1、沖擊壓實技術的特點
振動壓路機的工程實踐表明，碾壓速度是決定壓路機面積生產率（m3/h）的重要因素之一，壓實深度和展層厚度也是影響壓實效果和壓實生產率的重要參數。通常，振動壓路機的最佳碾壓速度為3—6km/h，最佳壓實層厚度0.3—0.5m。要進步壓實效果和壓實生產率，增強土石體密實度，減少土石體自重的壓密沉降變形，必須改進壓實工藝，更新碾壓技術，改變碾壓方式，進步碾壓速度的壓實展層厚度。沖擊壓實技術是將當前振動壓實的高頻率、低振幅改為高振幅、低頻率，在壓實作用中較大地增加了對土石方的壓實功能。如25KJ三邊形沖擊壓實機的沖擊功能較振動壓實機增加10倍，壓實影響深度達5m，有效壓實厚度由振動壓實的0.20—0.30m，增加為1.00—1.50m，且沖擊壓實機的碾壓速度較振動壓實機進步兩倍。通過在國內不同地區(qū)與不同土石填方路基的試驗工程實踐已經得到證實。
沖擊式壓實機是用三邊形或五邊形“輪子”來產生集中的沖擊能量達到壓實土石填料的目的。沖擊壓實機可由配套的重型產業(yè)拖車在前方牽引，也可以自行。
圖1為沖擊壓實機的基本原理。沖擊壓實機以其靜能量來標定，能量按下式以千焦（爾）計算：
E=mgh
式中：E為能量，千焦爾，kJ；m為動力部件的質量，kg；g為重力常數（9.81m/s2）；h為輪子外半徑同內半徑的差值，h=R-r，m，見圖1。
目前常用的壓實機的有25KJ-T3三邊形和15KJ-T5五邊形兩種壓實機。25KJ壓實機用于原位碾壓和層厚1m以下填料碾壓以及碾壓質量的檢驗。15KJ壓實機用于層厚50—75㎝的填料碾壓，由于是五邊形輪子，可比25KJ壓實機用較少遍數獲得所需的密實度。沖擊壓實機在土石方壓實作業(yè)中，突破了傳統(tǒng)的碾壓方式，當其一角立于地面，向前碾壓時，產生巨大的沖擊波，由于碾邊順序連續(xù)沖擊地面，可使土體碾壓均勻密實。該機以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，相當于低頻大振幅沖擊壓實土體，并周期性地沖擊地面，產生強烈的沖擊波向地下深層傳播，具有地震的傳播特性，其壓實深度可隨碾壓遍數遞增。25KJ壓實機的高能量可對填料作深層壓實，從而降低土的滲透性，為分層碾壓或填方材料提供堅實的基礎。在低交通量道路，對施工現(xiàn)場原位材料的深層壓實能形成較高強度和穩(wěn)定性，而不必換填材料，在多數情況下，直接修筑底基層和基層就可得到優(yōu)質道路。
檢驗碾壓是沖擊壓實工作的一個重要內容，25KJ壓實機的高能量給出相當于沖擊力達250t以上的重擊，是一種極為有效的檢驗碾壓。只要用沖擊壓實機碾壓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救。高能量沖擊壓實機在云南、北京、河北、福建、湖南等省、市有關工程的沖擊壓實試驗及沖擊碾壓中應用，初步以為對減少路基工后沉降，進步路基整體強度及加固軟弱地基較通常碾壓有較大作用，這對進步當前高速公路修建質量具有現(xiàn)實意義。
2、沖擊壓實減少路基工后沉降
八達嶺高速公路路基填料為風化花崗巖形成的含塊石細粒土砂礫，路基填筑采用VV170 40t振動壓路機分層（20㎝一層）碾壓。要求達到壓實度93%的壓實標準，下路堤壓實度90%，補壓沖擊碾壓20遍，均勻下沉量S=5.4㎝，計算有效壓實深度1.5m，壓實度均勻進步到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，基本上與補壓路基的11—20遍下沉量2.2cm相當。
福建及湖南不同土質路基沖擊碾補壓20遍后，在原振動壓實路基達到規(guī)定的路床壓實度標準時，其下沉量為5—7㎝，并有相當部分沉降量大于7㎝，達8—12cm，則實測壓實度均不符合標準。此外，對宣大高速公路濕陷性黃土按20cm一層振碾達到壓實標準后，再用沖擊壓實機沖碾20遍，下沉量為3.9cm；填石路堤經50t振動壓實達到標準后，再沖擊碾壓20遍，下沉4—5cm；當高填方路基用沖擊壓實機分層碾壓每層20遍，其沉降率可達到4%—5%，可較好地解決高路堤的工后差異沉降題目。
3、沖擊壓實進步路基整體強度
云南臨滄碎石路堤采用沖擊壓實施工，經灌砂法測定干密度，路床頂面下80cm內均勻干密度ρd=2.136g /cm3，均勻壓實度kh=100.5%；80—150cm均勻干密度ρd=2.051g/cm3，均勻壓實度kh=96.5%。壓實度較規(guī)定的標準進步3.5%—5.5%，在0—150cm內完成的下沉量為6.92cm。
八達嶺花崗巖風化含塊石細粒土砂礫路基，經過20遍沖擊壓實后，計算分析地表下1.5m內，用落錘式彎沉儀（FWD）檢測，均勻彈性模量值由沖碾前的180MPa進步到228MPa。
福建泉州工地用沖擊碾補壓20遍后，用黃河標準車測彎沉值，其補壓前ι0=220（0.01mm），補壓后ι0=183（0.01mm），按E0=2430ι0-0.7式計算，沖擊碾壓前E0=55.7 MPa，補壓后E0=63.4 MPa。
湖南沖擊壓實試驗段，用解放車測定沖擊碾壓20遍前后的彎沉值分別為141（0.01mm）與66（0.01mm），折算為黃河標準車的彎沉值分別為218.8（0.01mm）與102.4（0.01mm），按E0=2430×ι0-0.7式計算，均勻由沖碾前55.9 MPa進步到95.1 MPa。
不同土石路基通過沖擊補壓20遍后，不但強度有所進步，而且使原來振動壓實達到路床壓實標準的路基下沉5—7cm，假如下沉量超過7cm，則原有壓實度不足；同時沖碾20遍后，在1.5m層厚范圍內壓實度均增加3%—5%。由于沖擊碾是路床頂面上全面積的均勻沖碾壓實，達到了全路基的直接檢驗與補充追加壓實，達到了全路基的直接檢驗與補充追加壓實，在路床頂面以下1.5m形成連續(xù)、均勻、密實的加固層，進步了路基路面的綜合強度與穩(wěn)定性。
4、沖擊壓實加固軟弱地基
通常濕陷性黃土地基較多采取強夯法處理。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沖擊壓實機在地表面沖碾40遍處理。并檢測地基下沉量、干密度、濕陷系數、彈性模量等指標。沖碾40遍后在地表下110cm內土基均勻壓實度達到kh=91%，即原來黃土的干密度ρd=1.35g/cm3進步到1.70g/cm3，其濕陷系數由0.0438降為0.0022，消除了濕陷性。地表下土基1m內均勻彈性模量達到80 MPa以上。在路基底面下1m內經沖碾壓實，形成連續(xù)、均勻、密實的加固硬層，其技術指標已完全符合黃土地基加固的質量要求。
京秦高速公路玉田段有長約16km的軟土路段，1997年4—8月在K65+800、K66+100用沖擊壓實機進行了沖擊碾壓排水固結加固軟土地基試驗，沖擊碾壓對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)測結果：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。當路基填土達2.4m時，8月18—24日進行第二次沖擊碾壓40遍試驗。監(jiān)測結果：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?？紫端畨毫υ?m 深處當碾壓18遍時由11.274kPa增加到11.677kPa，此時下雨停止碾壓兩天，孔隙水壓力由11.67kPa降為11.274kPa，當繼續(xù)碾壓達33遍時，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)測結果表明沖擊壓實機對地面施加沖擊能量，使土體受拉、壓作用，軟土自由水經塑料排水板排出地表后土體密實度增加，加速了軟基的沉降固結。假如在軟基上填筑路堤，采用沖擊壓實機分層碾壓工藝，可在施工過程中加快軟基的固結速度，有利于軟基的沉降固結。
5、填石路堤施工工藝的改進
填廠材料的特性變化很大，為使施工路堤工后沉降達到最小，應壓實到理想結果。通常石料的級配越好，壓實所能達到的密實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、級配、最大石料粒徑和外形）和壓實處理（碾壓機型、攤展厚度和碾壓遍數）決定的。石料特性和壓實過程是相互聯(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，更應考慮二者的同一性。
碎石路堤采用50t以上振動壓實機分層碾壓，碾壓遍數按碾壓下沉值即是零并穩(wěn)定不變時確定。由于碎石含量不同，其擊實試驗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、表面波壓實密度儀檢測壓實度是否達到規(guī)定值。
塊石路堤由于塊石粒徑較大，經50t以上振動壓實機分層碾壓至下沉值為零后，每層厚1.5—2.0m再用25KJ—T3沖擊壓實機進行檢驗性補壓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型沖擊壓實機施工，效率高，速度快，三邊形雙輪以12km/h速度能集中產生250t沖擊荷載，連續(xù)壓實路堤深層部位的石塊。這種高振幅、低頻率的沖擊能量對路堤分層均勻碾壓后，可使石塊之間嵌鎖密實，填石體承受沖擊荷載所產生的沉降變形遠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)引起路面產生裂縫的差異變形沉降。根據填石工程與施工特點，采用沖擊壓實配套設備壓實效果最好。沖擊壓實的施工工藝要求如下。
（1）填石施工控制。
填石的粒徑及級配在開采料場控制，施工單位根據現(xiàn)場情況采用洞室松動爆破，光面爆破或小型爆破，要求填石料符合以下指標：最大粒徑＜500㎜，不均勻系數Cu＞5（Cu=d60/d10），曲率系數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，壓實層厚度100cm；填石路堤在斜坡地帶時，壓實層厚度80cm。松展系數一般為1.15—1.20。
（3）壓實沉降值控制。
沖擊碾壓若干遍后，壓實沉降值趨于穩(wěn)定，同時結合落錘式彎沉儀的測定值進行分析，綜合確定需要碾壓的遍數，及其相應的壓實沉降控制值。
（4）填石施工。
石方填筑的關鍵是要達到要求的級配分布。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，而較細的顆粒則居于頂部。它能確保最佳的的嵌鎖和壓實力的傳遞。同時，提供一個不會致使壓實碾輪及橡膠輪胎的牽引機在行進過程中受損的表面。該方法需要在填筑層末真?zhèn)€頂部用卡車傾卸，然后用推土機從末端將填料推進下面的層，使其與正在填筑的一層推成同樣的高度。
6、填石路堤的壓實標準
規(guī)定采用50t以上振動壓路機或沖擊壓實機碾壓，可以進步填石路堤的壓實標準，具體規(guī)定見表1。
表1 壓實標準
路堤頂面以下深度/cm 重型擊實壓實度%
0——150 95
150以下 93
將原壓實度標準在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。按下式計算：
S=h（1-kh/kh′）
式中：S為下沉量，cm；h為路高，cm；kh為原標準的壓實度，%；kh′為進步后的壓實度，%。
現(xiàn)以10m填石路堤為例，進步壓實標準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
當采用沖擊壓實機分層碾壓，則壓實度還可進步3%—4%，以增加3%計，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壓20遍，增加的均勻下沉量為6cm。這樣填石路堤碾壓已經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。
壓實標準的最大干密度對于碎石路堤，采用重型擊實試驗，按＞5mm的碎石含量與最大干密度曲線來確定。
對于塊石路堤，按《公路土工試驗規(guī)程》（JTJ051—93）T0133表面振動壓實儀法確定塊石填料的最大干密度。
