公路沖擊碾壓的技術(shù)效果
減小路堤的工后沉降率
通過室內(nèi)模型試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)路堤沉降量試驗(yàn)觀測(cè)，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(huì)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(huì)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，平均壓實(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(cè)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(duì)比觀測(cè)，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(guó)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(duì)路床進(jìn)行檢驗(yàn)性補(bǔ)壓20遍后的平均沉降量為：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?jī)?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(jí)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(duì)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。
提高路基整體強(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，能較好地提高路基的整體強(qiáng)度與均勻性，有利于避免路面的早期損壞，延長(zhǎng)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(cè)，平均彈性模量值由沖碾前180MPa提高到228MPa。
福建泉州工地對(duì)路基沖擊碾壓20遍后，用黃河標(biāo)準(zhǔn)車測(cè)彎沉值，補(bǔ)壓前平均l。=220（0.01mm），補(bǔ)壓后平均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(cè)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)，即平均E。由沖碾前55.9MPa提高到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(cè)中心用自動(dòng)彎沉儀檢測(cè)，測(cè)試?yán)锍?個(gè)車道總長(zhǎng)596公里，74500個(gè)數(shù)據(jù)。K0+000~K66+987代表彎沉平均值5.80(0.01mm)，K66+987~K113+028代表彎沉平均值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(cè)試車檢測(cè)，測(cè)試?yán)锍?個(gè)車道總長(zhǎng)600公里，6000個(gè)數(shù)據(jù)，IRI總平均值為1.21（σ=0.73）。以相同設(shè)備檢測(cè)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(cè)結(jié)果：代表彎沉平均值16.27(0.01mm)；平整度指標(biāo)IRI平均值1.55（σ=0.93）。對(duì)比表明振碾路床經(jīng)沖擊碾壓的技術(shù)效果明顯，提高了路基的整體強(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’為沖碾后提高的壓實(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，提高了路基路面的綜合強(qiáng)度與穩(wěn)定性。
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)土基平均壓實(shí)度達(dá)到Kh=91%，即原來黃土的干密度ρd=1.35g/cm3提高到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)平均彈性模量達(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(zhǎng)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(duì)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，平均長(zhǎng)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(cè)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(cè)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。孔隙水壓力在3m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(cè)結(jié)果表明沖擊壓路機(jī)對(duì)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)。如果在軟基上填筑路堤，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)。
地基土的天然稠度處于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。
加快舊路改造施工
當(dāng)公路升級(jí)需要改建舊路時(shí)，必須提高路基質(zhì)量，滿足新路等級(jí)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(duì)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提高到二級(jí)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)度平均值0~30cm處由84.8%提高到97.1%；30~80cm處由85.0%提高到95.3%；80~150cm處由82.5%提高到94.1%。平均沉降量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)度平均值0~30cm處由91.4%提高到97.6%；30~80cm處由90.7%提高到95.6%；80~150cm處由93.5%提高到96.9%。180cm處由91.8%提高到93.9%。平均沉降量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，減少費(fèi)用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)度平均值0~80cm處由86.8%提高到96.4%；80~150cm處由87.3%提高到93.3%；150~200cm處由86.3%提高到90.3%。路基壓實(shí)度均已達(dá)到規(guī)范要求。
安徽天長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)個(gè)別土基軟弱部分，需進(jìn)行換填加固處理。經(jīng)檢測(cè)與完成技術(shù)處理措施后，即加鋪高速公路的面層。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(jí)改建需要加寬修建新路基，特別是二級(jí)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)合引起的變形裂縫問題。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(duì)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)加鋪土工格柵。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。