1、核工业西南建设集团有限公司 路基冲击碾压施工工法路基冲击碾压施工工法王汝俊核工业西南建设集团有限公司 6100211 前言冲击压路机是一种新式路基压实机械，通过冲击碾压对路基压实质量的提高产生了很强的推动作用。路基冲击碾压施工工艺在高速公路中的运用，是高速公路压实技术的最新发展。近年来，在高速公路施工中，为提高路基施工质量，加速路基沉降，减小路基工后沉降，一般都要求对路基进行冲击碾压。我公司在本辽高速公路路基工程第 19 合同段及伊墩高速第二合同段施工中，通过施工实践、总结，对该施工工艺已经熟悉、掌握并形成了本工法。2 工法特点2.1 冲击碾压的施工速度快，效率高，冲击碾的速度一般在 1220
2、km/h，尤其对较长、较宽的路基段落，效率更高。2.2 作用范围大，冲击碾的压实影响深度在 11.5m，比传统的压实机械有更好的压实功效，有效解决普通压路机需要严格控制层厚的问题。2.3 工费较低，按冲击 25 遍计算，每平方米费用约 2.5 元。2.4 控制工后沉降和不均匀沉降，提高路基的整体强度，保证公路的使用质量。3 适用范围3.1 本工法适用于地基冲碾，各种填土、填石的各级公路路基分层碾压，路堤（床）补压。3.2 自行式冲击压路机单块最小冲压施工面积不宜小于 1000m2,牵引式冲击压路机单块施工面积不宜小于 1500m2。较窄的工作面但设置了转弯道的最短直线距离不宜小于 100m,宽
3、度不宜小于 6m。此处所指的工作场地面积是指排除了需避让的构造物之后的能够冲压的净面积。3.3 如下情况不宜采用冲击碾压3.3.1 加筋土挡墙路段不宜采用冲击碾压；核工业西南建设集团有限公司 路基冲击碾压施工工法3.3.2 旧路改建中遇到的挡墙、桥梁和涵洞等的承载力不足以承受冲击碾压荷载需加固的路段；3.3.3 含水量超出范围经试验验证效果不明显的路段；3.3.4 路堤（床）增强补压试验段冲击碾压 20 遍后平均下沉量3cm 的路段。4 工艺原理冲击碾是由牵引车带动非圆形轮滚动，多边形滚轮的大小半径产生位能落差与行驶的动能相结合沿地面对土石材料进行静压、搓揉、冲击的连续冲击碾压作业，形成高振幅
4、、低频率的冲击压实原理。目前以 25KJ 三边形双轮冲击压路机使用最多，其双轮静重 12t，行驶最佳速度为 12km/h，对地面产生集中冲击力 20002500KN，相当于 11111543kPa。这种高能量冲击力周期性连续冲击地面，产生强烈的冲击波，向下具有地震波的传播特性，产生的冲击碾压功能达到超重型击实功，可使地下深层的密实度不断累积增加，视不同土石材料性状达 1.01.5m，比现有振动压实机械有更好的压实功效，使被冲压的土石填料更接近于弹性状态，显示出克服土石路基隐患的技术优势,是土石工程压实技术的最新发展。 三边形双轮冲击碾在工作中，当牵引车拖动三边弧形轮子向前滚动时，压实轮重心离地
5、面的高度上下交替变化，产生的势能和动能集中向前、向下碾压，形成巨大的冲击波，通过三边弧形轮连续均匀的冲击地面，使土体达到均匀密实。在冲击碾压过程中，三边弧形轮每旋转一周，其重心抬高和降低三次，对地面产生夯实冲击和振动作用三次。具体冲击作用过程为：在牵引的作用下，压实轮依靠与地面的摩擦力沿外廓曲线向前滚动，重心处于曲线最低点时，再向前滚动，重心开始上移，牵引力带来的动能转化成压实轮的势能和动能，并且缓冲机构开始作用，使蓄能器的缓冲液压缸收缩，蓄能器蓄能。当压实轮重心处于曲线最高点向前滚动时，压实轮的势能开始转化为动能，蓄能器缓冲液压缸伸张，蓄能器中的压力能释放，转化为压实轮的动能。由于压实轮的特
6、殊结构，其重心除了具有向前的线速度外，还有一个向下的线速度，直至压实轮另一条曲线与地面接触时，开始对地面产生冲击夯实作用。牵引车的工作速度越大，蓄能器的缓冲液压缸收缩越大，蓄能越多，释放的能量转化为压实轮的核工业西南建设集团有限公司 路基冲击碾压施工工法动能也越大，对地面产生冲击夯实的动能也越多，激振的效果也越好。根据经验和 25KJ 三边形双轮冲击压路机设计行车速度要求，碾压速度以 10-12km/h 为宜。对于一般路基的非饱和土，冲压轮着地时由于动能释放，在冲压轮下的局部面积产生瞬时的冲击动荷载，向下传递快速挤密深层土颗粒，同时冲击能量以震动波的形式在弹性半空间中传播，使土颗粒相互靠拢，排
7、出空隙中的气体与水，土颗粒重新排列而挤压密实。5 施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程见图 5.1不合格不合格合格图 5.1 施工工艺流程图5.2 施工方法及主要工序操作要点施工准备测量放样 修转弯道冲压路段清理整平冲压碾压整平、压路机碾压压实度及高程检测下道工序冲压碾压试验确定施工参数增加冲击碾压遍数检测含水量密实度洒水或晾晒埋设高程观测点核工业西南建设集团有限公司 路基冲击碾压施工工法5.2.1 施工准备对需要进行冲击碾压的地段，进行清理整平，以保证均匀传递较大的冲击力，使冲击碾压达到最佳效果，在无法转弯的地段还要修筑转弯道，以利冲击压路机转弯行驶。同时，对冲击碾压机械的性能进行了解
8、、熟悉。然后在现场实际布置沉降观测点，可以通过白灰布点，也可以利用全站仪实际测量坐标，这样更加准确。选定试验路段进行冲击工艺探索，确定最佳冲击碾压遍数。5.2.2 测量放样对已整平的路基进行放样测量，测量冲压前的标高，以确定冲压后的冲压沉降量。5.2.3 试验段布置无论是地基冲碾，还是路基分层碾压，其冲击碾压工作段的长度一般要求宽度大于 24m，长度大于 250m。按照每 20m 设置一个检测断面。每个沉降检测断面布置 3 点，分别为路基的左、中、右三点（边点距离路基边 1m）。用全站仪测量沉降观测点的坐标并记录，以便冲击完成后按照此坐标进行放样和标高测量。在碾压过程中按照每 5 遍检测一次压
9、实度及沉降，并详细记录数据，同时对检测数据进行整理分析，确定最佳碾压遍数以指导冲击碾压施工。5.2.4 其余段落施工按照试验段确定的施工工艺进行冲击碾压，施工过程中可根据各个段落的试验检测情况对冲击遍数进行调节。最终以试验检测数据为准来确定是否完成冲击碾压。5.2.5 具体冲碾过程1) 冲碾时压路机先从路基一侧边缘行驶，行至终点时转弯反向沿线路中心向起点行驶，行至起点再转向路基边侧行驶，牵引车行驶使压实轮的轮迹应重叠二分之一以上，以保证弧形轮中间的部分被冲碾到，就这样一环一环的进行。当压路机轮迹到达另一侧边缘时完成冲碾一遍，如图 5.2 示。由于压实轮弧形的构造特点，冲碾一遍结束时仍有部分路基
10、未被冲碾到，此时应接着进行第二遍、第三遍，每冲击 5 遍，试验检测检测沉降量、压实度、含水量、最大核工业西南建设集团有限公司 路基冲击碾压施工工法干密度、孔隙比等数据。如果此时的土体含水量小于土体的最佳含水量时，则要用推土机、平地机整平，根据计算补充洒水，保证土体处于最佳含水量、地基湿润、不出现松散层、水分充分渗透后再继续冲压，进行压实度和高程检测。2) 冲击碾压 10 遍、15 遍、20 遍、25 遍、30 遍后分别检测一次压实度、湿密度、最大干密度、孔隙比、湿陷系数、总的沉降量等数据。3) 各种数据整理汇总后得出结论以便指导大面积施工。4) 冲碾注意事项 当冲击压路机冲压若干遍后，若场地波
11、浪起伏过大，立即停止施工，用推土机推平整以后再继续施工。当表层土的含水量过少，扬尘情况严重时，则停止施工，用洒水车进行喷洒后再继续施工。压实过程中表层产生波浪形起伏后，碾压时要有意识地调整转弯半径，冲击波峰，即进行错峰压实，以做到压实质量的均匀、满压。在每碾压五遍后要调整为反方向冲击碾压。对于含水量较高的情况注意防止施工中出现“弹簧”现象，如果出现弹簧现象可暂停施工，待含水量降低、强度恢复后再施工或采用挖除换填方式处理。 测点平面位置保持不变，在施工过程中，应保证测点位置的固定。5.3 冲击碾压遍数5.3.1 冲击碾压遍数的定义：双轮冲击压路机的冲击轮宽度为 0. 9m，两轮隙宽度为 1.16
12、m，双轮外边缘的宽度为 2. 96m 时，冲碾 1 次的计算碾压宽度为 2m，经错一个轮宽碾压，冲碾 1 个来回后，计算碾压宽度 4m，按此方法计算，整个场地全部压完 1 次算一遍。图 5.2 碾 压 示 意 图1221线 路 中 心 线核工业西南建设集团有限公司 路基冲击碾压施工工法5.3.2 对于软基地段上面铺筑石碴的路基（石渣厚度一般在 5070cm 左右），一般要冲击碾压一次，冲击碾压遍数为 1520 遍。5.3.3 对于一般路段（路堤高度 4m 以下）的级（含级）以下的湿陷性黄土地基处理，要冲击碾压 2025 遍。5.3.4 对于地基为路基填土高度在 36m 者，在路基填筑至路床顶
13、20cm时进行冲击碾压一次，冲击碾压遍数为 1015 遍；路基填土高度在 610m 者，在路基高度填筑到一半时冲击第一次，填筑到路床顶 20cm 时冲击第二次，每次冲击碾压遍数为 1520 遍。5.4 劳动力组织劳动力配备表 表 5.4人员分类 人 数 工 作 备 注现场负责 1 负责施工现场指挥、协调 生产副经理技术员 1 负责施工现场技术 技术主管测量人员 3 负责施工测量试验人员 4 负责试验检测和控制机械司机 根据现场实际 操作冲击碾杂工 2 协助试验挖坑6 材料与设备6.1 路基填土材料用于路基土方填筑时，黏性土、砂砾石和土石混合填料宜采用冲击碾压，冲击碾压前要做试验段，根据实验结果
14、确定碾压遍数和沉降量，砂性土质段不能采用冲击碾压，对掺石灰或水泥改良的路基土方，改良后不应再进行冲击碾压。6.2 机械设备工程机械配备表 表 6.280 推土机 1 台 ZL50 装载机 1 台PY180 自行式平地机 1 台 20t 振动压路机 1 台核工业西南建设集团有限公司 路基冲击碾压施工工法25KJ 冲击压路机 1 台 洒水汽车 1 辆8T 以上自卸车 4 台 卡特 320 挖机 1 台试验仪器配备表 表 6.3150 灌砂筒 4 套 土工标准筛 1 套精度 0.1g 电子天平 1 台 10kg 案秤 1 台全站仪 1 台 50m 钢尺 1 个水准仪 1 台7 质量控制7.1 做好试
15、验路7.1.1 试验路的检测项目见表 7.1.1试验路的检测项目表 表 7.1.1应用范围项目地基与路堑冲压 土石混填、填石路堤分层冲压路基冲击补压层厚 必做沉降量 必做 必做 必做压实度 必做 必做 必做土的物理力学参数 选做 选做 选做贯入值（DN） 必做 选做 选做承载力 选做土质振动速度测量 选做 选做7.1.2 检测项目要求与频数1）沉降量定点沉降量检测包括冲碾前及每冲压 5 遍后的标高，检测样本数不少于 20个，水准仪的测量精度不大于 1mm。对于地基冲碾、分层压实、路基（或路床）的补压应根据试验大纲的图示要求宜用长 6cm 铁钉系红布条作明确标记，准确定点。平地机刮平对应注意保护
16、”带有红布条铁钉的检测点,即在检测点周围核工业西南建设集团有限公司 路基冲击碾压施工工法20cm 的地方不得扰动。2） DN 值粒径大于 5mm 的含量不超过 30%时可采用 DCP 检测，DN 值的检测频率与压实度相同，测点数 6 个左右。3）压实度压实度检测的样本数不少于 4 个，具体的检测位置见表 7.1.2压实度检测位置表 表 7.1.2项 目 测点竖向位置 检测时间地基和路堑冲压 表面下20cm、50cm、80cm、120cm冲击前及每冲压 10 遍土石混填、填石路堤分层冲压表面下 20cm、层厚的中间、层底上 10cm冲击前 10 遍及以后每冲压 5 遍路基增强补压 表面下20cm
17、、50cm、80cm冲击前 10 遍及以后每冲压 5 遍注：本表所指的测点位置指的是灌砂或环刀的中间位置。4）土的物理力学参数土的物理力学参数根据土质类型与工程要求确定，其基本物理参数有：天然含水量(%)、液塑限、天然密度( gcm 3)、粒径组成；力学参数有：压缩系数、压缩模量 Es、粘聚力 c、内摩擦角 、湿陷系数 s。检测项目与数量可根据工程需求确定。5）层厚压实层厚在 60cml00cm 之间，根据具体情况选择 2-3 个不同的松铺厚度试验。7.1.3 控制路基土冲压含水量，做好试验结果分析1）对各参数试验结果的分析按试验目的进行。各检测参数应及时进行整理分析，汇总成图表，表 7.1.
18、3 是不同冲压用途的各关系曲线。核工业西南建设集团有限公司 路基冲击碾压施工工法不同冲压用途所包括的关系曲线 表 7.1.3用 途 地基和路堑冲压 土石混填、填石路堤分层冲压路基冲击补压关系曲线 A、B、C、D A、B A、B、C备注：A：冲压遍数-沉降量曲线； B：冲击遍数-压实度曲线；C：冲压遍数-DN 值曲线； D：压实度-湿陷系数曲线（仅对湿陷性黄土）；各种关系曲线示例（以湿陷性黄土为例）（1）压实度：冲 击 遍 数 压 实 度 曲 线 关 系 图7075808590951000 5 10 15 20 25 30冲 击 遍 数 （ 次 ）压实度（%）压 实 度（ 20cm）压 实 度（
19、 50cm）压 实 度（ 80cm）压 实 度（ 100cm）图 7.1.1 冲击遍数-压实度曲线关系图从图 7.1.1 中可以看出，冲击遍数的增加，各个层次的压实度均有明显的提高，离表层 20cm 处尤为突出，冲压 20 遍后压实度增加值达到了 20 个百分点以上，但当土粒密实度达到一定的上限后，即使冲击次数增加，冲击的效果也不明显。图 1 中冲击第 21 遍至 25 遍虽然深度为 20cm 的密实度有所增加，但 50、80、100cm 深度的密实度从整体意义上来讲变化不大，由此说明：冲击核工业西南建设集团有限公司 路基冲击碾压施工工法碾压施工工艺对地基表层以下 20100cm 的密实度具有
20、明显的改善效果，但当密实度达到一定的上限后，即使增加冲击遍数，冲击效果也不明显，从经济角度来讲，无非是增加施工成本，这是不科学的。（2）DN 值：冲 击 遍 数 DN值 关 系 曲 线 图0.002.004.006.008.0010.0012.0014.000 5 10 15 20 25 30冲 击 遍 数 （ 次 ）DN值（mm/blow)DN值（ 20cm）DN值（ 50cm）DN值（ 80cm）DN值（ 100cm）图 7.1.2 冲击遍数-DN 值关系图DN 值是反映：“每锤击一次的下沉量(单位为 mm/blow)”,而下沉量越小体现的承载力越大。将图 7.1.2 结合图 7.1.1 可以看出：DN 值较其它试验数据表现出较大的离散性，但还是能明显的表现出曲线趋势：地表以下 20cm 的承载力最大，随着冲击遍数的增加，压实度增大，DN 值逐渐减小，它们成反比关系，由此说明：地基承载力随着冲击遍数的增加而递增。（3）相对湿陷系数：
