冲击压实技术在路基工程中的应用

   摘要：分析冲击压实机理，结合工程实例，表明冲击压实技术具有减少路基工后沉降、提高路基整体强度及加固软弱地基的作用。
        关键词：路基工程 冲击碾压 冲击压实机
1、冲击压实技术的特点
振动压路机的工程实践表明，碾压速度是决定压路机面积生产率（m3/h）的重要因素之一，压实深度和铺层厚度也是影响压实效果和压实生产率的重要参数。通常，振动压路机的最佳碾压速度为3―6km/h，最佳压实层厚度0.3―0.5m。要提高压实效果和压实生产率，增强土石体密实度，减少土石体自重的压密沉降变形，必须改进压实工艺，更新碾压技术，改变碾压方式，提高碾压速度的压实铺层厚度。冲击压实技术是将当前振动压实的高频率、低振幅改为高振幅、低频率，在压实作用中较大地增加了对土石方的压实功能。如25KJ三边形冲击压实机的冲击功能较振动压实机增加10倍，压实影响深度达5m，有效压实厚度由振动压实的0.20―0.30m，增加为1.00―1.50m，且冲击压实机的碾压速度较振动压实机提高两倍。通过在国内不同地区与不同土石填方路基的试验工程实践已经得到证实。
冲击式压实机是用三边形或五边形“轮子”来产生集中的冲击能量达到压实土石填料的目的。冲击压实机可由配套的重型工业拖车在前方牵引，也可以自行。
冲击压实机以其静能量来标定，能量按下式以千焦（尔）计算： E=mgh 式中：E为能量，千焦尔，kJ；m为动力部件的质量，kg；g为重力常数（9.81m/s2）；h为轮子外半径同内半径的差值，h=R-r，m，
目前常用的压实机的有25KJ-T3三边形和15KJ-T5五边形两种压实机。25KJ压实机用于原位碾压和层厚1m以下填料碾压以及碾压质量的检验。15KJ压实机用于层厚50―75㎝的填料碾压，由于是五边形轮子，可比25KJ压实机用较少遍数获得所需的密实度。冲击压实机在土石方压实作业中，突破了传统的碾压方式，当其一角立于地面，向前碾压时，产生巨大的冲击波，由于碾边顺序连续冲击地面，可使土体碾压均匀密实。该机以9―12km/h的行驶速度碾压作业，即冲击碾每秒钟冲击地面两次，相当于低频大振幅冲击压实土体，并周期性地冲击地面，产生强烈的冲击波向地下深层传播，具有地震的传播特性，其压实深度可随碾压遍数递增。25KJ压实机的高能量可对填料作深层压实，从而降低土的渗透性，为分层碾压或填方材料提供坚实的基础。在低交通量道路，对施工现场原位材料的深层压实能形成较高强度和稳定性，而不必换填材料，在多数情况下，直接修筑底基层和基层就可得到优质道路。
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250t以上的重击，是一种极为有效的检验碾压。只要用冲击压实机碾压10―15遍，所有软弱的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。高能量冲击压实机在云南、北京、河北、福建、湖南等省、市有关工程的冲击压实试验及冲击碾压中应用，初步认为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，这对提高当前高速公路修建质量具有现实意义。
2、冲击压实减少路基工后沉降
八达岭高速公路路基填料为风化花岗岩形成的含块石细粒土砂砾，路基填筑采用VV170 40t振动压路机分层（20㎝一层）碾压。要求达到压实度93%的压实标准，下路堤压实度90%，补压冲击碾压20遍，平均下沉量S=5.4㎝，计算有效压实深度1.5m，压实度平均提高到95%。路基高度4.5m，则冲击碾压完成沉降率为5.4/450=1.2%。采用冲击碾压分层（压实厚度1.0m一层）高填方路基高34m，每层冲碾前10遍下沉量为5.5―8.5cm，11―20遍下沉2.4―3.0cm，基本上与补压路基的11―20遍下沉量2.2cm相当。
福建及湖南不同土质路基冲击碾补压20遍后，在原振动压实路基达到规定的路床压实度标准时，其下沉量为5―7㎝，并有相当部分沉降量大于7㎝，达8―12cm，则实测压实度均不符合标准。此外，对宣大高速公路湿陷性黄土按20cm一层振碾达到压实标准后，再用冲击压实机冲碾20遍，下沉量为3.9cm；填石路堤经50t振动压实达到标准后，再冲击碾压20遍，下沉4―5cm；当高填方路基用冲击压实机分层碾压每层20遍，其沉降率可达到4%―5%，可较好地解决高路堤的工后差异沉降问题。
3、冲击压实提高路基整体强度
云南临沧碎石路堤采用冲击压实施工，经灌砂法测定干密度，路床顶面下80cm内平均干密度ρd=2.136g /cm3，平均压实度kh=100.5%；80―150cm平均干密度ρd=2.051g/cm3，平均压实度kh=96.5%。压实度较规定的标准提高3.5%―5.5%，在0―150cm内完成的下沉量为6.92cm。
八达岭花岗岩风化含块石细粒土砂砾路基，经过20遍冲击压实后，计算分析地表下1.5m内，用落锤式弯沉仪（FWD）检测，平均弹性模量值由冲碾前的180MPa提高到228MPa。
福建泉州工地用冲击碾补压20遍后，用黄河标准车测弯沉值，其补压前ι0=220（0.01mm），补压后ι0=183（0.01mm），按E0=2430ι0-0.7式计算，冲击碾压前E0=55.7 MPa，补压后E0=63.4 MPa。