小于50cm 的，直接回填至原路基标高，凹陷深度不小于50cm 的，分层回填至原路基标高，回填后利用工具夯击密实，等待冲压施工，此外，基面处理过程中还要检查路基的含水率，如不满足施工要求，需要采取洒水或翻晒的措施处理，合格后开始测量放样作业。

2.2.3 测量放样

（1）冲击压实的测量工作根据原路基的导线点和水准点完成，测量时全路段贯通测量，各个控制点为测量准确后，根据控制点位开展放样作业，为冲压施工作指导，放样结束后由监理单位进行复测，核定测量放样工作的准确性，此外，测量放样过程中要根据测量数据与设计断面位置绘制路基的断面图，并根据路基断面图开挖路基边线，以控制冲压范围。

（2）测量放样工作的同时要在施工场地内合理布设检测点，检测点的主要作用是观测路基冲压前后路基的沉降情况，检测点的布置每间隔30m 设置1 处，每处设置有3个检测位置，确保检测结果的精确性，检测点的布置形式为埋设沉降钢板，钢板设置完成后要先检测记录当前路基的高度，以便后续数据的对比[3]。

2.2.4 设备选择

测量放样结束后，准备冲压使用的机械设备，结合对工程现场的调查勘测，最终确定本工程采取的冲压施工机械为25kJ 冲压机，以及一些其他的小型辅助设备。机械设备入场后由专业人员负责调试、养护，确保冲压施工时机械的性能满足施工要求，同时机械使用前，要检查操作人员的资格证书，避免无证上岗，以保证机械的正常、安全使用。

2.3 冲压参数确定

2.3.1 冲压机标定

冲压施工前需要对冲压机进行标定，以保证冲压机的性能满足施工要求，机械标定值即为机械的势能，本工程采用的机械为25kJ 冲压机，机械的势能可根据机械压实轮与内组件的质量，以及压实轮半径差计算，计算公式如式（1）：

式中：E为机械的势能（kJ）；M为机械的压实轮与内组件的质量（kg）；h为压实轮半径差（m）；g为重力加速度，取值为9.8m/s2。通过测量得知，机械质量M为12kg，半径差h为0.22m，计算得知E取值为25kJ。

2.3.2 冲击力计算

为保证工程的冲压效果满足施工要求，在施工前要结合设计要求计算机械的冲击力，冲击力的计算可根据公式（2）计算：

式中：N为冲压机的冲击力（t）；M为压实轮的转动线速度（m/s）；V1为冲压初速度（m/s）；V0为冲压末速度（m/s）；t为冲压时间（s）。通过计算可得，本工程冲压力应控制在250～400t[4]。

2.4 冲击碾压

（1）冲压参数计算确定后，为检测各项数据的准确性，正式开始冲压作业前，需开展试验段施工，试验段的施工方案与正式施工方案一致，施工时由专人负责指挥作业，冲压过程中要对冲压的机械参数、冲压遍数、填料含水率进行详细记录，冲压完成后检测冲击碾压质量，如不满足设计要求，需修改施工方案或相关参数重新施工，直至满足要求为止，如满足设计要求，则根据记录的相关参数开展路基冲压作业。

（2）本工程冲击碾压时结合试验段的参数开始作业，冲压机械的速度控制在12km/h，冲压遍数不少于20遍，直至冲压密实，冲压过程中每冲击碾压5遍，由施工人员利用推土机进行整平，并检测一次路基的沉降量，冲压时的所有参数、数据由专人负责记录整理，冲压完成后及时检测路基的平整度、压实度、厚度等，检查合格后，将路基表面清理干净，将施工产生的杂物、垃圾清理出路基范围[5]。

2.5 注意事项

（1）冲击碾压施工前要注意对路基填料的检查，路基填料的质量直接决定冲压效果，如路基含水量过高，则难以冲压密实，如路基含水量过低，则难以冲压至设计高度。因此，冲压施工前要检查路基填料的含水率及铺筑厚度，控制路基填料的含水量在最佳含水量±1%的范围内，此外，还要在冲压前完善路基的排水系统，避免路基因遭受积水的作用，而影响路基的冲压效果。

（2）冲压施工时要注意对周围构筑物、地下管线的保护工作，为避免冲压中对其造成破坏，在冲压施工前要安排检测人员对场地内的构筑物及地下管线进行调查，能拆除或移动的构筑物，在获取归属方同意后，开展迁移保护作业，不能拆除或移动的构筑物，施工前要做好保护措施并设置明显标记，避免冲压过程中造成破坏[6]。

（3）冲压过程中要注意冲击波峰，冲压时错峰压实，错位控制在20～40cm，同时在冲压过程中要合理设置冲压机械的转弯标线。如施工区域的范围在冲压机械转弯半径的4倍及以上，要将场地沿中线划分成两半，并设置转弯边线，如施工区域的范围在冲压机械转弯半径的4倍以内，则根据场地具体大小在场地边缘设置转弯边线，标线的设置采用可明显辨别的标记物，设置后冲压时结合边线施工作业[7]。

（4）路基冲击碾压中要注意控制冲压速度，冲击碾压施工时冲压机械的冲击速度基本在9～12km/h，其冲压速度非常快，平均每秒可对路基造成2次以上的冲压，如冲压的速度超过12km/h后，则机械对路基的冲压效果就会大打折扣，路基在后续使用过程中就容易产生沉降问题，严重威胁路基的使用安全，因此，在冲击碾压施工中机械的冲压速度不得超过12km/h，以保证冲压质量。

（5）冲压过程中要注意对环境和安全的保护，冲压时路基表面会产生较大的灰尘，为避免对周围环境的影响，施工中要采取洒水的措施控制扬尘现象；冲压中由于机械的强大冲击力，路基会在冲击力的作用下产生位移，从而对路肩造成破坏，因此，在冲压施工中要保持机械与路肩的距离，避免路肩遭受破坏；此外，冲压施工中要注意施工人员的安全问题，所有施工人员要求佩戴安全防护工具，无关人员严禁入场[8]。

2.6 质量检测

2.6.1 压实度检测

冲击碾压施工后由监理单位负责组织验收工作，验收前施工单位应开展自检工作，检查内容主要为路基的压实度，待冲击碾压20遍后，路基的压实度趋于稳定，自检时主要采用灌砂法对路基的压实度进行检测，检测时每隔50m选取一处断面，每个断面随机选取有3个检测点，本次随机给出2个断面的检测结果，检测结果如表1。

由表1 检测结果可得，本工程路基经冲击碾压后，路基的压实度明显提升，其检测点中路基最大压实度可达97.6%，最小压实度为96.4%，与原路面最大压实度93.1%和最小压实度94.2%相比，平均压实度上升了4.05%，表明经本次冲击碾压施工后，路基的压实度明显提升，路基冲击碾压施工效果良好。

表1 压实度检测结果

2.6.2 承载力检测

冲击碾压结束后，为保证本工程路基的承载力可以满足后续施工的要求，在施工前的自检中同时对路基的承载力进行了检测，承载力的检测方法为标准贯入试验，首先在施工现场随机均匀的选取检测点，然后利用落锤将开管式的贯入器锤击至指定深度，锤击次数越多则证明路基承载力越高，承载力的检测与压实度一致，每间隔50m 选取一处断面，每个断面随机选取3 个测点，本次随机给出2个检测点的检测结果，如表2。

表2 承载力检测结果

由表2检测结果可知，路基经冲击碾压后，其承载力明显得以提高，原路面冲压前最高锤击次数为27次，最少锤击次数为23 次，平均次数为25 次，而经冲击碾压后，路基最高锤击次数可达38 次，最少锤击次数为34 次，平均次数为36 次，与设计值要求的30 次相比，已经满足验收要求，因此，本工程路基冲压后承载力得以有效改善[9]。

2.6.3 平整度检测

除路基压实度与承载力外，其主控项目还包括路基的平整度。因此，路基冲压结束后施工单位的自检工作中应同时对路基的平整度进行检测，平整度的检测方式有很多，包括3m直尺法、连续式平整仪检测法、激光检测法、车载式颠簸仪检测法等，其中后者多用于路面检测，经对比本工程路基检测采用3m 直尺检测法，检测方式与压实度、承载力一致，均每间隔50m选取一处检测点，并随机检测3个位置，检测结果如表3。

由表3 检测结果可得：本工程路基经冲击碾压后，路基表面基本保持平整度，检测点中平整度最大的位置其检测结果为0.81，最小的检测结果为0.65，平整度的检测平均值在0.73，与设计要求的不大于1mm相比，均满足设计要求，因此，检测结果表明，路基经冲击碾压后路基表面的平整度满足要求，可以开展验收工作。

表3 平整度检测结果

3 结语

当前，冲击压实技术在国内公路路基施工中的应用越来越广泛，主要是因为冲击压实后的路基不仅具有强度高、稳定性好的特点，还可以提高公路的整体施工质量和使用寿命，与传统路基压实法相比，压实效果更为突出。因此，在路基施工中应用广泛，但为保证路基冲击碾压的施工质量，施工单位在冲压施工中应主严格遵循施工流程作业，施工中做好质量控制工作，同时需加强对路基冲击压实技术的研究，以保证路基冲压效果。