冲击式压路机在旧路利用中的应用
【内容简介】为提高原旧路的密实度与承载力，京承高速公路采用冲击碾压技术对沥青路面进行了冲击碾压，减少了新旧路之间的差异沉降，工程采用哈威冲击式压路机施工，本文从冲击压实的目的、过程、结果作了简单论述,对今后处理新老路基不均匀沉降问题有一定的参考价值。
一、 工程概况
京承高速公路第十一合同全长8.285KM，新建高速公路有2.12km路段为利用原旧有的京承旅游路，由于旧路全宽10m，而高速公路全宽25m，在新加宽路基与老路之间存在沉降不均的影响。如何克服新旧路的不均匀沉降，选择经济合理的处理方式是一个关键问题。
冲击式压路机自1995年引入我国以来，大多数省、区、市均采用了冲击式碾压技术，在冲击压路机高振幅、低频率冲击碾压下，使工作面下的深层土石密度不断增加，受压土体逐渐接近弹性状态，具有克服路基隐患的技术优势，是土石工程压实技术的新发展，为此，京承高速公路建设管处要求在旧路利用段增加冲击压实补强。
二、 冲击压路机的压实机理
冲击式压路机的压实特点是利用一定质量的物体，从一定的高度处落下，冲击被压实的材料，使材料产生很大的应力变化速度。与普通振动压实所不同的是，冲击压实将振动压路机的高振频、低振幅的“振动拍打”压实方式改变为低振频、高振幅的“高能量冲击”压实方式。冲击式压路机以其巨大的冲击力冲击填筑体，并辅以滚压、揉压等综合作用，旧路原有沥青砼结构层，以及结构层下土石混填路基被剪切、破碎而互相填充、紧密，随着冲击波的传播，使路面下形成一个2m—4m厚的连续稳定的加强层，从而形成更加稳定的结构。这对提高高速公路的寿命极为重要。
1、冲击压路机冲击能量
现有冲击压路机冲击轮的质量范围在6000—13000kg之间，计算静态能量范围在12—30kj之间，本项目所用YCT25型冲击压路机冲击轮质量为12000kg。
A、静态能量（N1）计算公式为：
N1=M×g×(R-r) (kj)-----------------------------------------（1）
其中：M—冲击轮质量（1000kg）
R—冲击轮外接圆半径（m）
r—冲击轮内接圆半径（m）
工作状态的冲击压路机的冲击能量有三部分组成。
(1)式讨论了静态能量，总冲击能量其实还包括平动能量和转动惯性能量。 B、冲击压路机总能量N的计算公式为：
N=N1+MV2+Iω2 (kj)----------------------------------------(2)
其中：V—冲击轮水平速度（m/s）
M—冲击轮轮质量（1000kg）
I—转动惯量（1000kg.㎡）
ω—角速度（rad/s）
根据部分冲击轮的有关数据按（2）计算：YCT25型冲击压路机当牵引水平速度为8km/h,12km/h,15km/h时，其总能量可达到71kj，131kj，188kj。
三、 冲击压路机的冲击力
目前国家标准所提出的超重型振动压路机的激振力上限为450KN，超重型拖式振动压路机的激振力止限为1000KN。以YCT25为例，生产厂家的产品广告上称其冲击力达到250—400吨（2453—3924KN），还有文章论证为880吨（8633KN）。冲击压路机的冲击力与冲击轮接地时的加速度、与地表接触时间、土壤的弹塑性等多种参数密切相关。确定其冲击力应保证在一种工况下，这样才可能有较稳定的数值，才可能有对比试验的再现性。
一般25kj冲击压路机，作业行驶速度为12km/h（工作轮质量12000kg），当与已压实地面冲击作用时间为0.02秒时，根据冲量定理计算，其冲击力约为2000KN（约200吨）。
2001年在浙江嘉兴施工工地曾采用应变盒埋入法对25kj冲击压路机压实影响深度进行了测定。压路机行驶15km/h时，在距地面0.8米深处的压力应变盒反应出的压力值1000kpa以上，最大值为1632kpa。根据土力学中的Boussinesq公式（3），推算出其冲击力在1341.7—2189.7KN之间。
σz = 3P/2π·Z2/R3 -------------------------------------------------------(3)
其中：σz—地基土中一点的Z向应力
P—地基表面的集中载荷
Z—地基深度
R—地基中一点到力作用点之间的距离
四、 冲击压实的目的及过程
由于原有旧路为二级路，在高速公路利用原旧有路基时，需提高原旧路路基、路面的密实度及承载力，如采用普通振动式压路机需将原旧路挖开后再分层压实，而采用冲击式压路机可直接对旧路冲击压实，使施工速度加快。
首先选取150m长路段作为试验段，没置观测断面，确定冲击压实的遍数、速度、沉降量等参数，查看冲击压实的效果。
冲击压实过程中注意距路肩外缘宜保持1m的安全间距，冲压时要注意冲击波峰，错峰压实，冲压5遍后应改变冲压方向。
旧路的压实过程也是旧路的破碎过程，由于冲击轮外形曲线平缓，与地面接触面较大，作用力不集中，为增强旧路破碎效果，可在冲击轮着地表面上焊接凸出铁条（可选用Φ32的钢筋），经计算，加焊铁条后，其冲击瞬间可过200MP，实践证明，采用此办法，冲压作用力集中，旧路破碎情况非常好。
冲压前，应对机手、配合人员、记录员进行详细的技术交底，施工过程中，由专人负责记录冲击压实遍数，冲压时从边缘往中间顺序破碎，由于旧路宽仅10m，长却达1.6km，加上冲击式压路机与牵引设备长达10多米，施工宽度小于冲击机械的转弯半径，冲击压路机的行驶路线最好以分车道冲击为主，压实采用“∝”路线，在旧路利用段的起、终点须设置转弯处。
五、 冲击压实的质量检测和加固效果
为达到冲击压实效果，现场应进行沉降量检测、压实度检测、
弯沉检测、破碎检测。
1
沉降量检测包括冲压前及每冲压5遍后的标高，第10遍后，每2遍测量一次，水准仪的测量精度不大于1mm，计算采用算术平均值，经冲碾的路段沉降量在0～4cm之间，平均沉降3cm。
2
压实度检测平面点数不少于4个，竖向检测位置分别为表面下30、50、80cm处，密实度提高0～3个百分点。
3
弯沉检测采用5.4m贝克曼梁，每个车道检测20个点，弯沉值均达到设计要求。
4
由于冲击压路机是在旧路全面积内均匀冲碾压实，达到了对路基的直接检测现补充追加压实效果。
通过旧路破碎冲碾20遍后，可以看出，旧面结构层全部破碎，并将下层土石混合料中的原有的水份和空气被挤出，土石颗粒在强大的冲挤力下重排列，较少的颗粒被到大颗粒的缝隙中，形成二次沉降，从而使旧路路面、路基形成密度很高的板块，提高了旧路的承载能力，有效地减少路基工后的沉降变形，更重要的是高速公路可直接施工，不必再进行挖除或换填工作，大大减少投入。
六、冲击压实中对建筑物的保护
由于冲击式压路机冲击势能高达25KJ（千焦耳，即1000牛的力作用其方向上1m所做的功），冲击影响深度达4~5m，为此要尽量远离构造物、导线点、水准点、地下管线、互通立交桥、建筑物等，一般至少保证5~10m，普通民房建筑物要保证在30m以上。
为此，在冲击压实前应认真查明现场施工情况，附近及地下是否存在构造物，如存在是否满足安全距离，施工前要对拟保护的构造物在保护范围的外围没置明显的标记物。临近安全距离时要降低冲击压路机的行驶速度，可增加冲压遍数。
在冲压时，应注意对冲压区构造物的观察，一旦发现有墙体开裂、构造物变形等情况时，要立即采取措施。另外，距离居民较近时，还要考虑噪音与振动影响，在施工时应合理安排时间。
七、结束语
本文仅对旧路利用段采用冲击式压路机压实作了简单描述，目前，冲击压实工艺正在逐渐在高速公路路基施工中普及，但由于各地高速公路施工受土质状况、自然条件、施工环境等情况影响，还需要对冲击式压实注意积累资料，总结经验。
