1、沖擊壓實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)
振動(dòng)壓路機(jī)的工程實(shí)踐表明，碾壓速度是決定壓路機(jī)面積生產(chǎn)率（m3/h）的重要因素之一，壓實(shí)深度和展層厚度也是影響壓實(shí)效果和壓實(shí)生產(chǎn)率的重要參數(shù)。通常，振動(dòng)壓路機(jī)的最佳碾壓速度為3—6km/h，最佳壓實(shí)層厚度0.3—0.5m。要進(jìn)步壓實(shí)效果和壓實(shí)生產(chǎn)率，增強(qiáng)土石體密實(shí)度，減少土石體自重的壓密沉降變形，必須改進(jìn)壓實(shí)工藝，更新碾壓技術(shù)，改變碾壓方式，進(jìn)步碾壓速度的壓實(shí)展層厚度。沖擊壓實(shí)技術(shù)是將當(dāng)前振動(dòng)壓實(shí)的高頻率、低振幅改為高振幅、低頻率，在壓實(shí)作用中較大地增加了對(duì)土石方的壓實(shí)功能。如25KJ三邊形沖擊壓實(shí)機(jī)的沖擊功能較振動(dòng)壓實(shí)機(jī)增加10倍，壓實(shí)影響深度達(dá)5m，有效壓實(shí)厚度由振動(dòng)壓實(shí)的0.20—0.30m，增加為1.00—1.50m，且沖擊壓實(shí)機(jī)的碾壓速度較振動(dòng)壓實(shí)機(jī)進(jìn)步兩倍。通過在國內(nèi)不同地區(qū)與不同土石填方路基的試驗(yàn)工程實(shí)踐已經(jīng)得到證實(shí)。
沖擊式壓實(shí)機(jī)是用三邊形或五邊形“輪子”來產(chǎn)生集中的沖擊能量達(dá)到壓實(shí)土石填料的目的。沖擊壓實(shí)機(jī)可由配套的重型產(chǎn)業(yè)拖車在前方牽引，也可以自行。
圖1為沖擊壓實(shí)機(jī)的基本原理。沖擊壓實(shí)機(jī)以其靜能量來標(biāo)定，能量按下式以千焦（爾）計(jì)算：
E=mgh
式中：E為能量，千焦?fàn)?，kJ；m為動(dòng)力部件的質(zhì)量，kg；g為重力常數(shù)（9.81m/s2）；h為輪子外半徑同內(nèi)半徑的差值，h=R-r，m，見圖1。
目前常用的壓實(shí)機(jī)的有25KJ-T3三邊形和15KJ-T5五邊形兩種壓實(shí)機(jī)。25KJ壓實(shí)機(jī)用于原位碾壓和層厚1m以下填料碾壓以及碾壓質(zhì)量的檢驗(yàn)。15KJ壓實(shí)機(jī)用于層厚50—75㎝的填料碾壓，由于是五邊形輪子，可比25KJ壓實(shí)機(jī)用較少遍數(shù)獲得所需的密實(shí)度。沖擊壓實(shí)機(jī)在土石方壓實(shí)作業(yè)中，突破了傳統(tǒng)的碾壓方式，當(dāng)其一角立于地面，向前碾壓時(shí)，產(chǎn)生巨大的沖擊波，由于碾邊順序連續(xù)沖擊地面，可使土體碾壓均勻密實(shí)。該機(jī)以9—12km/h的行駛速度碾壓作業(yè)，即沖擊碾每秒鐘沖擊地面兩次，相當(dāng)于低頻大振幅沖擊壓實(shí)土體，并周期性地沖擊地面，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波向地下深層傳播，具有地震的傳播特性，其壓實(shí)深度可隨碾壓遍數(shù)遞增。25KJ壓實(shí)機(jī)的高能量可對(duì)填料作深層壓實(shí)，從而降低土的滲透性，為分層碾壓或填方材料提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在低交通量道路，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)原位材料的深層壓實(shí)能形成較高強(qiáng)度和穩(wěn)定性，而不必?fù)Q填材料，在多數(shù)情況下，直接修筑底基層和基層就可得到優(yōu)質(zhì)道路。
檢驗(yàn)?zāi)雺菏菦_擊壓實(shí)工作的一個(gè)重要內(nèi)容，25KJ壓實(shí)機(jī)的高能量給出相當(dāng)于沖擊力達(dá)250t以上的重?fù)?，是一種極為有效的檢驗(yàn)?zāi)雺?。只要用沖擊壓實(shí)機(jī)碾壓10—15遍，所有軟弱的或含水量過多的地方都很輕易發(fā)現(xiàn)，再碾壓幾遍就可以補(bǔ)救。高能量沖擊壓實(shí)機(jī)在云南、北京、河北、福建、湖南等省、市有關(guān)工程的沖擊壓實(shí)試驗(yàn)及沖擊碾壓中應(yīng)用，初步以為對(duì)減少路基工后沉降，進(jìn)步路基整體強(qiáng)度及加固軟弱地基較通常碾壓有較大作用，這對(duì)進(jìn)步當(dāng)前高速公路修建質(zhì)量具有現(xiàn)實(shí)意義。
2、沖擊壓實(shí)減少路基工后沉降
八達(dá)嶺高速公路路基填料為風(fēng)化花崗巖形成的含塊石細(xì)粒土砂礫，路基填筑采用VV170 40t振動(dòng)壓路機(jī)分層（20㎝一層）碾壓。要求達(dá)到壓實(shí)度93%的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，下路堤壓實(shí)度90%，補(bǔ)壓沖擊碾壓20遍，均勻下沉量S=5.4㎝，計(jì)算有效壓實(shí)深度1.5m，壓實(shí)度均勻進(jìn)步到95%。路基高度4.5m，則沖擊碾壓完成沉降率為5.4/450=1.2%。采用沖擊碾壓分層（壓實(shí)厚度1.0m一層）高填方路基高34m，每層沖碾前10遍下沉量為5.5—8.5cm，11—20遍下沉2.4—3.0cm，基本上與補(bǔ)壓路基的11—20遍下沉量2.2cm相當(dāng)。
福建及湖南不同土質(zhì)路基沖擊碾補(bǔ)壓20遍后，在原振動(dòng)壓實(shí)路基達(dá)到規(guī)定的路床壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其下沉量為5—7㎝，并有相當(dāng)部分沉降量大于7㎝，達(dá)8—12cm，則實(shí)測(cè)壓實(shí)度均不符合標(biāo)準(zhǔn)。此外，對(duì)宣大高速公路濕陷性黃土按20cm一層振碾達(dá)到壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)后，再用沖擊壓實(shí)機(jī)沖碾20遍，下沉量為3.9cm；填石路堤經(jīng)50t振動(dòng)壓實(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，再?zèng)_擊碾壓20遍，下沉4—5cm；當(dāng)高填方路基用沖擊壓實(shí)機(jī)分層碾壓每層20遍，其沉降率可達(dá)到4%—5%，可較好地解決高路堤的工后差異沉降題目。
3、沖擊壓實(shí)進(jìn)步路基整體強(qiáng)度
云南臨滄碎石路堤采用沖擊壓實(shí)施工，經(jīng)灌砂法測(cè)定干密度，路床頂面下80cm內(nèi)均勻干密度ρd=2.136g /cm3，均勻壓實(shí)度kh=100.5%；80—150cm均勻干密度ρd=2.051g/cm3，均勻壓實(shí)度kh=96.5%。壓實(shí)度較規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)步3.5%—5.5%，在0—150cm內(nèi)完成的下沉量為6.92cm。
八達(dá)嶺花崗巖風(fēng)化含塊石細(xì)粒土砂礫路基，經(jīng)過20遍沖擊壓實(shí)后，計(jì)算分析地表下1.5m內(nèi)，用落錘式彎沉儀（FWD）檢測(cè)，均勻彈性模量值由沖碾前的180MPa進(jìn)步到228MPa。
福建泉州工地用沖擊碾補(bǔ)壓20遍后，用黃河標(biāo)準(zhǔn)車測(cè)彎沉值，其補(bǔ)壓前ι0=220（0.01mm），補(bǔ)壓后ι0=183（0.01mm），按E0=2430ι0-0.7式計(jì)算，沖擊碾壓前E0=55.7 MPa，補(bǔ)壓后E0=63.4 MPa。
湖南沖擊壓實(shí)試驗(yàn)段，用解放車測(cè)定沖擊碾壓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218.8（0.01mm）與102.4（0.01mm），按E0=2430×ι0-0.7式計(jì)算，均勻由沖碾前55.9 MPa進(jìn)步到95.1 MPa。
不同土石路基通過沖擊補(bǔ)壓20遍后，不但強(qiáng)度有所進(jìn)步，而且使原來振動(dòng)壓實(shí)達(dá)到路床壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的路基下沉5—7cm，假如下沉量超過7cm，則原有壓實(shí)度不足；同時(shí)沖碾20遍后，在1.5m層厚范圍內(nèi)壓實(shí)度均增加3%—5%。由于沖擊碾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)，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1.5m形成連續(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。
4、沖擊壓實(shí)加固軟弱地基
通常濕陷性黃土地基較多采取強(qiáng)夯法處理。在宣化到大同高速公路路基底層濕陷性黃土地基采用25KJ—T3沖擊壓實(shí)機(jī)在地表面沖碾40遍處理。并檢測(cè)地基下沉量、干密度、濕陷系數(shù)、彈性模量等指標(biāo)。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80 MPa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)已完全符合黃土地基加固的質(zhì)量要求。
京秦高速公路玉田段有長(zhǎng)約16km的軟土路段，1997年4—8月在K65+800、K66+100用沖擊壓實(shí)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，均勻長(zhǎng)15—16m，間距1.5—2m。在砂礫層上填土高度50cm，4月30—5月2日沖擊碾壓22遍。監(jiān)測(cè)結(jié)果：地面沉降17.4mm，連續(xù)沉降17.8mm，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)2.4m時(shí)，8月18—24日進(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深處分層沉降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，此時(shí)下雨停止碾壓兩天，孔隙水壓力由11.67kPa降為11.274kPa，當(dāng)繼續(xù)碾壓達(dá)33遍時(shí)，孔隙水壓力由11.274kPa增為16.766kPa，7m以下深度孔隙水壓力未發(fā)生變化。以上監(jiān)測(cè)結(jié)果表明沖擊壓實(shí)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)。假如在軟基上填筑路堤，采用沖擊壓實(shí)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)。
5、填石路堤施工工藝的改進(jìn)
填廠材料的特性變化很大，為使施工路堤工后沉降達(dá)到最小，應(yīng)壓實(shí)到理想結(jié)果。通常石料的級(jí)配越好，壓實(shí)所能達(dá)到的密實(shí)度和彈性模量就越高。填石材料的沉降是由材料特性（石料類型、級(jí)配、最大石料粒徑和外形）和壓實(shí)處理（碾壓機(jī)型、攤展厚度和碾壓遍數(shù)）決定的。石料特性和壓實(shí)過程是相互聯(lián)系的，必須同一考慮，特別是在填方較厚或填方厚度急劇變化的地方，更應(yīng)考慮二者的同一性。
碎石路堤采用50t以上振動(dòng)壓實(shí)機(jī)分層碾壓，碾壓遍數(shù)按碾壓下沉值即是零并穩(wěn)定不變時(shí)確定。由于碎石含量不同，其擊實(shí)試驗(yàn)的最大干密度也不同，碎石填料的最大干密度需要由＞5mm的碎石含量與最大干密度曲線來確定。并采用灌砂法、表面波壓實(shí)密度儀檢測(cè)壓實(shí)度是否達(dá)到規(guī)定值。
塊石路堤由于塊石粒徑較大，經(jīng)50t以上振動(dòng)壓實(shí)機(jī)分層碾壓至下沉值為零后，每層厚1.5—2.0m再用25KJ—T3沖擊壓實(shí)機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)性補(bǔ)壓20遍，如下沉量在5—7cm，表明原來的碾壓合格。塊石路堤直接使用25KJ—T3型沖擊壓實(shí)機(jī)施工，效率高，速度快，三邊形雙輪以12km/h速度能集中產(chǎn)生250t沖擊荷載，連續(xù)壓實(shí)路堤深層部位的石塊。這種高振幅、低頻率的沖擊能量對(duì)路堤分層均勻碾壓后，可使石塊之間嵌鎖密實(shí)，填石體承受沖擊荷載所產(chǎn)生的沉降變形遠(yuǎn)大于填石路堤建成后自重與外荷引起的變形沉降，避免路堤出現(xiàn)引起路面產(chǎn)生裂縫的差異變形沉降。根據(jù)填石工程與施工特點(diǎn)，采用沖擊壓實(shí)配套設(shè)備壓實(shí)效果最好。沖擊壓實(shí)的施工工藝要求如下。
（1）填石施工控制。
填石的粒徑及級(jí)配在開采料場(chǎng)控制，施工單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用洞室松動(dòng)爆破，光面爆破或小型爆破，要求填石料符合以下指標(biāo)：最大粒徑＜500㎜，不均勻系數(shù)Cu＞5（Cu=d60/d10），曲率系數(shù)Cc=1—3，[Cc=（d30）2/（d10×d60）]。
（2）填石層厚控制。
填石路堤位于水平地形時(shí)，壓實(shí)層厚度100cm；填石路堤在斜坡地帶時(shí)，壓實(shí)層厚度80cm。松展系數(shù)一般為1.15—1.20。
（3）壓實(shí)沉降值控制。
沖擊碾壓若干遍后，壓實(shí)沉降值趨于穩(wěn)定，同時(shí)結(jié)合落錘式彎沉儀的測(cè)定值進(jìn)行分析，綜合確定需要碾壓的遍數(shù)，及其相應(yīng)的壓實(shí)沉降控制值。
（4）填石施工。
石方填筑的關(guān)鍵是要達(dá)到要求的級(jí)配分布。這就需要采用末端法。這種方法保證使最大的石塊居于每層的底部，而較細(xì)的顆粒則居于頂部。它能確保最佳的的嵌鎖和壓實(shí)力的傳遞。同時(shí)，提供一個(gè)不會(huì)致使壓實(shí)碾輪及橡膠輪胎的牽引機(jī)在行進(jìn)過程中受損的表面。該方法需要在填筑層末真?zhèn)€頂部用卡車傾卸，然后用推土機(jī)從末端將填料推進(jìn)下面的層，使其與正在填筑的一層推成同樣的高度。
6、填石路堤的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)
規(guī)定采用50t以上振動(dòng)壓路機(jī)或沖擊壓實(shí)機(jī)碾壓，可以進(jìn)步填石路堤的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，具體規(guī)定見表1。
表1 壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)
路堤頂面以下深度/cm 重型擊實(shí)壓實(shí)度%
0——150 95
150以下 93
將原壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)在80cm以下至150cm，由93%增至95%，150cm以下由90%增至93%，可以較大地減少路堤工后沉降。按下式計(jì)算：
S=h（1-kh/kh′）
式中：S為下沉量，cm；h為路高，cm；kh為原標(biāo)準(zhǔn)的壓實(shí)度，%；kh′為進(jìn)步后的壓實(shí)度，%。
現(xiàn)以10m填石路堤為例，進(jìn)步壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)后在施工中完成增加的下沉量S為：
S=70×（1-93/95）+850×（1-90/93）=28.9cm
當(dāng)采用沖擊壓實(shí)機(jī)分層碾壓，則壓實(shí)度還可進(jìn)步3%—4%，以增加3%計(jì)，10m路堤沖擊碾壓后增加的下沉量為31.2cm。若僅在路床頂面沖擊補(bǔ)壓20遍，增加的均勻下沉量為6cm。這樣填石路堤碾壓已經(jīng)完成的工后沉降量已大大超過原來的工后沉降量，從而避免了路基差異變形沉降的發(fā)生。
壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的最大干密度對(duì)于碎石路堤，采用重型擊實(shí)試驗(yàn)，按＞5mm的碎石含量與最大干密度曲線來確定。
對(duì)于塊石路堤，按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ051—93）T0133表面振動(dòng)壓實(shí)儀法確定塊石填料的最大干密度。
