冲击碾压技术在土石方工程中的应用 徐龙亭，乔衍华 （聊城市公路局公路工程总公司，山东聊城２５２０００） 摘要：详细介绍了冲击碾压技术的作用优点、冲击 压实原理、施工方法等。工程实践表明碾压速度 是决定压路机压实生产率的重要因素之一，压实 深度和层铺厚度也是影响压实效果和压实生产率 的重要参数。要提高压实效果和压实生产率，增 强土体密实度，减少土体自重的沉降变形，必须改 进压实工艺，更新碾压技术，改变碾压方式，提高 碾压速度以及压实铺层厚度。 关键词：冲击碾压；特点；应用 中图分类号：ＴＵ７５１ 文献标识码：Ｂ Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｐｅｒｃｕｓｓｉｖｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｅｎｇｌｎｅｅｒｌｎｇ ＸＵ 一ｔｉｎｇ，ＱＩＡＯ Ｙａｈ—ｈｕａ （Ｌｉａｏｃｈｅｎｇ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｌｉａｏｃｈｅｎｇ ２５２０００ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｃｕｓｓｉｖｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｉｍｐａｃｔ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｒｏｌｌｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｄｅｃｉｄｅｄ ｔｏ ｒｏｌｌｅｒ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ａｌｓｏ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｓｐｒｅａｄ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ，ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ，ｒｅｄｕｃｅ ｗｅｉｇｈｔ，ｔｈｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｉｔ ｍｕｓｔ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｕｐｄａｔｅ ｔｈｅ ｒｏｉｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ． 收稿日期：２０１１—１２一＿ｏ３ 作者简介：徐龙亭（１９７７一），男，山东莘县人，工程师。 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｍｐａｃｔ ｒｏｌｌｉｎｇ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ １冲击碾压技术 工程实践表明碾压速度是决定压路机压实面积 生产率的重要因素之一，压实深度和层铺厚度也是影 响压实效果和压实生产率的重要参数。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、压实铺层厚 度。冲击压实技术是把目前振动压实的高频率、低振 幅改为高振幅、低频率，在压实过程中较大地增加了 机械对土石方的压实功能。冲击式压路机最显著的 特点是压实轮形状为非圆柱形，即三边、四边、五边和 六边形，三边居多，四、五、六边较少，这种压实轮有一 系列交错排列的凸点和平滑的冲击接触面。冲击压 实的同时具有静力、揉搓、夯振、冲击的作用，利用高 幅低频的冲击压实原理。作业时采用拖车牵引（或自 行），使非圆柱多边形的压实轮滚动前进，压实轮凸点 与冲击接触的平面产生交替抬升与落下，使压实轮产 生势能和动能，对地面产生集中的冲击能量，连续快 速地对填料或地面产生夯击作用，对填料或地面进行 碾压并具有地震波的传播特性。冲击式压路机利用 低频大振幅冲击力作用于填料体，并快速、连续周期 性地作用，产生强烈的冲击波向地基下深层传播，对 地下软弱土层，尤其是对非粘性饱和土可大大加速孔 隙水的消散排除，提高土体的固结速度。冲击式压路 机的冲击功能较振动压路机增加了近ｌ０倍，压实影 响深度达３～５ ｍ，有效压实厚度由振动压实的０．３～ ０．５ ｍ，增加为０．８～１．２ ｍ，且冲击式压路机的碾压速 度较振动式压路机提高两倍。通过在不同地区与不 同土石填方路基的试验和工程实践已经得到证实。 ２冲击式压路机的冲击碾压可作为一种对 压实质量的检验方法 “检验碾压”是冲击压实工作的一项重要工作内 容，２５ ｋＪ冲击式压路机的高能量作业可以给出相当 于冲击力达２５０ ｔ以上的重击，是一种对压实质量极 为有效的“检验碾压”。只要用冲击式压路机碾压１０ —５９— 徐龙亭，乔衍华：冲击碾压技术在土石方工程中的应用 ～１５遍，所有软弱的或含水量过多的特殊地基层面都 １２０ ｍｍ，显然实测压实度均不符合标准。（３）对宣大 高速公路湿陷性黄土按２００ ｍｒｎ／层，普通振动式压路 很容易被发现，再继续碾压５～１０遍就可以补救改 善。实践认为冲击碾压对减少路基完工后的自然沉 机碾压达到压实标准后，再用冲击式压路机冲碾２０ 遍，下沉量为３５～３９ ｍｍ；填石路堤采用５０ ｔ振动式 降，提高路基整体强度及加固软弱地基较普通压路机 的碾压有较大的改善和提高。 压路机压实达到标准后，再冲击碾压２０遍，下沉４０～ ３ 冲击碾压对材料的固结强度与整体稳定 ５０ ｍｍ；当高填方路基采用冲击式压路机分层碾压每 性都有很大的提高 （１）北京八达岭高速公路路基工程，采用风化岩 层２０遍，其沉降率可达到４％～５％，可较好地解决高 填路堤完工后自然沉降的差异问题。 细粒土砂砾（含片、块石）填筑，经过２０遍冲击压实 后，计算分析地表下１．５ ｍ内，用落锤式弯沉仪 ５ 冲击碾压在填石或土石混填路堤施工中 的应用 （ＦＷＤ）检测，平均弹性模量值由冲碾前的１８０ ＭＰａ提 高到２２８ ＭＰａ。（２）云南省临沧路，碎石填筑路堤采 用冲击压实施工，经灌砂法测定干密度，路床顶面下 ８０ ｃｍ内平均干密度为２．１３６ ｇ／ｃｍ ，平均压实度为 １００．５％；８００～１ ５００ ｍｍ平均干密度为２．０５１ ｇ／ｃｍ’， 平均压实度为９６．５％。压实度较规定的标准提高了 ３．５％～５．５％，在８００～１ ５００ ｍｍ内完成的下沉量为 ６９．２ ｍｍ。（３）福建省泉州市某工地采用冲击碾压补 压２０遍后，用标准车测弯沉值，补压前为２２０（０．０１ ｍｍ），补压后为１８３（０．０１ ｍｍ），冲击碾压前为５５．７ ＭＰａ，补压后为６３．４ ＭＰａ。不同土石路基通过冲击碾 压补压２０遍后，不但强度提高，而且使原来振动压实 达到路床压实标准的路基下沉了５Ｏ～７０ ｍｍ，如果下 沉量超过７０ ｍｍ，则原有压实度不足；同时冲碾２０遍 后，在１．５ ｍ层厚范围内压实度均增加３％～５％。由 于冲击碾压是路床顶面上全面积的均匀冲碾压实，达 到了全路基的直接检验与补充追加压实，在路床顶面 以下１．５ ｍ形成连续、均匀、密实的加固层，提高了路 基路面的综合强度与稳定性。 ４ 冲击碾压可降低高填方路基完工后的自 然沉降 （１）北京八达岭高速公路施工中，路基填料为风 化岩形成的细粒土砂砾含片、块石，路基填筑压实采 用４０ ｔ振动式压路机分层（２０厘 层）碾压。按要 求压实度达到９３％的压实标准，下路堤压实度９０％， 在冲击碾压２０遍后，平均沉降量为５４ ｍｍ，计算有效 压实深度１．５ ｍ，压实度平均提高到了９５％。路基高 度４．５ ｍ，冲击碾压完成沉降率为１．２％。采用冲击 式压路机碾压（分层压实厚度１．０ 层）路基填高 ３４．０ ｍ，每层冲碾１～１０遍后下沉量为５５—８５ ｉｎｎｑ，１１ ～２０遍下沉２４～３０ ｍｍ，基本上与补充冲击碾压路基 的１１～２０遍下沉量２２ ｍｍ相当。（２）福建及湖南地 区不同土质路基冲击碾补压２０遍后，在普通振动压 实路基达到规定的路床压实度标准时，其下沉量为５０ —７０ ｍｍ，并有部分路段沉降量大于７０ ｍｍ，达８０～ 一６０— 填石路堤的压实标准最大干密度采用重型击实 试验，按大于５ ｍｍ的碎石含量与最大干密度曲线来 确定。对于片石路堤，按《公路土工试验规程》表面振 动压实仪法确定片石填料的最大干密度。规定采用 ５０ ｔ以上振动压路机或冲击式压路机碾压，可以提高 填石路堤的压实标准。将原规定的压实度标准：在０． ８ ｍ以下至１．５ ｍ，由９３％增至９５％，１．５ ｍ以下由 ９０％增至９３％，这样能够较大地减轻路堤完工后的自 然沉降。 当采用冲击式压路机碾压时，压实度可提高３％ 一４％，按增加３％计，１０ ｍ路堤冲击碾压后增加的下 沉量为３１８．０ ｍｍ。若仅在路床顶面冲击补压２０遍， 增加的平均下沉量为６５ ｍｍ。这样填石路堤碾压已 经完成的工后沉降量已经超过了原来的工后沉降量， 从而基本上避免了路基自然沉降差异变形的发生。 填石材料的特性变化很大，为了使填石路路堤完 工后自然沉降达到最小，要压实到最好的效果。通常 情况下石料的级配越好，压实所能达到的密实度和弹 性模量就越高。填石材料路堤的沉降是由材料特性 （石料类型、级配、石料最大粒径、形状）和压实类型 （碾压机型、摊铺厚度和碾压遍数）决定的。石料特性 和压实过程是相互联系的，必须统一考虑，特别是在 填方较厚或填方厚度急剧变化的地方，更应考虑两个 方面的统一性。 采用天然级配碎石做填筑材料的路堤用５０ ｔ以 上振动压实机分层碾压，碾压遍数按碾压下沉值等于 零并稳定不变时来确定。由于碎石含量不同，其击实 试验的最大干密度也不同，碎石填料的最大干密度需 要由＞５ ｍｍ的碎石含量与最大干密度曲线来确定。 并采用灌砂法或其他较精确的方法来检测压实度是 否达到规定值。采用片、块石填筑的路堤由于块石粒 径较大，经５０ ｔ以上振动压实机分层碾压至下沉值为 零后，每层厚１．５～２．０ ｍ再用２５ ｋＪ一１ｒ３冲击式压路 机进行检验性补压２０遍，如下沉量在５０～７０ ｍｍ，表 明原来的碾压合格。片石、块石填筑路堤直接使用２５ 山东交通科技 ｌ（Ｊ—ｒＩ３型冲击式压路机施工，效率高，速度快，三边形 ２０１２年第１期 加速沉降与加固的作用。软土地表填砂砾层厚５０ ｃｍ，插塑料排水板穿透软土层至砂层，平均长１５～ｌ６ 双轮以１２ ｋｍ／ｈ速度能集中产生２５０ ｔ冲击荷载，连 续压实路堤深层部位的石块。这种高振幅、低频率的 冲击能量对路堤分层均匀碾压后，可使石块之间互相 ｍ，间距１．５～２ ｍ。在砂砾层上填土高度５００ ｍｍ，４ 月３０～５月２日冲击碾压２２遍。监测结果：地面沉降 １７．４ ｍｍ，连续沉降１７．８ ｍｍ，地表下３ ｍ深处分层沉 降１０．１ ｍｍ，地表下７ ｍ深处分层沉降５．０ ｍｍ。当路 基填土达２．４ ｍ时，８月１８～２４日进行第二次冲击碾 压４０遍试验。监测结果：地面沉降２０．６ ｍｍ，连续沉 嵌挤密实，填石材料承受冲击荷载所产生的沉降变形 远大于路堤完工后自重与外荷引起的变形沉降，避免 路堤出现引起路面产生裂缝的自然沉降差异变形。 根据填石工程与施工特点，采用冲击压实配套设 备压实效果最好。填石路地施工时，要从以下几个方 面加以控制：（１）填石路堤原地面比较平整时，压实层 降２１．４ ｍｍ，地表下３ ｍ深处分层沉降１２．０ ｍｍ，地表 下７ ｍ深处分层沉降５．０ ｍｍ，地表下１２．５ ｍ深处分 厚度控制在１００ ｃｍ左右；填石路堤在斜坡地带时，压 实层厚度控制在８０ ｃｍ左右。松铺系数一般为１．１５ ～１．２０。（２）所填石料的粒径及级配应在开采料场加 以控制，施工单位根据现场情况采用洞室松动爆破、 光面爆破或小型爆破，要求填石材料符合指标：最大 粒径小于５００ ｍｍ，不均匀系数Ｃ． ＞５，曲率系数Ｃ ＝１ ～３。（３）冲击碾压后，压实沉降值趋于稳定，同时结 合落锤式弯沉仪的来测定弯沉值进行分析，综合确定 需要碾压的遍数，及其相应的压实沉降控制值。（４） 石方填筑的关键是石料要达到规定的级配范围。采 用末端法，保证最大的石块位于每层的底部，而较细 的颗粒充填缝隙及顶部。它能确保最佳的的嵌挤和 力的传递；同时，提供一个不会致使压实碾轮及牵引 机在行进过程中受损的表面。该方法需要在填筑层 末端的顶部用卡车卸料，然后用推土机从末端将填料 推平。 ６冲击碾压在处理特殊软弱地基中的应用 在陕西延安地区，延一志一吴高速公路路基底层 （原地面）湿陷性黄土地基采用２５ ｋＪ—Ｔ３冲击式压 路机在原地表面冲碾４０遍处理。并检测地基下沉 量、干密度、湿陷系数、弹性模量等指标。冲碾４０遍 后，在地表下１．２ ｍ以内土基平均压实度达到 ９１．５％，原来黄土的干密度１．３５ ｇ／ｃｍ 提高到 １．７０ ｇ／ｅｍ ，其湿陷系数由０．０４４ １降为０．００２ １，消 除了湿陷性。地表下土基１ ｍ内平均弹性模量达到 ８０ ＭＰａ以上。在路基底面下１ ｍ内经冲击碾压，形成 连续、均匀、密实的固结硬化层，其技术指标已完全符 合黄土地基加固的质量要求。京秦高速公路玉田段有 长约１６ ｋｍ的软土路段，１９９７年４—８月在Ｋ６５＋ ８ｏ０一Ｋ６６＋１００用冲击式压路机进行了冲击碾压排 水固结加固软土地基试验，冲击碾压对软土地基具有 层沉降２．５ ｍｍ，地表下１７ ｍ深处分层沉降０．５ ｍｍ。 孔隙水压力在３ ｍ深处当碾压ｌ８遍时由１１．２７４ ｋＰａ 增加到１１．６７７ ｋＰａ，此时下雨停止碾压２ ｄ，孔隙水压 力由１１．６７ ｋＰａ降为１１．２７４ ｋＰａ，当继续碾压达３３遍 时，孔隙水压力由１１．２７４ ｋＰａ增为１６．７６６ ｋＰａ，７ ｍ以 下深度孔隙水压力未发生变化。以上监测结果表明 冲击式压路机对地面施加冲击能量，使土体受拉、压 作用，软土自由水经塑料排水板排出地表后土体密实 度增加，加速了软基的沉降固结。如果在软基上进行 路堤填筑，采用冲击式压路机分层碾压工艺，可在施 工过程中加快软基的固结速度，有利于软基的固结 沉降。 ７ 结语 冲击式压路机的生产效率是其它设备的几倍甚 至十几倍；可高达１５～２０ ｋｍ ／ｈ；平均工作速度８～１２ ｋｍ／ｈ；压实影响深度可达５ ｍ，有效压实深度１ ｍ；每 次填方厚度为０．８～１．２ ｍ。使用冲击式压路机进行 旧路面改建可不中断交通，且造价小、进度快、质量效 果好，近几年来得到广泛应用；采用冲击式压路机来 修复旧路面可节约成本４０％～６０％；还可减少污染， 保护环境；用冲击式压实机进行旧路面的断裂、稳固、 改建，代表了此项技术又一新的发展方向。 参考文献： ［１］ＪＴＧ Ｆ１０—２００６，公路路基施工技术规范［ｓ］． ［２］ＪＴＧ Ｅ４０—２００７，公路土工试验规范［ｓ］． ［３］ 交公便字３２９号．公路冲击碾压应用技术指南［Ｍ］． 北京：人民交通出版社２００６． ［４］ 李君甫．冲击压实技术在路基工程中的应用［Ｊ］．交通 科技，２００９（０６）． 一６１—
