公路建設(shè)的實(shí)踐證實(shí)，路基必須達(dá)到密實(shí)、均勻、穩(wěn)定，才能保證路面的正常服務(wù)功能。在高速公路修建中，當(dāng)路基受到斜坡地形、土石填料組成、地基土質(zhì)條件等不利影響時(shí)，以及公路建成的速度加快，路基經(jīng)常會產(chǎn)生沉降變形而引發(fā)工程病害。近年來使用沖擊
壓路機(jī)開發(fā)應(yīng)用的沖擊碾壓技術(shù)有了很大發(fā)展，在解決路基工程質(zhì)量隱患方面有所創(chuàng)新，如有效地減少路基的工后沉降與差異沉降，保證路堤的整體穩(wěn)定性；對碾壓成型路基的路床、路堤進(jìn)行檢驗(yàn)性追加沖碾遍數(shù)，進(jìn)步了路基的整體強(qiáng)度與均勻性；對濕陷性黃土地基或軟弱地基進(jìn)行沖擊碾壓的填前處理，使地基滿足承載力與穩(wěn)定的要求；對砂石路面、瀝青路面、水泥混凝土路面等舊路應(yīng)用沖擊碾壓技術(shù)進(jìn)行改建，不但加快施工進(jìn)度，還能達(dá)到工程質(zhì)量要求。目前除南非藍(lán)派公司、美國公司生產(chǎn)的沖擊壓路機(jī)外，國內(nèi)已有個(gè)廠家生產(chǎn)沖擊壓路機(jī)，有的廠家已能批量生產(chǎn)供給市場，因而全國已有二十六個(gè)省、區(qū)、市應(yīng)用了沖擊碾壓技術(shù)，工程實(shí)踐表明，正確使用公路沖擊碾壓技術(shù)，其效果明顯，能較好地消除路基的潛伏工程隱患，進(jìn)步公路建設(shè)質(zhì)量，應(yīng)用遠(yuǎn)景十分廣闊。
一、沖擊碾壓技術(shù)
沖擊碾壓是巖土工程壓實(shí)技術(shù)的最新發(fā)展。沖擊壓路機(jī)由牽引車帶動非園形輪轉(zhuǎn)動，多邊形滾輪的大小半徑產(chǎn)生位能落差與行駛的動能相結(jié)合沿地面對土石
材料進(jìn)行靜壓、搓揉、沖擊的連續(xù)沖擊碾壓作業(yè)，形成高振幅、低頻率的沖擊壓實(shí)原理。目前以25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)使用最多，其雙輪靜重12t，行駛最佳速度為12km/h，對地面產(chǎn)生集中沖擊力200~250t，相當(dāng)于1111~1543kPa。據(jù)國家海洋局第二海洋研究所在杭金衢高速公路的宕渣、砂礫路基上經(jīng)25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)以12km/h速度沖碾30遍后，實(shí)測深度0.8、1.5、2.0、2.5m的均勻垂直動土壓力分別為：1366、306、272、138kPa。這種高能量沖擊力周期性連續(xù)沖擊地面，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，向下具有地震波的傳播特性，產(chǎn)生的沖擊碾壓功能達(dá)到超重型擊實(shí)功，可使地下深層的密實(shí)度不斷累積增加，滿足重型標(biāo)準(zhǔn)90%壓實(shí)度以上的有效壓實(shí)厚度視不同土石材料性狀達(dá)1.0~1.5m，比現(xiàn)有振動壓實(shí)機(jī)械有更好的壓實(shí)功效，使被沖壓的土石填料更接近于彈性狀態(tài)，顯示出克服土石路基隱患的技術(shù)上風(fēng)。15KJ五邊形雙輪沖擊壓路機(jī)用于層厚0.50~0.75m分層壓實(shí)及水泥混凝土路面改造施工。
沖擊壓路機(jī)的技術(shù)特性決定較現(xiàn)行常規(guī)壓路機(jī)不同的壓實(shí)工藝，不采用現(xiàn)有壓路機(jī)壓半輪或部分重疊碾壓的施工方法，而是以沖擊力向土體深層擴(kuò)散分布的性狀，提出新的沖擊碾壓方法與施工工藝。沖擊壓路機(jī)雙輪各寬0.9m，兩輪內(nèi)邊距1.17m，行駛兩次為一遍，其沖碾寬度4m。每次沖擊力按沖碾輪觸地面積邊沿與地表以45°—φ/2夾角向土體內(nèi)分布土壓力。每遍第二次的單輪由第一次兩輪內(nèi)邊距中心通過，形成的理論沖碾間隙雙邊各0.13m，當(dāng)?shù)诙榈牡谝淮蜗騼?nèi)移動0.2m沖碾后，即將第一遍的間隙全部碾壓。第三遍再回復(fù)到第一遍的位置沖碾，依次進(jìn)行至終極遍數(shù)。沖擊壓路機(jī)向前行駛在縱向沖碾地面所形成的峰谷狀態(tài)，應(yīng)以單雙兩遍為一沖壓單元，當(dāng)雙數(shù)遍沖壓時(shí)，調(diào)整轉(zhuǎn)彎半徑，達(dá)到對形成的波峰與波谷進(jìn)行交替沖碾，使地面峰谷減小，表面接近平整。沖擊壓路機(jī)一般行駛按順時(shí)針與逆時(shí)針方向每五遍進(jìn)行交換作業(yè)。各種土石路基沖碾20~40遍可以使路基形成厚1.0~1.5m的均勻加固層。
二、公路沖擊碾壓的技術(shù)效果
1、減小路堤的工后沉降率
通過室內(nèi)模型試驗(yàn)與現(xiàn)場路堤沉降量試驗(yàn)觀測，路基在達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度時(shí)，其工后沉降率為0.4%左右。一般在斜坡地形的路基斷面會加大沉降量的差異，若路堤壓實(shí)層厚度與填料不均勻，壓實(shí)不足或均勻性不好，受到土石自重壓密變形，會形成拉伸與壓縮應(yīng)變區(qū)，使差異沉降加大。當(dāng)兩點(diǎn)沉降量梯度大于0.6%以上，有可能產(chǎn)生變形裂縫，山區(qū)高填方路基上常見到縱向或橫向裂縫。高填方路堤采用沖擊碾壓技術(shù)施工可使工后沉降率接近0.1~0.15%，能較好地避免差異變形所引發(fā)的裂縫，這是解決土石高填方路堤變形病害的有效技術(shù)措施。
北京八達(dá)嶺高速公路34m高填方路基填料為風(fēng)化花崗巖形成的含塊石細(xì)粒土砂礫，沖擊碾壓每層壓實(shí)厚度1m，均勻壓實(shí)度為重型標(biāo)準(zhǔn)95%，路基寬10.5m，兩個(gè)斷面設(shè)左、中、右沉降觀測點(diǎn)，完工一年后沉降量為：K10+260斷面32、37、32mm，路基中心填方高度26.4m，沉降率0.14%；K10+300斷面41、41、44mm，路基中心填方高度33.12m，沉降率0.12%。差異沉降量梯度均小于0.1%。表明路堤工后沉降率減小，沖碾密實(shí)，有很好的均勻性。廣西六水線36m、34m石灰?guī)r填石路堤的振碾與沖壓對比觀測，施工期沉降量為振碾76cm，沖壓22cm，表明沖擊碾壓的密實(shí)度增強(qiáng)。
在國內(nèi)高速公路振碾達(dá)到壓實(shí)要求的路基上，用沖擊壓路機(jī)對路床進(jìn)行檢驗(yàn)性補(bǔ)壓20遍后的均勻沉降量為：北京八達(dá)嶺線5.4cm；河北宣大線3.9cm；福建福泉線5.0~7.0cm；湖南湘耒線3.0~7.2cm；重慶渝黔線4.8~7.3cm；浙江杭金衢線2.0~3.4cm；江西梨溫線5.0~6.0cm等。綜合分析不同土石路基路床上通過沖擊補(bǔ)壓20遍后，原耒路基已經(jīng)達(dá)到壓實(shí)度規(guī)定的沉降量為5.0~7.0cm。當(dāng)沉降量在5.0cm以下，是原路基壓實(shí)質(zhì)量優(yōu)良，如河北宣大黃土路床原耒壓實(shí)度96%，浙江杭金衢宕渣、砂礫路床級配良好，原耒壓實(shí)度在97%以上，故沖碾后沉降量在4cm以下。如沉降量超過7.0cm，則原路基壓實(shí)不足，其壓實(shí)度未達(dá)到要求，或在90區(qū)沖擊補(bǔ)壓時(shí)，沉降量也大于7.0cm。對于5m以下路堤經(jīng)沖擊補(bǔ)壓后完成的沉降量已超過正常路基可能發(fā)生的工后沉降量，保證了路基的穩(wěn)定性，特別是斜坡地形的路基其技術(shù)效果更明顯。
2、進(jìn)步路基整體強(qiáng)度與均勻性
使用沖擊壓路機(jī)分層沖擊碾壓高路堤與補(bǔ)壓振碾達(dá)標(biāo)路床工程，能較好地進(jìn)步路基的整體強(qiáng)度與均勻性，有利于避免路面的早期損壞，延長路面的良好服務(wù)水平。
北京八達(dá)嶺花崗巖風(fēng)化含塊石細(xì)粒土砂礫路基的路床，經(jīng)過20遍沖碾后，計(jì)算分析地表下1.5m內(nèi)，用落錘式彎沉儀（FWD）檢測，均勻彈性模量值由沖碾前180MPa進(jìn)步到228MPa。
福建泉州工地對路基沖擊碾壓20遍后，用黃河標(biāo)準(zhǔn)車測彎沉值，補(bǔ)壓前均勻l。=220（0.01mm），補(bǔ)壓后均勻l。=183（0.01mm），即沖擊碾壓前E。=55.7MPa,補(bǔ)壓后E。=63.4MPa。
湖南沖擊碾壓試驗(yàn)段，用解放車測定沖碾20遍前后的彎沉值分別為141（0.01mm）與66（0.01mm），折算為黃河標(biāo)準(zhǔn)車的彎沉值分別為219（0.01mm）與102（0.01mm），即均勻E。由沖碾前55.9MPa進(jìn)步到95.1MPa。
福建某高速公路全線路床經(jīng)25KJ三邊形沖擊壓路機(jī)補(bǔ)壓，全線建成通車前夕由交通部公路工程檢測中心用自動彎沉儀檢測，測試?yán)锍?個(gè)車道總長596公里，74500個(gè)數(shù)據(jù)。K0+000~K66+987代表彎沉均勻值5.80（0.01mm），K66+987~K113+028代表彎沉均勻值6.66（0.01mm），K113+028~~K154+419代表彎沉值8.53（0.01mm）。用整車式平整度測試車檢測，測試?yán)锍?個(gè)車道總長600公里，6000個(gè)數(shù)據(jù)，IRI總均勻值為1.21（σ=0.73）。以相同設(shè)備檢測路面結(jié)構(gòu)與施工條件相同的某連接線10公里，路床未進(jìn)行沖擊補(bǔ)壓。檢測結(jié)果：代表彎沉均勻值16.27（0.01mm）；平整度指標(biāo)IRI均勻值1.55（σ=0.93）。對比表明振碾路床經(jīng)沖擊碾壓的技術(shù)效果明顯，進(jìn)步了路基的整體強(qiáng)度與均勻性，以及路面的服務(wù)水平與使用年限。
沖擊碾壓后路基形成的沉降量，可計(jì)算出路基壓實(shí)度的增加值。按下式計(jì)算：
S=h（1-Kh/Kh’）
式中：S為沉降量，cm；h為路基壓實(shí)影響厚度，cm；Kh為原路基壓實(shí)度，%；Kh’為沖碾后進(jìn)步的壓實(shí)度，%。
沖碾20遍后，在正常情況下，1.5m層厚范圍內(nèi)壓實(shí)度均增加3~5個(gè)百分點(diǎn)，由于沖擊壓路機(jī)是路床頂面上全面積的均勻沖碾壓實(shí)，達(dá)到了全路基的直接檢驗(yàn)與補(bǔ)充追加壓實(shí)，在路床頂面以下形成1.0~1.5m連續(xù)、均勻、密實(shí)的加固層，進(jìn)步了路基路面的綜合強(qiáng)度與穩(wěn)定性。
3、特殊土地基的加固處理
通常濕陷性黃土地基較多采取強(qiáng)夯法處理。在宣化至大同高速公路路基底層濕陷性黃土地基采用25KJ三邊形沖擊壓路機(jī)在地表面沖碾40遍處理。沖碾40遍后在地表下110cm內(nèi)土基均勻壓實(shí)度達(dá)到Kh=91%，即原來黃土的干密度ρd=1.35g/cm3進(jìn)步到1.70g/ cm3，其濕陷系數(shù)由0.0438降為0.0022，消除了濕陷性。地表下土基1m內(nèi)均勻彈性模量達(dá)到80MPa以上。在路基底面下1m內(nèi)經(jīng)沖碾壓實(shí)，形成連續(xù)、均勻、密實(shí)的加固硬層，其技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)完全符合黃土地基加固的質(zhì)量要求。在甘肅、寧夏、山西等濕陷性黃土地基采用沖擊碾壓進(jìn)行處理，也取得同樣加固效果。
京秦高速公路玉田段有長約16公里的軟土路段，在K65+800、K66+100用沖擊壓路機(jī)進(jìn)行了沖擊碾壓排水固結(jié)加固軟土地基試驗(yàn)，沖擊碾壓對軟土地基具有加速沉降與加固的作用。軟土路段地表填砂礫層厚50cm，插塑料排水板穿透軟土層至砂層，均勻長15~16m，間距1.5~2m。在砂礫層上填土高度50cm，三天內(nèi)沖擊碾壓22遍。監(jiān)測結(jié)果：地面沉降17.4mm，連續(xù)沉降17.8，地表下3m深處分層沉降10.1mm，地表下7m深處分層沉降5.0mm。當(dāng)路基填土達(dá)到2.4m時(shí)，六天內(nèi)進(jìn)行第二次沖擊碾壓40遍試驗(yàn)。監(jiān)測結(jié)果：地面沉降20.6mm，連續(xù)沉降21.4mm，地表下3m處分層沉降12.0mm，地表下7m深處分層沉降5.0mm，地表下12.5m深處分層沉降2.5mm，地表下17m深處分層沉降0.5mm?？紫端畨毫υ?m深處當(dāng)碾壓18遍時(shí)由11.274kPa增加到11.677kPa，當(dāng)繼續(xù)碾壓達(dá)到33遍時(shí)，孔隙水壓力由11.274kPa增為16.766kPa。以上監(jiān)測結(jié)果表明沖擊壓路機(jī)對地面施加沖擊能量，使土體受拉、壓作用，軟土自由水經(jīng)塑料排水板排出地表后土體密實(shí)度增加，加速了軟基的沉降固結(jié)。假如在軟基上填筑路堤，采用沖擊壓路機(jī)分層碾壓工藝，可在施工過程中加快軟基的固結(jié)速度，有利于軟基的沉降固結(jié)。
地基土的自然稠度處于0.5~1.0過濕狀態(tài)，需要進(jìn)行加固處理，可用沖擊碾壓結(jié)合水穩(wěn)定性好的粗粒材料墊層綜合加固。該墊層厚度按稠度（wc）確定：當(dāng)1.0＞ wc≥0.9，墊層厚20cm；0.9＞ wc≥0.75，墊層厚30cm；0.75＞ wc≥0. 5，墊層厚50cm。在粗粒料墊層上用沖擊壓路機(jī)碾壓20~30遍后，可使地基土表面部分厚度固結(jié)，與水穩(wěn)定性好的粗粒材料形成加固地基或路床。
4、加快舊路改造施工
當(dāng)公路升級需要改建舊路時(shí)，必須進(jìn)步路基質(zhì)量，滿足新路等級的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，通常采取開挖路面與路床、路堤，重新回填分層壓實(shí)，達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度，對瀝青或水泥路面需要破碎、翻挖與清除。采用沖擊碾壓技術(shù)則不必開挖路面與路基，可以直接在原路面上用沖擊壓路機(jī)進(jìn)行沖碾施工，使路基達(dá)到質(zhì)量要求，舊路面能得到利用。使用這種新工藝能節(jié)約筑路材料，有利于環(huán)境保護(hù)，保證工程質(zhì)量，加快改建公路進(jìn)度。
寧夏鹽興公路改建，將原砂石路面低等公路進(jìn)步到二級公路，用25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)直接沖碾舊路，完成試驗(yàn)段后，指導(dǎo)全線施工。低液限粉土段沖碾50遍后：壓實(shí)度均勻值0~30cm處由84.8%進(jìn)步到97.1%；30~80cm處由85.0%進(jìn)步到95.3%；80~150cm處由82.5%進(jìn)步到94.1%。均勻沉降量24.5cm。路基技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)路段低液限粉土路基按沖碾50遍施工。粉土質(zhì)砂段沖碾30遍后：壓實(shí)度均勻值0~30cm處由91.4%進(jìn)步到97.6%；30~80cm處由90.7%進(jìn)步到95.6%；80~150cm處由93.5%進(jìn)步到96.9%。180cm處由91.8%進(jìn)步到93.9%。均勻沉降量11cm 。路基技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)路段粉土質(zhì)砂路基按沖碾30遍施工。經(jīng)比較沖擊碾壓比正常工藝施工每公里由15萬元降至7萬元人民幣，減少用度46.7%。
內(nèi)蒙古包東線原5cm瀝青混凝土面層，15cm手?jǐn)[塊石、10cm砂礫墊層，進(jìn)行改建施工，用25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)在面層上直接沖擊碾壓加固路基。沖擊碾壓50遍后：壓實(shí)度均勻值0~80cm處由86.8%進(jìn)步到96.4%；80~150cm處由87.3%進(jìn)步到93.3%；150~200cm處由86.3%進(jìn)步到90.3%。路基壓實(shí)度均已達(dá)到規(guī)范要求。
安徽天長205線高速公路水泥混凝土路面已損壞，需要進(jìn)行改建。采用15KJ五邊形雙輪沖擊壓路機(jī)對水泥路面進(jìn)行沖碾破碎與路基加固。沖擊碾壓路面在20遍以內(nèi)，面版呈網(wǎng)狀破壞，有一定沉降量，已對路基進(jìn)行加固，仍保持半剛性基層與原面版的版體作用，對個(gè)別土基軟弱部分，需進(jìn)行換填加固處理。經(jīng)檢測與完成技術(shù)處理措施后，即加展高速公路的面層。上下行車道分先后順序已完成施工。此外，在廣東、河南、浙江等地用相同的五邊形沖擊壓路機(jī)進(jìn)行了水泥混凝土路面改建的沖擊碾壓試驗(yàn)與施工，取得較好的技術(shù)效果。
公路升級改建需要加寬修建新路基，特別是二級公路改建為高速公路時(shí)，使用沖擊碾壓技術(shù)能較好地解決新老路結(jié)合引起的變形裂縫題目。在加寬路基與坡腳外1.0m地基范圍內(nèi)，地基應(yīng)進(jìn)行沖擊碾壓加固處理。如屬于前述的特殊土地基，則采用的技術(shù)措施與沖擊碾壓結(jié)合進(jìn)行加固處理。當(dāng)新加寬路基分層壓實(shí)到路床后，對新老路結(jié)合部與新路床進(jìn)行了沖擊碾壓檢驗(yàn)性補(bǔ)壓，再視完成路基的具體狀況，必要時(shí)在結(jié)合部路床內(nèi)加展土工
格柵。這樣處理后能較好地避免產(chǎn)生因新老路結(jié)合所引發(fā)的沉降變形裂縫。
三、使用沖擊碾壓技術(shù)的留意事項(xiàng)
1、公道選用機(jī)型。目前國內(nèi)生產(chǎn)的沖擊壓路機(jī)有12個(gè)廠家共20個(gè)型號，種別繁多，使用不當(dāng)，很難達(dá)到預(yù)期的目的。對于路堤、路床的檢驗(yàn)性補(bǔ)壓與填石、土石混填路堤的分層壓實(shí)，經(jīng)全國現(xiàn)有的工程實(shí)踐證實(shí)，宜使用25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)。對水泥路面改建與土質(zhì)路堤分層壓實(shí)，宜使用25KJ五邊形雙輪沖擊壓路機(jī)。
2、正確使用沖擊碾壓施工工藝。對于雙輪沖擊壓路機(jī)應(yīng)按通過兩次為一遍，壓實(shí)寬度4m為計(jì)算單元，并按前述的施工工藝作業(yè)。單輪沖擊壓路機(jī)以通過一次的輪寬為壓實(shí)計(jì)算單位。
3、正確理解沖擊碾壓有較寬的含水量范圍。由于沖擊壓路機(jī)具有高能量的壓實(shí)功能，相當(dāng)于超重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的擊實(shí)功，達(dá)到重型壓實(shí)度的含水量僅在小于最佳含水量范圍內(nèi)擴(kuò)大，其大于最佳含水量的范圍不會擴(kuò)大。因此，含水量視土的塑性指數(shù)大小，宜控制稠度不小于1.1~1.2。否則厚80~100cm土層沖壓會形成彈簧土，無法壓實(shí)。
4、控制構(gòu)造物的安全間隔。沖擊壓路機(jī)的輪邊與構(gòu)造物應(yīng)有1m的安全間隔。橋涵構(gòu)造物上填土厚度不少于2.5m。
目前國內(nèi)沖擊壓路機(jī)主要應(yīng)用于高速公路土石高路堤的分層沖碾壓實(shí)，路堤、路床的檢驗(yàn)性補(bǔ)壓，以及地基加固處理等工程效果較明顯的領(lǐng)域。工程機(jī)械標(biāo)委會開始考慮制訂沖擊壓路機(jī)系列產(chǎn)品的技術(shù)條件。交通部下達(dá)制訂公路沖擊碾壓應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，正在編制中。今后將進(jìn)一步促進(jìn)沖擊碾壓技術(shù)的發(fā)展。根據(jù)沖擊壓路機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，沖擊碾壓對不同土石材料的壓實(shí)機(jī)理尚需進(jìn)行系統(tǒng)的研究；還可利用沖擊碾壓技術(shù)研究不同自然條件下路基路面整體設(shè)計(jì)理論與方法；目前針對沖擊壓路機(jī)只能向前行駛的特性，需要開發(fā)配套的沖壓設(shè)備。此外，沖擊碾壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)、水利、環(huán)境工程等方面也有廣闊的應(yīng)用遠(yuǎn)景。
