蓝派冲击压实技术防治路基施工八大通病
蓝派冲击压实技术开发（北京）有限公司
丁建 郑仲琛《交通世界》2006年 第7期 总第133期
传统的光轮压路机和振动压路机压实轮为圆形，压实作业中通过自身重力或是振动中 激振力与振动参数使地表下几十公分得到压实。南非蓝派（LANDPAC）公司研制、开发的冲击式压路机，一改近一个世纪以来传统压路机的设计思路，将压实轮由圆形改革为非圆形，创立了压实作业中连续冲击、碾压作用于土体，从而获得深层压实效果的全新设计理念。
这种压路机压实轮轮廓一般由3-6瓣均等的非圆曲线组成，非圆曲线上最大半径处转至下一轮瓣最小半径处时对地产生冲击，随即再由最小半径处转至最大半径处过程中又对地碾压。所以其对地的力学行为是冲击碾压综合作用。
在上述力学行为中冲击是以连续冲击振动的形式作用于土体的，如果以E表示土的压实度，E与冲击式压路机及工作中相关技术参数呈如下函数关系：
① ②
E= f1 [（mv’ -mv0）/ t ] + f2 （Aω/V）
式中：m —— 冲击式压路机压实轮轴组件质量；
v ’——冲击初速度；
v0 ——冲击末速度；
t ——冲击作用时间；
A——冲击式压路机工作振幅；
ω——冲击式压路机工作频率；
V——冲击式压路机行驶速度；
上述函数关系式中①项冲击力在压实中起克服土颗粒间粘聚力吸附力的作用；②项振动使摆脱粘聚力吸附力束缚的土颗粒运动起来，以实现细颗粒向粗颗粒孔隙中填充。
与传统振动压路机相比，①项由于冲击体质量和冲击速度的作用，冲击所产生的峰值极大的力脉冲相当于振动压路机压实轮线载荷的5倍，它输出的能量密度极大；②项由于大振幅的作用使得这种连续冲击振动参数组合相当于振动压路机的1.5～２倍——这种高能量大振幅连续冲击振动使得其整体压实能力比振动压路机大得多。
因此，冲击式压路机在实际应用中一种主要作业方式是对振动压路机按规范填筑的路基再进行增强补压。通过这种增强补压一般还能使路基获得5公分左右至10多公分的沉降，压实度提高2～５%，这就将有可能在工后产生的沉降与差异沉降提前到路基施工中处理掉；在这种增强补压中还能使冲压前的路基施工得到覆盖式的，１００%的检测，发现疵点，提前消缺，所以业界将其称为检测性增强补压，这对于防治以下路基施工八大通病具有独特优势．
通病（一）：高填方路基工后沉降和差异沉降导致路基失稳；
用冲击式压路机对高填方路基按传统填筑方法填筑之后再进行增强补压的形式有两种：
（1） 填筑至上路床顶面差最后一层时增强补压；
（2） 每填筑2-3m为一层分层增强补压。
工程实例：八达岭高速公路
5K+200—520段填方路基平均高5m，填料为石土混填，用冲压作增强补压，冲至10遍时平均沉降量3.2cm，冲至10-20遍时平均沉降量2.2cm、合计5.4cm、差异沉降8.3cm、冲压30遍后地表以下70cm以内平均压实度由93.3%，提高到95.1%，由FWD测定的模量值由180（Mpa）提高到228（Mpa）。根据上述成果和对已有路基沉降观测资料分析，高填方路基施工完工后的工后沉降率可满足小于1‰的要求。
通病（二）：旧路拓宽，新旧路基之间差异沉降造成路面纵裂；
用冲击式压路机对新填拓宽部分路基按传统方法填筑之后进行增强补压。如果旧路基失稳，则连同旧路基一并增强补压。
工程实例：301国道大齐公路
301国道大齐公路是在原有二级公路基础上单侧或双侧帮宽，旧路补压的形式改扩建成双向四车道一级公路，用冲击压实对加宽部分所填筑的新路基和原路基补强。经检测，K7+450—K7+650；K49+000—+200；K66+700—850三个试验段冲压至20遍后平均沉降量5.8—8.6cm,压实度提高2.8%-3.2%。在黑龙江高速公路建设局组织下召开的《蓝派冲击压实机路基压实技术评审会》上与会专家一致认为“路基正常压实后增加冲击压实，减少了路基的工后沉降，为防止路基变形和路面开裂起到了保障作用。黑北公路，绥肇公路和大齐公路的试验报告表明了其工艺效果和部分经济性能，具有充分的应用前景。”
通病（三）：桥头高填路基工后沉降引起桥头跳车；
用冲击式压路机对桥头地基冲压，而后每填高2m再做增强补压．
工程实例：北京市六环路工程
北京市六环路工程总监理工程师办公室曾为此发出“关于冲击夯实要求的通知”，通知要求：“冲击夯实范围主路和匝道”、“填方大于或等于6米的桥头100米范围，地基做一次，每填高两米做一次”
通过上述冲压，提前处理工后沉降３－５cm．
（注：与桥头构造物相临的局部土体可用点位作业的机械夯锤特殊处理）
通病（四）：溶岩地区零低填路基存在薄弱隐患；
用冲击式压路机对这种路基补强压实可发现薄弱环节，提前消缺。
工程实例：广东省新白云国际机场
广东省新白云国际机场迁建工程飞行区土基下存在不少土（溶）等不良地质情况，为确保土石方工程质量，根据指挥部要求，采用蓝派冲击压实技术对主跑道、快速出口滑行道、停机坪的土（溶）地区混碴料地基进行检测性增强补压，冲至20遍后：沉降量平均为4.5cm、沉降差异4.9cm。固体体积率86.8%,回弹模量在83.1—297.6Mpa之间,经西北民航和南京工苑两个监理公司确认,“完全达到预期效果，质量优良”。
通病（五）：湿陷性黄土路段地基因经常流水或季节性流水浸湿后湿陷变形；
冲击式压路机高能量大振幅冲击剪切可以克服土颗粒间胶结物（碳酸钙CaCO3）的胶结能力，使设计要求湿陷性处理深度内土颗粒之间嵌填调整密实，减小孔隙率，消除湿陷性。
工程实例：宣大高速
宣大高速K57-K126二期工程中、湿陷性黄土段长37.65km,业主方为避免黄土湿陷产生路基病害,采用冲击压实对路基底面进行填前碾压下表为不同冲压遍数对应的沉降量：
|
冲压遍数
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
|
平均沉降量
|
9.7
|
20.4
|
21.8
|
25.1
|
26.6
|
29.2
|
压实度由原状土的72％，冲至40遍后，地表下60ｃｍ为98％，110ｃｍ为91％，冲压５０遍６０遍后加固地基的有效深度可达1.5－2.0ｍ。
对路堤用振动压路机按常规填筑之后再用冲击式压路机增强补压。下表为不同冲压遍数对应的沉降量：
|
遍数
|
沉降量(cm)
|
|
10
|
1.6
|
|
20
|
3.9
|
|
30
|
4.2
|
|
40
|
5.0
|
——通过上述两个层面冲压大大提高了整体稳定性。
通病（六）：软岩填方路段压实不充分开放交通后路基失稳；
工程实例：湘潭至耒阳高速红砂岩填方路段增强补压。
湘潭至耒阳高速全长168km，其路基以红色沉积岩石为主，由泥质砂岩、砂质泥岩及页岩等软质岩组成。用传统振动压路机压实之后孔隙大，压实度不易达到要求，业主方采用冲击压实技术在路床上进行增强补压。冲压20遍平均沉降6.2cm，压实度增加5.4%，通过弯沉检测计算回弹模量由冲压前E=55.9Mpa，提高到95.1Mpa。路基强度提高70%。在试验以后的施工检测中，从大量检测数据可知：通过在路床顶面增强补压。在路床顶面以下1.5-2.0m形成连续,均匀、密实的加固层，提高了路基整体强度与均匀性。
通病（七）：填石路段路基碎石颗粒之间嵌挤不密路基失稳；
冲击式压路机连续高能量大振幅冲击振动可在更深填层产生振动响应，碎石颗粒在运动中重新嵌填调整紧密，使1m多碎石填层提高干密度，减小孔隙率。
工程实例：安徽合徐路
安徽合徐路北段17、18、19三个合同段为填石路段。经冲击压实补压至20遍时K246+930-K247+030高填方段平均沉降量为5.40cm；K251+687-K251+807低填方段平均沉降量为4.30cm，用灌水法检测压实度达到99.4%。渗水时间由23分增加到37分。提高了路基的整体稳定性。
通病（八）：含水量大的软基路段路基难以压实承载力低；
（1） 对于沿海滩涂可在堆载预压后用真空排水、井点降水配合强夯处理深层之后上铺山皮石垫层在上述排水配合及孔隙水压力监测下冲击压实以实现浅层加固；
（2） 对于地下水偏高的软基可在沙垫层上铺土工布分层填筑后加碎石垫层冲击压实。
工程实例：新疆且末机场
新疆且末机场地处塔里木盆地东侧，昆仑山北侧，施工中发现土基中分布含有机质高，含水量大的软土层，局部地下水位较高。经专家讨论决定采用冲击压实对软基进行处理。经冲压30遍后沉降量16.98cm，跑道垫层75cm厚平均最大干密度2.322g/cm，平均压实度100.2%，整个跑道路基回弹模量最小值为52Mpa，最大值为148Mpa，平均为82.5Mpa。均远远大于设计要求，静力触探检测比贯入阻力在2.5-2.8m范围内承载力增长50-200%不等,有效提高深度范围4.0-4.5m。
在上述工程实例中，作业遍数是实现增强补压目标的重要工艺参数，冲压中用什么方法确定作业遍数的收敛呢？我们一般根据填料等情况采用如下三种方法：
1， 沉降收敛法
2， DCP（动态圆锥贯入仪）探测法
3， 地基连续动力承载能力检测技术实时监测法
其中，
● 沉降收敛法：一般自冲压10遍之后以每5遍为一个作业单元。根据不同公路等级，当第N个作业单元的沉降量≤5—10mm时冲压作业收敛。
● DCP检测法：即用动态圆锥贯入仪，在基本不破坏土基的前提下检测每一击的贯入值（DN值），并由此推算承载比CBR、无侧限抗压强度UCS和回弹模量E等强度指标。
● 地基连续动力承载能力检测技术实时监测法：是在压实轮轴组件上安装传感器。采集冲压作业中每一击减速度的峰值，利用土的动力刚度是土的密度的函数的原理。不同减速度峰值对应不同的CBR值，加上GPS全球定位系统，司机在驾驶室的电脑屏幕上可依据原先设定好的不同CBR值反映出的红，黄，绿三种颜色判断作业面每个局部的承载能力状况，决定作业是否收敛。
总之，要有品质优良的冲击式压路机，还要有慎密的工艺控制方法，才能把这种检测性增强补压真正做到位。
结束语
早在1999年7月7日《中国交通报》曾以《重视高速公路早期路损》为题发表了中国工程院沙庆林院士的访谈录，访谈录中沙院士谈到他对我国15个省市30多条通车一年以上高速公路早期路损的调研体会，沙院士认为早期路面损坏不少都是因为路基压实不好。他呼吁大家要重视路基压实。
2005年1月1日开始实施的《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）已在不少章节规定采用冲击压实提高路基质量，我们可望由南非蓝派公司推介到中国来的这项冲击压实技术一定会在中国公路、机场等路基建设中作出更大贡献。
