浅谈松软土地基冲击碾压处理技术
赵剑
摘要：针对铁路软土地基施工中出现工后沉降的问题，结合京包铁路集宁至包头增建第二双线工程实际，介绍了冲击碾压施工工艺，探讨了冲击碾压处理松软土地基的有效性以及对路基施工质量的影响，处理中与压实度、沉降量、含水量等相关参数的关系。施工实践表明：冲击碾压工艺的施工具有效率高、过程便捷、受外界天气影响小的特点。可提高软土地基的路基压实度和整体的稳定性，减少路基工后沉降，缩短了路基施工工期，提高了路基工程质量，从而取得良好的经济和社会效益，确保铁路的使用性能要求。为今后铁路地基冲击碾压的方案选择积累了经验。
关键词：地基处理；松软；冲击碾压；弹簧土
0.引言
冲击碾压是地基处理的一项新施工工艺，已经较广泛地运用在高速公路的施工过程中，然而只是在近几年才逐渐在铁路施工建设过程中开始运用，与传统压实机械相比，其压实效率高、费用低，特别是在处理浅层软弱土地基时有明显优势。根据以往施工经验，笔者将以京包铁路集宁至包头增建第二双线工程为例，结合现场实践，探讨冲击碾压法处置松软土地基的有效性，并提出相应的施工工艺。京包铁路集包增建第二双线工程路基部分施工段落为松软土地基，浅层天然地基承载力不足120kPa，采取了冲击碾压法处理软土地基承载力低的问题。
1.工程简介
（1）工程概况
京包铁路集宁至包头增建第二双线工程松软土地基分布较为广泛，线路行进在大青山山前冲洪积倾斜平原，软土主要分布于大青山山前倾斜平原低洼区，里程范围DK677+300-DK769+300，该段地势较低，沿线分布的第四系浅层黏性土、粉土地层，承载力较低，沉降变形较大，浅层天然地基承载力不足120kPa，不同的地形地貌单元其分布的厚度变化较大，软土呈透镜体状分布，段落不长，一般埋深为0-5m，厚度1～3，5m，位于地下水位以上1-2m范围内。主要类型为承载力较低的淤泥质粉质黏土，其主要特点含有机质，天然含水量大于液限，压缩性高，在普通工程机械连续碾压下，会造成路面翻浆、变形，个别路段分布有小范围的弹簧土。结合地层和地下水的情况，根据地基承载力情况，采用冲击碾压对地基进行处理，个别小范围弹簧土地段采用换填结合冲碾处理。
（2）弹簧土现状
集宁至包头增建第二双线工程松软土地基分布较为广泛，DK674+500-DK769+300里程段内沿线不连续分布有小范围的弹簧土路段，地下水位较高，含水量大，且超过最佳含水量7%左右。通过实地勘测取样，弹簧土层的平均深度达到0.7m左右，为保证路基本体结构不出现病害，必须对该段落的的弹簧土进行开挖，填筑砂夹石处理。
（3）地基质量的要求
设计文件说明中是对原地面进行冲击碾压，冲击压实最后5遍的原地面沉降量不得大于1cm，压实面下1m深度范围内的土的压实度不低于90%，地基系数大于110MPa/m。工后沉降量执行《铁路路基设计规范》（TBl0001-2005），一般地段不大于20cm，年沉降速率小于5mm/年。
2.冲击碾压的原理及施工设备
（1）冲击碾压技术的原理
冲击碾压技术是通过冲击式压实机，压实轮在牵引机拖动行驶滚动中产生集中的冲击能，然后加以滚压、揉压的共同作用，土石颗粒相互之间位移、变形和剪切，随着冲击波的传播从而达到压实土体深层的目的，它是一项重大的技术性革新。其与振动压路机相比而言具备了多重优势，譬如冲击力极高（冲击力前者是轮自重的33倍，激振力后者为轮自重的2-3倍）、有效压实深度更深（前者深于1.5m，后者是0.4-0.7m）、速度行驶更快（前者是12-15km/h，后者是3-4km/h）、高效率、工程低造价、应用范围广等等。上述优点能够有效地提高地基强度、增强稳定性和均匀性、减少工后沉降、防止不均匀沉陷。
（2）冲击压路机的选择
结合相似工程的施工经验，三边形双轮冲击压路机有效影响深度大，超过1.5m，能量大，达到25kJ；五边形双轮冲击压路机其有效影响深度小，不足1.0m，能量小，仅15kJ；四边形单轮冲击压路机，主要用于破碎旧水泥混凝土路面，在我国数量不多。根据线路设计资料的显示，地基土体2.0m以内是粉质粘土，将清理约0.2m厚的表层土后，需要加固的土体厚度多数也在1.5m以内，因此只有采用图1所示的三角形双轮冲击式压路机在试验，如表1所示3YCT32型冲击压路机的基本尺寸，不必使用其它多边形冲击压路机。在施工之前，应先对冲击力进行检查，确保其外形尺寸和工作质量满足施工要求。
3.施工工艺流程
冲击碾压施工工序为：平整场地-测量-首次冲击碾压（5遍）-对高程进行检测-换填不合格土层-二次冲击碾压（至15遍后）-再对高程进行检测-换填不合格土层-再次冲击碾压（至30遍后）-最后检测高程-振动碾压机平整碾压-进行最终试验检测。
（1）准备工作
根据测量放样资料，在冲击碾压施工前对场地进行整平、静压、振压的处理，从而达到场地平整、密实的效果。采用推土机对施工现场土坎、沟槽等予以整平，使表面凹凸相差低于100mm，坡度小于4%，将较大石块等硬质突出物予以清除，并填平坑穴等，防止基底积水。
冲击碾压施工前，首先对原地面清表20cm，然后测量地面高程，进行碾压面以下1m处重型动力触探试验、地基系数K30及压实系数K的检测，完成后再进行冲击碾压施工。为了便于冲击碾压设备碾压行走，冲击碾压前应采用光轮压路机将施工区碾压密实。通过洒水的方式，对土壤的低含水量进行调整，从而达到最佳含水量±3%。
（2）冲击碾压施工工艺
冲击压路机采用来回错轮的方式进行冲击碾压，从经济角度考虑沿着固定的路线行驶最为合理。冲碾顺序应符合“先两边、后中间”的次序，每冲碾1遍，整个场地必须全部碾压一次。每遍第1圈出发时外轮外边与场地外边线紧贴通过，回来时内轮外边与场地中心线紧贴通过：第2圈走行时，外轮中心线沿着第1圈两轮内边距中央碾压，即理论冲碾双边间隙各0.13m；第3圈走行时，外轮外边沿着第2圈内轮的外边线通过，如此进行错位冲碾，直至第1遍完成。进行第2遍时，按照第1遍碾压的轨迹，滚轮向内移动0.2m，这样第1遍冲碾留下的轮迹空隙全部被覆盖。第3遍与第1遍的轮迹相同，按照以上工艺碾压直至完成最终遍数。机械行驶过程按顺时针与逆时针方向各5遍进行交换作业。
按以上步骤连续冲击碾压直至最后5遍，其沉降量不大于1cm时，对设计要求的项目进行检测。
（3）弹簧土地段处理
经过冲击压路机对试验区进行5遍冲击碾压后，若出现多处“弹簧土”现象，部分地段有淤泥挤出，用砂夹石将表层30-100 cm深“弹簧土”进行换填，继续冲击碾压至15遍后产生多处“弹簧土”现象，同样的方法进行处理，继续冲压至30遍，弹簧土分布区整体固实，不再发现“弹簧土”和淤泥挤出现象。
（4）施工注意事项
施工过程中，通过洒水的方式，对土壤的低含水量进行调整，从而达到最佳含水量±3%。若压实机的行进速度受到轮迹过深而影响，采用推土机平整后再继续冲碾。
在碾压施工中，所产生的冲击力较大，因此沿线的构造物和房屋等应满足水平安全距离的要求，如果条件受限无法满足距离要求时，应在施工路段内设置隔震沟，其宽度为0.5m，深度为1.5m。
压路机的操作机手应经过严格的培训之后方可上机操作。在施工过程中，应安排专人进行指挥，并详细的记录施工相关的数据。
4.施工过程质量控制
（一）进行试验检测
地基沉降变形会直接导致路基沉降变形，要想减少路基沉降必须做好地基处理，该施工区段通过试验检测地基压实度、沉降量以及地基承载力，来检验冲击碾压处置软土地基的效果。现在该施工区段取其中150m抽样检测路基基底施工质量，结果详见表2。
（二）总结
（1）土体的含水率
因地基表面一下50cm范围内的土体含水率对冲击碾压的效果具有较大影响。为保证施工质量及工作效率，根据现场试验结果冲碾施工前必须控制土体的含水率控制在4%左右。
（2）碾压的遍数
依据设计要求冲击碾压最后5遍的沉降量不得大于1cm及测量数据分析的结果，冲击碾压完成30遍后，表面1m以下深度范围内地基的压实系数及地基系数均满足基床以下路堤填料的压实标准，所以此种软土地基最佳碾压遍数为30遍。
（3）碾压的方式
施工本着先两边、后中间的顺序，从路基的一侧向另一侧顺时针走行，每走行一遍轮迹搭接但不重叠整个路基表面，依此循环作业。
（4）碾压的速度
施工过程中想要达到达到最佳的工作效率，根据现场试验结果分析，碾压速度控制在12km/h左右时冲击碾压效果最好。
5.结语
根据京包铁路集包第二双线工程路基冲击碾压的施工实践及浅层松软土地基的特殊性，冲击碾压30遍后，地基能够满足施工压实度要求，地基的最后碾压成形沉降量较小，局部换填结合冲击碾压加固深度30-100 cm深范围内粉质粘土及弹簧土地基承载力满足设计要求，保证了地基的稳定性。冲击碾压地基处理技术能够有效的提高地基的整体强度及承载力，有利于降低工后沉降。
冲击碾压是一种有效的不均匀软弱地基处理方法，也具有效率高、过程便捷、受外界天气影响小、成本经济等优点。在集包增建第二双线工程浅层黏性土、粉土地层松软土地基处理的应用及总结的相关经验，对类似松软地基处理过程，具有一定的指导意义。
