公路项目湿陷性黄土路基冲击碾压施工技术分析
任志远
摘要 湿陷性黄土分布范围广，高速公路路基若遇湿陷性黄土而处置不当，会引发填筑体工后沉降、失稳，对通车安全和交通质量产生严重影响。基于此，文章就某高速公路工程实践，对冲击碾压施工原理、施工特点进行了分析，并对试验路段进行了冲击碾压施工工艺参数调整，确定了湿陷性黄土路基冲击碾压的重点参数，明确了碾压遍数与沉降差、压缩量、影响深度、空隙比等指标的关系。因冲击碾压工艺具备造价低、工效快、适用范围广、操作便捷等特点，可有效消除黃土路基湿陷性不足，而提高路基结构稳定性。
关键词 公路工程项目；
湿陷性黄土；
特殊路基；
冲击碾压
中图分类号 U416.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）11-0155-03
0 引言
黄土路基湿陷性是影响高速公路项目建设质量的常见因素，结合项目特点和质量要求，处置方案有所差异。强夯法适用于周边无建筑物、厚度大、面积广的路段，冲击碾压法适用于大范围浅层湿陷性黄土路段，灰土挤密桩法适用于小范围路段且深度8～15 m路段。冲击碾压法在处置湿陷性黄土路基环节，通过压实轮与待加固路段的有效接触、持续冲击，以消除软土路基的湿陷性，降低沉降值，并改善路基结构稳定性。
1 冲击碾压的原理
冲击碾压借助牵引车牵拉作业，应用曲面多边形冲击轮连续翻滚碾压路基路面，在圆凸轮转动作业下形成高程差，协同重力作用将冲击力转变为动能，从而实现对路基工作面的冲击压实。冲击碾压频率低、振幅高，通过与接触面的作用及时将土体内孔隙中的气体排出，提高土体颗粒密实度，降低工后沉降水平以改善路基稳定性[1]。
2 冲击碾压的特点
（1）路基长度与冲击碾压速度。结合项目特点与工程要求，冲击碾压路径需大于100 m，行进速度需控制在10～13 km/h。若施工场地目标路径不足100 m，行进速度未达到控制水平，应及时制动。冲击碾压过程中若速度过快或存在坑洼，可能导致冲击轮悬空，降低碾压效果。冲击碾压作业中，冲击轮摆幅过大或悬空会增加机械设备损坏风险，速度过慢则导致动能不足，降低碾压质量[2]。
（2）冲击力水平控制。冲击式压路机的压力约300～600 t，25 kJ冲击式压路机行进速度为13 km/h时，冲击轮对被碾压土体产生的冲击力可达2 500 kN，冲击力和压实效果较好。
（3）设备简单，操作便利。冲击碾压为浅层路基处理方案，借助冲击轮和牵引车的作用避免了换填法对土方的开挖与回填，有效节约了人员、材料和设备投入，精简了施工工艺，操作成本明显减少。结合既往施工经验，湿陷性黄土路段的冲击碾压深度在0.5～1.5 m之间，碾压后湿陷性黄土的压缩模量增加，压实效果明显改善[3]。
（4）碾压后压实效果评估。常规压路机碾压后，多采用灌砂法进行压实度的检测，该方法可对单点压实度进行评估，无法准确反馈被测量点之外的压实情况。冲击碾压施工后，可采用沉降法进行路基压实度效果的评估，可全面反映路基压实效果，做到了点面协调[4]。
3 冲击碾压处理湿陷性黄土路基
3.1 冲击碾压施工工艺
湿陷性黄土路基应用冲击碾压施工的工艺流程如下：准备阶段→含水率及压实度检测→冲击碾压5次→沉降观测→平整碾压→冲击碾压多次→沉降观测→碾压结束。
3.2 施工准备
3.2.1 场地准备
先将原地面表层土清理干净并平整施工场地，确保冲击碾压施工场地大于1 500 m2且碾压长度大于100 m，碾压过程中两端预留30 m，且碾压区域宽度需大于8 m。按照开挖宽度对路堑段冲击碾压20次，随后于顶部覆盖二八灰土50 cm进行封闭，详见图1所示。根据路堤实际情况设计排水沟，于坡脚1.5 m处及坡脚外2 m以内封闭区域设置0.3 m深排水沟，以二八灰土覆盖0.3 m并封闭，详见图2。施工器械为QCY-360型冲击压路机和YCT-25型冲击压路机，冲击轮质量约16 t，最大冲击能为25 kJ。冲击碾压路基20次后测量路基沉降，最后碾压获得的沉降量不足1 cm且地表以下1 m范围内土体压实度达到95%方可停止操作[5]。
现场检测压实度，确保其水平大于90%，若压实度指标为达到该标准，应用双钢轮压力机或单钢轮压力机对施工区域反复碾压，填平压实后以平地机平整路面，确保路基路面平整度达标，防止碾压过程中压路机被颠起，影响碾压效果。施工作业区域与房建构造物保持30 m以上间距，与控制点、电线杆、桥梁工程等保持10 m以上距离[6]。
3.2.2 机械准备
选择25 kJ冲击能的三边形冲击压路机对路基冲击碾压，保持碾压速度缓慢，严格遵循施工参数，确保机械设备运行正常。
3.2.3 确定相关参数
正式施工前进行冲击碾压试验，确定冲击碾压遍数、冲击碾压影响程度、单次施工最佳长度和沉降差控制水平等。冲击碾压处理深度计算公式如下：
（1）
式中，a——修正系数；
m——冲击轮质量；
g——重力加速度；
h——冲击轮内外径差。结合上述表达式可知，冲击轮质量和半径增加，需处置深度增大[7]。
3.2.4 沉降观测点布置
于视线开阔区域选择目标沉降观测点，观测点周边无遮挡，视觉通透性良好。
3.3 含水率、压实度检测
施工作业前检测目标区域含水率和压实度，采用烘干法获得最佳含水率指标，施工作业环节对目标区域的含水率指标进行精准控制。含水率指标过高，可适当翻晒以降低，含水率过小则喷水以适当提高。对施工区域压实度进行现场检测，压实度符合标准后，方可进行路面平整[8]。
3.4 冲击碾压及沉降差观测
目标碾压路段宽度需大于8 m，以路基中心线为基准分区域完成冲击碾压，路段宽度不足8 m会影响冲击碾压效果，施工中设备转向难度大，需在路基两端设定转弯区域，同时确保操作区域大于30 m。
冲击碾压应从一侧向另一侧均匀进行，避免突然加减速对冲击碾压效果产生影响。每次碾压5遍作为一个操作单元，完成操作后及时进行沉降差检测，确保每个操作单元衔接通畅，及时完成现场勘测，避免坑洼影响路面压平，防止冲击轮无法与地面有效接触降低压实效果。每完成5次碾压后及时对碾压方向进行调整，碾压时需确保两轮贴近，沉降差小于1 cm方可完成碾压操作[9]。
4 冲击碾压处理湿陷性黄土路基压实效果分析
4.1 碾压遍数与影响深度分析
对试验路段施工验证冲击碾压施工工艺效果，原地面下2～7 m处间隔1 m设置受力传感器，间距2 m，完成受力传感器埋设后及时进行试验路段的冲击碾压。
（1）试验结果显示，碾压10遍时，3 m和4 m处受力传感器检测到数据且3 m处受力传感器数值大于4 m处，而5 m处受力传感器未检测到数据。
（2）碾压遍数为20次时，4 m处和5 m处受力传感器检测到数据且4 m处受力传感器检测数值大于5 m处水平，6 m处未检测到数据。
（3）碾压遍数为25次时，5 m处和6 m处受力传感器检测到数据且5 m处受力传感器检测数值大于6 m处水平，7 m处未检测到数据。
（4）碾压次数为30次时，7 m处受力传感器检测数据相对稳定。分析不同埋深条件下受力传感器的检测结果可知，冲击碾压遍数与影响深度之间存在正相关性，冲击碾压次数达到一定水平后影响深度值保持相对不变或有小幅度变化。
4.2 碾压遍数与沉降差分析
被检测区域按照5 m间隔埋设沉降观测点，对冲击碾压前后各观测点数据进行对比性分析，结果显示碾压遍数为10次時，沉降水平均值为118 mm；
碾压遍数为20次时，沉降水平均值为134 mm；
碾压遍数为25次时，沉降均值为147 mm；
碾压遍数为30次时沉降均值为151 mm。对沉降数据分析可知冲击碾压遍数与沉降量水平之间存在正相关性，冲击碾压遍数达到固定值后，沉降数据趋于稳定[10]。
4.3 冲击碾压前后空隙比和压缩模量的变化
冲击碾压前分别检测原地面2 m、4 m、6 m处压缩模量和空隙比，并对碾压30遍后的压缩模量、空隙比水平进行比较。检测结果显示，冲击碾压前2 m处空隙比为1.09；
4 m处空隙比为0.99；
6 m处空隙比为0.92；
冲击碾压后2m处空隙比为0.82；
4 m处空隙比为0.87；
6 m处空隙比为0.83。冲击碾压前2 m处压缩模量为1.93 MPa；
4 m处为4.68 MPa；
6 m处为6.49 MPa；
冲击碾压后2 m处压缩模量为16.52 MPa；
4 m处为12.47 MPa；
6 m处为7.95 MPa。
对比冲击碾压前后数据可知，随着深度增加空隙比、压缩模量增加且趋势逐渐减小，冲击碾压遍数达到固定值后，空隙比和压缩模量指标趋于稳定。
5 冲击碾压处理湿陷性黄土路基安全注意事项
（1）施工前，系统性检查冲击式压路机性能，对施工区域通信管线、电力线路和地下构筑物等情况进行分析，明确冲击范围，详细勘查路段地质情况，合理控制碾压场地长度、宽度、结构物间距离等指标。
（2）冲击碾压区域在道路合适位置设置安全标识牌，重点控制人员和车辆进出情况，施工现场配备专门人员看管，防止出现安全事故。机械设备操作前需进行技术培训，确保从业人员持证上岗，为提高操作质量每台冲击式压力机配备两名操作人员，确保作业时间小于2 h并注重劳动防护，严禁疲劳操作。施工区域扬尘大可适当洒水降尘或佩戴口罩，减少施工职业危害。
（3）冲击碾压前提前布设碾压行进路线并严格控制操作参数，确保碾压匀速从一侧向另一侧行进，冲击碾压至尽头后转弯，道路中间位置向两侧重复碾压，现场检测监控，确保压实度达标。冲击碾压操作需确保路基路肩边缘宽度大于1 m，现场检测确保路肩平整度达标。冲击碾压过程中加强现场检测，若扬尘过大或土体含水率不足，采取提前洒水降尘的方案提高操作质量，防止冲击能过大或不足。碾压过程中对施工与建筑物间距严格控制，距离不足时及时采取措施处置。
（4）冲击碾压过程中严格执行操作规范和参数设计值，控制冲击碾压路段行进速度，避免空挡行进或坡上换挡。转弯前提前减速，并控制转弯过程中行进速度小于5 km/h，并使用白灰撒至边线外侧，按照边线碾压严禁超越出现侧翻，调头区域或边角碾压不到位则采取其他碾压方案进一步压实。
（5）冲击碾压过程中，碾压多次后仍存在较大起伏或弹簧现象明显的，立即停止碾压并及时将软弱层清除或置换，确保含水率符合标准后以常规压路机静压后进行冲击碾压。
（6）冲击碾压施工需对施工顺序和操作时间严格控制，防止施工噪声和震动波影响周边环境与居民。
6 结语
综上所述，该文以湿陷性黄土路基冲击碾压工程实例为基础，对冲击碾压工作原理进行了分析，基于试验路段冲击碾压试验，明确碾压遍数与空隙比、沉降差、影响深度、压缩模量之间的关系，指出湿陷性黄土路基碾压的注意事项，并结合工程实践分析发现冲击碾压施工工艺具备环境友好、减少换填、有效抑制工后沉降、消除黄土湿陷、改善路基稳定性等特点。
参考文献
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