公路建設(shè)的實踐證實，路基必須達到密實、均勻、穩(wěn)定，才能保證路面的正常服務功能。在高速公路修建中，當路基受到斜坡地形、土石填料組成、地基土質(zhì)條件等不利影響時，以及公路建成的速度加快，路基經(jīng)常會產(chǎn)生沉降變形而引發(fā)工程病害。近年來使用沖擊
壓路機開發(fā)應用的沖擊碾壓技術(shù)有了很大發(fā)展，在解決路基工程質(zhì)量隱患方面有所創(chuàng)新，如有效地減少路基的工后沉降與差異沉降，保證路堤的整體穩(wěn)定性；對碾壓成型路基的路床、路堤進行檢驗性追加沖碾遍數(shù)，進步了路基的整體強度與均勻性；對濕陷性黃土地基或軟弱地基進行沖擊碾壓的填前處理，使地基滿足承載力與穩(wěn)定的要求；對砂石路面、瀝青路面、水泥混凝土路面等舊路應用沖擊碾壓技術(shù)進行改建，不但加快施工進度，還能達到工程質(zhì)量要求。目前除南非藍派公司、美國公司生產(chǎn)的沖擊壓路機外，國內(nèi)已有個廠家生產(chǎn)沖擊壓路機，有的廠家已能批量生產(chǎn)供給市場，因而全國已有二十六個省、區(qū)、市應用了沖擊碾壓技術(shù)，工程實踐表明，正確使用公路沖擊碾壓技術(shù)，其效果明顯，能較好地消除路基的潛伏工程隱患，進步公路建設(shè)質(zhì)量，應用遠景十分廣闊。
一、沖擊碾壓技術(shù)
沖擊碾壓是巖土工程壓實技術(shù)的最新發(fā)展。沖擊壓路機由牽引車帶動非園形輪轉(zhuǎn)動，多邊形滾輪的大小半徑產(chǎn)生位能落差與行駛的動能相結(jié)合沿地面對土石
材料進行靜壓、搓揉、沖擊的連續(xù)沖擊碾壓作業(yè)，形成高振幅、低頻率的沖擊壓實原理。目前以25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機使用最多，其雙輪靜重12t，行駛最佳速度為12km/h，對地面產(chǎn)生集中沖擊力200~250t，相當于1111~1543kPa。據(jù)國家海洋局第二海洋研究所在杭金衢高速公路的宕渣、砂礫路基上經(jīng)25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機以12km/h速度沖碾30遍后，實測深度0.8、1.5、2.0、2.5m的均勻垂直動土壓力分別為：1366、306、272、138kPa。這種高能量沖擊力周期性連續(xù)沖擊地面，產(chǎn)生強烈的沖擊波，向下具有地震波的傳播特性，產(chǎn)生的沖擊碾壓功能達到超重型擊實功，可使地下深層的密實度不斷累積增加，滿足重型標準90%壓實度以上的有效壓實厚度視不同土石材料性狀達1.0~1.5m，比現(xiàn)有振動壓實機械有更好的壓實功效，使被沖壓的土石填料更接近于彈性狀態(tài)，顯示出克服土石路基隱患的技術(shù)上風。15KJ五邊形雙輪沖擊壓路機用于層厚0.50~0.75m分層壓實及水泥混凝土路面改造施工。
沖擊壓路機的技術(shù)特性決定較現(xiàn)行常規(guī)壓路機不同的壓實工藝，不采用現(xiàn)有壓路機壓半輪或部分重疊碾壓的施工方法，而是以沖擊力向土體深層擴散分布的性狀，提出新的沖擊碾壓方法與施工工藝。沖擊壓路機雙輪各寬0.9m，兩輪內(nèi)邊距1.17m，行駛兩次為一遍，其沖碾寬度4m。每次沖擊力按沖碾輪觸地面積邊沿與地表以45°—φ/2夾角向土體內(nèi)分布土壓力。每遍第二次的單輪由第一次兩輪內(nèi)邊距中心通過，形成的理論沖碾間隙雙邊各0.13m，當?shù)诙榈牡谝淮蜗騼?nèi)移動0.2m沖碾后，即將第一遍的間隙全部碾壓。第三遍再回復到第一遍的位置沖碾，依次進行至終極遍數(shù)。沖擊壓路機向前行駛在縱向沖碾地面所形成的峰谷狀態(tài)，應以單雙兩遍為一沖壓單元，當雙數(shù)遍沖壓時，調(diào)整轉(zhuǎn)彎半徑，達到對形成的波峰與波谷進行交替沖碾，使地面峰谷減小，表面接近平整。沖擊壓路機一般行駛按順時針與逆時針方向每五遍進行交換作業(yè)。各種土石路基沖碾20~40遍可以使路基形成厚1.0~1.5m的均勻加固層。
二、公路沖擊碾壓的技術(shù)效果
1、減小路堤的工后沉降率
通過室內(nèi)模型試驗與現(xiàn)場路堤沉降量試驗觀測，路基在達到規(guī)范要求的壓實度時，其工后沉降率為0.4%左右。一般在斜坡地形的路基斷面會加大沉降量的差異，若路堤壓實層厚度與填料不均勻，壓實不足或均勻性不好，受到土石自重壓密變形，會形成拉伸與壓縮應變區(qū)，使差異沉降加大。當兩點沉降量梯度大于0.6%以上，有可能產(chǎn)生變形裂縫，山區(qū)高填方路基上常見到縱向或橫向裂縫。高填方路堤采用沖擊碾壓技術(shù)施工可使工后沉降率接近0.1~0.15%，能較好地避免差異變形所引發(fā)的裂縫，這是解決土石高填方路堤變形病害的有效技術(shù)措施。
北京八達嶺高速公路34m高填方路基填料為風化花崗巖形成的含塊石細粒土砂礫，沖擊碾壓每層壓實厚度1m，均勻壓實度為重型標準95%，路基寬10.5m，兩個斷面設(shè)左、中、右沉降觀測點，完工一年后沉降量為：K10+260斷面32、37、32mm，路基中心填方高度26.4m，沉降率0.14%；K10+300斷面41、41、44mm，路基中心填方高度33.12m，沉降率0.12%。差異沉降量梯度均小于0.1%。表明路堤工后沉降率減小，沖碾密實，有很好的均勻性。廣西六水線36m、34m石灰?guī)r填石路堤的振碾與沖壓對比觀測，施工期沉降量為振碾76cm，沖壓22cm，表明沖擊碾壓的密實度增強。
在國內(nèi)高速公路振碾達到壓實要求的路基上，用沖擊壓路機對路床進行檢驗性補壓20遍后的均勻沉降量為：北京八達嶺線5.4cm；河北宣大線3.9cm；福建福泉線5.0~7.0cm；湖南湘耒線3.0~7.2cm；重慶渝黔線4.8~7.3cm；浙江杭金衢線2.0~3.4cm；江西梨溫線5.0~6.0cm等。綜合分析不同土石路基路床上通過沖擊補壓20遍后，原耒路基已經(jīng)達到壓實度規(guī)定的沉降量為5.0~7.0cm。當沉降量在5.0cm以下，是原路基壓實質(zhì)量優(yōu)良，如河北宣大黃土路床原耒壓實度96%，浙江杭金衢宕渣、砂礫路床級配良好，原耒壓實度在97%以上，故沖碾后沉降量在4cm以下。如沉降量超過7.0cm，則原路基壓實不足，其壓實度未達到要求，或在90區(qū)沖擊補壓時，沉降量也大于7.0cm。對于5m以下路堤經(jīng)沖擊補壓后完成的沉降量已超過正常路基可能發(fā)生的工后沉降量，保證了路基的穩(wěn)定性，特別是斜坡地形的路基其技術(shù)效果更明顯。
2、進步路基整體強度與均勻性
使用沖擊壓路機分層沖擊碾壓高路堤與補壓振碾達標路床工程，能較好地進步路基的整體強度與均勻性，有利于避免路面的早期損壞，延長路面的良好服務水平。
北京八達嶺花崗巖風化含塊石細粒土砂礫路基的路床，經(jīng)過20遍沖碾后，計算分析地表下1.5m內(nèi)，用落錘式彎沉儀（FWD）檢測，均勻彈性模量值由沖碾前180MPa進步到228MPa。
福建泉州工地對路基沖擊碾壓20遍后，用黃河標準車測彎沉值，補壓前均勻l。=220（0.01mm），補壓后均勻l。=183（0.01mm），即沖擊碾壓前E。=55.7MPa,補壓后E。=63.4MPa。
湖南沖擊碾壓試驗段，用解放車測定沖碾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219（0.01mm）與102（0.01mm），即均勻E。由沖碾前55.9MPa進步到95.1MPa。
福建某高速公路全線路床經(jīng)25KJ三邊形沖擊壓路機補壓，全線建成通車前夕由交通部公路工程檢測中心用自動彎沉儀檢測，測試里程4個車道總長596公里，74500個數(shù)據(jù)。K0+000~K66+987代表彎沉均勻值5.80（0.01mm），K66+987~K113+028代表彎沉均勻值6.66（0.01mm），K113+028~~K154+419代表彎沉值8.53（0.01mm）。用整車式平整度測試車檢測，測試里程4個車道總長600公里，6000個數(shù)據(jù)，IRI總均勻值為1.21（σ=0.73）。以相同設(shè)備檢測路面結(jié)構(gòu)與施工條件相同的某連接線10公里，路床未進行沖擊補壓。檢測結(jié)果：代表彎沉均勻值16.27（0.01mm）；平整度指標IRI均勻值1.55（σ=0.93）。對比表明振碾路床經(jīng)沖擊碾壓的技術(shù)效果明顯，進步了路基的整體強度與均勻性，以及路面的服務水平與使用年限。
沖擊碾壓后路基形成的沉降量，可計算出路基壓實度的增加值。按下式計算：
S=h（1-Kh/Kh’）
式中：S為沉降量，cm；h為路基壓實影響厚度，cm；Kh為原路基壓實度，%；Kh’為沖碾后進步的壓實度，%。
沖碾20遍后，在正常情況下，1.5m層厚范圍內(nèi)壓實度均增加3~5個百分點，由于沖擊壓路機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，在路床頂面以下形成1.0~1.5m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。
3、特殊土地基的加固處理
通常濕陷性黃土地基較多采取強夯法處理。在宣化至大同高速公路路基底層濕陷性黃土地基采用25KJ三邊形沖擊壓路機在地表面沖碾40遍處理。沖碾40遍后在地表下110cm內(nèi)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(shù)由0.0438降為0.0022，消除了濕陷性。地表下土基1m內(nèi)均勻彈性模量達到80MPa以上。在路基底面下1m內(nèi)經(jīng)沖碾壓實，形成連續(xù)、均勻、密實的加固硬層，其技術(shù)指標已經(jīng)完全符合黃土地基加固的質(zhì)量要求。在甘肅、寧夏、山西等濕陷性黃土地基采用沖擊碾壓進行處理，也取得同樣加固效果。
京秦高速公路玉田段有長約16公里的軟土路段，在K65+800、K66+100用沖擊壓路機進行了沖擊碾壓排水固結(jié)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，三天內(nèi)沖擊碾壓22遍。監(jiān)測結(jié)果：地面沉降17.4mm，連續(xù)沉降17.8，地表下3m深處分層沉降10.1mm，地表下7m深處分層沉降5.0mm。當路基填土達到2.4m時，六天內(nèi)進行第二次沖擊碾壓40遍試驗。監(jiān)測結(jié)果：地面沉降20.6mm，連續(xù)沉降21.4mm，地表下3m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，當繼續(xù)碾壓達到33遍時，孔隙水壓力由11.274kPa增為16.766kPa。以上監(jiān)測結(jié)果表明沖擊壓路機對地面施加沖擊能量，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，采用沖擊壓路機分層碾壓工藝，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)。
地基土的自然稠度處于0.5~1.0過濕狀態(tài)，需要進行加固處理，可用沖擊碾壓結(jié)合水穩(wěn)定性好的粗粒材料墊層綜合加固。該墊層厚度按稠度（wc）確定：當1.0＞ wc≥0.9，墊層厚20cm；0.9＞ wc≥0.75，墊層厚30cm；0.75＞ wc≥0. 5，墊層厚50cm。在粗粒料墊層上用沖擊壓路機碾壓20~30遍后，可使地基土表面部分厚度固結(jié)，與水穩(wěn)定性好的粗粒材料形成加固地基或路床。
4、加快舊路改造施工
當公路升級需要改建舊路時，必須進步路基質(zhì)量，滿足新路等級的壓實標準，通常采取開挖路面與路床、路堤，重新回填分層壓實，達到規(guī)定的壓實度，對瀝青或水泥路面需要破碎、翻挖與清除。采用沖擊碾壓技術(shù)則不必開挖路面與路基，可以直接在原路面上用沖擊壓路機進行沖碾施工，使路基達到質(zhì)量要求，舊路面能得到利用。使用這種新工藝能節(jié)約筑路材料，有利于環(huán)境保護，保證工程質(zhì)量，加快改建公路進度。
寧夏鹽興公路改建，將原砂石路面低等公路進步到二級公路，用25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機直接沖碾舊路，完成試驗段后，指導全線施工。低液限粉土段沖碾50遍后：壓實度均勻值0~30cm處由84.8%進步到97.1%；30~80cm處由85.0%進步到95.3%；80~150cm處由82.5%進步到94.1%。均勻沉降量24.5cm。路基技術(shù)指標已達到規(guī)范標準，生產(chǎn)路段低液限粉土路基按沖碾50遍施工。粉土質(zhì)砂段沖碾30遍后：壓實度均勻值0~30cm處由91.4%進步到97.6%；30~80cm處由90.7%進步到95.6%；80~150cm處由93.5%進步到96.9%。180cm處由91.8%進步到93.9%。均勻沉降量11cm 。路基技術(shù)指標已達到規(guī)范標準，生產(chǎn)路段粉土質(zhì)砂路基按沖碾30遍施工。經(jīng)比較沖擊碾壓比正常工藝施工每公里由15萬元降至7萬元人民幣，減少用度46.7%。
內(nèi)蒙古包東線原5cm瀝青混凝土面層，15cm手擺塊石、10cm砂礫墊層，進行改建施工，用25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機在面層上直接沖擊碾壓加固路基。沖擊碾壓50遍后：壓實度均勻值0~80cm處由86.8%進步到96.4%；80~150cm處由87.3%進步到93.3%；150~200cm處由86.3%進步到90.3%。路基壓實度均已達到規(guī)范要求。
安徽天長205線高速公路水泥混凝土路面已損壞，需要進行改建。采用15KJ五邊形雙輪沖擊壓路機對水泥路面進行沖碾破碎與路基加固。沖擊碾壓路面在20遍以內(nèi)，面版呈網(wǎng)狀破壞，有一定沉降量，已對路基進行加固，仍保持半剛性基層與原面版的版體作用，對個別土基軟弱部分，需進行換填加固處理。經(jīng)檢測與完成技術(shù)處理措施后，即加展高速公路的面層。上下行車道分先后順序已完成施工。此外，在廣東、河南、浙江等地用相同的五邊形沖擊壓路機進行了水泥混凝土路面改建的沖擊碾壓試驗與施工，取得較好的技術(shù)效果。
公路升級改建需要加寬修建新路基，特別是二級公路改建為高速公路時，使用沖擊碾壓技術(shù)能較好地解決新老路結(jié)合引起的變形裂縫題目。在加寬路基與坡腳外1.0m地基范圍內(nèi)，地基應進行沖擊碾壓加固處理。如屬于前述的特殊土地基，則采用的技術(shù)措施與沖擊碾壓結(jié)合進行加固處理。當新加寬路基分層壓實到路床后，對新老路結(jié)合部與新路床進行了沖擊碾壓檢驗性補壓，再視完成路基的具體狀況，必要時在結(jié)合部路床內(nèi)加展土工
格柵。這樣處理后能較好地避免產(chǎn)生因新老路結(jié)合所引發(fā)的沉降變形裂縫。
三、使用沖擊碾壓技術(shù)的留意事項
1、公道選用機型。目前國內(nèi)生產(chǎn)的沖擊壓路機有12個廠家共20個型號，種別繁多，使用不當，很難達到預期的目的。對于路堤、路床的檢驗性補壓與填石、土石混填路堤的分層壓實，經(jīng)全國現(xiàn)有的工程實踐證實，宜使用25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機。對水泥路面改建與土質(zhì)路堤分層壓實，宜使用25KJ五邊形雙輪沖擊壓路機。
2、正確使用沖擊碾壓施工工藝。對于雙輪沖擊壓路機應按通過兩次為一遍，壓實寬度4m為計算單元，并按前述的施工工藝作業(yè)。單輪沖擊壓路機以通過一次的輪寬為壓實計算單位。
3、正確理解沖擊碾壓有較寬的含水量范圍。由于沖擊壓路機具有高能量的壓實功能，相當于超重型擊實標準的擊實功，達到重型壓實度的含水量僅在小于最佳含水量范圍內(nèi)擴大，其大于最佳含水量的范圍不會擴大。因此，含水量視土的塑性指數(shù)大小，宜控制稠度不小于1.1~1.2。否則厚80~100cm土層沖壓會形成彈簧土，無法壓實。
4、控制構(gòu)造物的安全間隔。沖擊壓路機的輪邊與構(gòu)造物應有1m的安全間隔。橋涵構(gòu)造物上填土厚度不少于2.5m。
目前國內(nèi)沖擊壓路機主要應用于高速公路土石高路堤的分層沖碾壓實，路堤、路床的檢驗性補壓，以及地基加固處理等工程效果較明顯的領(lǐng)域。工程機械標委會開始考慮制訂沖擊壓路機系列產(chǎn)品的技術(shù)條件。交通部下達制訂公路沖擊碾壓應用技術(shù)規(guī)范，正在編制中。今后將進一步促進沖擊碾壓技術(shù)的發(fā)展。根據(jù)沖擊壓路機的技術(shù)特點，沖擊碾壓對不同土石材料的壓實機理尚需進行系統(tǒng)的研究；還可利用沖擊碾壓技術(shù)研究不同自然條件下路基路面整體設(shè)計理論與方法；目前針對沖擊壓路機只能向前行駛的特性，需要開發(fā)配套的沖壓設(shè)備。此外，沖擊碾壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)、水利、環(huán)境工程等方面也有廣闊的應用遠景。
