1.上海公路桥梁（集团）有限公司
摘要：为改善土基的冲击碾压施工工艺，本研究通过在某机场开展现场试验段，研究不同松铺厚度和冲击碾压速度对土基碾压效果的影响。试验结果表明：在无外部因素影响条件下，当冲击碾压速度从8km/h提高为12km/h时，土基的压实度能提高7%；同时松铺厚度为80cm的区域内深度为20cm~40cm的范围内冲击碾压的作用较明显，松铺厚度为60cm的区域内深度为40cm~60cm的范围冲击碾压的作用较明显。根据冲击碾压过程中安装在碾压轮轴心处的加速度计结果表明，该土体填料碾压15遍具有较好的碾压效果。
关键词：冲击碾压；松铺厚度；影响深度
Experimental study of impact compaction for subgrade of sandy soil with gravel
Abstract: To improve the construction efficiency of impact compaction, this work conducted an in-situ investigation on an airport in China for evaluating the influences of loose laying thickness and compaction speed on the compaction of subgrade. The results indicate that as the degree of compaction increases 7% as the compaction speed rises from 8 km/h to 12 km/h without external influences. Also, the compaction influence depth is around 20 cm to 40 cm with the loose laying thickness and 40 cm to 60 cm for the loose laying thickness of 80 cm. The real time accelerometer measurement suggests that this soil can be compacted best with 15 times of compaction.
Key words: impact compaction； loose laying thickness； influence depth
0 引言
冲击压路机的设计制造始于1930年，70~80年代趋于成熟，1995年由南非蓝派公司（Landpac Technologies Pty Ltd）将此类压实设备引入我国[1]。冲击碾压技术利用非圆形冲击轮的连续夯实作业对地面施加冲击作用以及冲击轮举升过程中角部对地面施加巨大揉搓作用，实现压实填料或加固地基的目的[2]。冲击与揉搓的复合作用使得压实厚度或加固深度明显大于传统的滚动或振动压实设备[3]，同时该设备牵引滚动的行使方式又使冲击碾压技术比强夯法等传统的动力压实技术有更高的生产效率和经济性。
目前，冲击碾压技术已广泛应用于我国公路工程和机场工程[4-5]。但是，由于现场填料性质各异，在不同施工参数条件下，针对冲碾压实效果的评价以及关于施工参数选取的研究还不够充分，需要及时展开这方面研究工作。本文采用现场冲击碾压试验，利用密实度试验、动力锥灌入试验、连续振动响应测试等，研究不同松铺厚度、碾压遍数、冲碾速率等对土基填料压实效果的影响，并探讨合理的施工控制参数。
1 试验概况
试验段位于某机场内，所选场地为平原。现场土样为山皮石，最佳含水率为12.3%，最大干密度为1.93kg/cm3。试验过程中采用的冲碾压路机型号为宇通6830，其工作质量为26.2t，冲击能量为30kJ，冲碾压路机的拖头为GQ360工程牵引机。整个试验场地冲碾1圈计1遍冲碾，共进行20遍冲击碾压，冲击碾压0遍、8遍、14遍和20遍后进行压实度测试，动力锥灌入试验在冲击碾压0遍和20遍后进行，碾压过程中通过加速度计获得整个碾压过程中的连续振动响应。
试验段为长80 m?宽30 m的矩形区域，宽度上半幅采用60cm的松铺厚度，另半幅为80cm的松铺厚度，长度方向上中间设置20m的加速带，半幅的碾压速度控制为8 km/h，另半幅碾压速度控制为12 km/h。
测试内容包括：① 冲击碾压前后路基密实度测试，检测冲击碾压对压实度的影响；② 冲击碾压前后动力锥灌入测试（DCP），检测冲击碾压的作用深度；③ 冲击碾压过程中连续振动响应测试，反应碾压效果。每幅均设置4个密实度和DCP测试点，如图1所示。
图1 现场试验段概况
2 试验结果
2.1 压实度随碾压次数的变化
试验段各幅压实度以及4个测试点的平均压实度随冲击碾压遍数的变化关系如图2所示。松铺厚度d为80cm的试验区域内，土体压实度随冲击碾压速度提高而增加，冲碾过程中从0遍至4遍和8遍至14遍碾压的增强效果较4遍至8遍碾压的增强效果好，第20遍碾压时土体的压实度未见明显变化。此外，该区域的平均压实度随碾压速度的提高而增加，且在初始碾压时该改善效果更加明显。松铺厚度为60cm区域内的平均压实度较松铺厚度为80cm区域的平均压实度高，碾压效果较好，碾压过程中平均压实度随冲击碾压速度的提高而增加，然而在第8遍碾压过程中出现相悖的情况，主要是由于在冲击碾压速度为12km/h的区域内测点的压实度差别较大，通过其标准差比其他区域大可见。
图2 试验段各幅压实度随冲碾遍数的变化关系
2.3 冲击碾压的作用深度
冲击碾压的作用深度主要通过动力锥灌入测试每次敲击的灌入深度（DCPI）表征，DCPI越小表示土体强度越高。通过对各测点深度方向上整体DCPI数据分析后发现：松铺厚度为80cm的区域，深度方向上20~40cm范围内强度改善效果较明显；松铺厚度为60cm的区域，深度方向上40~60cm范围内强度改善较果较明显，其中典型测点的动力锥灌入测试结果如图3所示。通过对松铺厚度为80cm的区域截取深度范围为20~40cm和松铺厚度为60cm的区域截取深度范围为40~60cm的DCPI值，然后分别分析松铺厚度与冲击碾压的速度对碾压效果的影响，如图4所示。由图可知，各测试区域影响深度范围内松铺厚度为80cm的区域碾压前的强度较松铺厚度为60cm的区域低，因此20遍碾压后较初始碾压值改善效果明显。此外，冲击碾压20遍之后松铺厚度为60cm区域的强度比松铺厚度为80cm区域的强度高。因此，松铺厚度越薄冲击碾压的效果越好。
图3 试验段各区域冲击碾压前后动力锥灌入
图4各区域冲击碾压影响深度范围内前后动力锥灌入
2.4 冲击碾压过程中加速度变化
试验过程中通过加速度计的振幅与频率的变化反应碾压土体的压实情况。当碾压土体较为密实时，加速度计振幅较大；当碾压土体较为疏松时，加速度计振幅较小。图5为各碾压区域内加速度随冲碾遍数的变化关系。由图可知，松铺厚度为80cm的区域内，碾压15遍内加速度随碾压遍数逐渐增大，之后出现降低的趋势，说明冲击碾压15遍该土体可达到较好的碾压效果。然而，松铺厚度为60cm的碾压区域加速度一直随碾压遍数增加而增大，当碾压遍数超过15遍后加速度增加的速率明显降低，逐渐趋于平缓。
图5
试验段各区域连续振动响应结果
3 结语
(1)在无外部因素影响条件下，当冲击碾压速度从8km/h提高为12km/h时，土基的压实度能提高7%左右。
(2)松铺厚度为80cm的区域内深度为20cm~40cm的范围内冲击碾压的作用较明显，松铺厚度为60cm的区域内深度为40cm~60cm的范围冲击碾压的作用较明显。
(3)连续加速度计测试结果表明，随着碾压次数的增加，土体被逐渐压密，振动轮的加速度相应也逐渐增大。随碾压进行，碾压轮的加速度振幅呈上升趋势，该土体填料冲击碾压15遍具有较好的碾压效果。
参考文献
[1]朱振辉.探索冲击压路机的历史沿革[J].中国公路(建设市场专刊).2004,6(6):24-25.
[2]孙祖望.压实技术与压实机械的发展与展望[J].筑路机械与施工机械化.2004(05):4-7.
[3]CLIFFORD J M. The impact roller - problems solved[J].The Civil Engineer in South Africa. 1978, 20(12): 321-324.
[4]史保华,司剑峰,朱小力,杨晓娟.冲击压实技术在机场工程软基处理中的应用研究[J].中国公路学报.2001(03):36-41.
[5]陈涛,但汉成.高填方土石混填路堤冲击碾压试验研究[J].铁道科学与工程学报.2014(01):101-105.
[6]谭鹏,杨戈,吕奋,资西阳.冲击碾压处理滨海粉细砂地基试验研究[J].同济大学学报(自然科学版).2014(02):266-271.
论文作者:康海平1
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/26
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