前言
冲击碾压法是采用冲击压路机对地基土进行冲击碾压，以提高地基土的压实度及强度的地基处理方法。为提高高速公路高填路基土石混合体的压实度，利用冲击碾压试验来研究高填方土石混填路堤。试验结果表明:利用冲击式压路机冲击碾压法进行路基的补强加固效果显著，即压实度都得到了明显的提高，提高量超过6.5%，最高可达10%。根据冲击碾压后的压实效果(冲击碾压后路基平均下沉量，冲击碾压补强加固有效影响深度，冲击碾压补强加固前后填料密度及孔隙率的变化)确定冲击碾压补强加固的碾压遍数以及配套机械及冲击碾压施工工艺，为全路段填方路基提供切实可靠的冲击碾压补强加固的施工参数。
1试验内容
1.1试验内容和试验时间
试验段位于河南省焦桐高速公路登封至汝州段一分部，公路沿途的地形地貌为山岭重丘区。该路跨越山区，地形起伏大，山岭陡峻，沟谷幽深。路基的形式主要为高填方路基，半填半挖路基和切方路基。路基回填的高度一般在4～20m之间。本试验段的路基填方高度为18m，路基填土主要为红砂岩、石灰岩以及呈现软到可塑再到硬塑的亚黏土等。测试内容为冲击碾压前路基顶面高程;冲击碾压后路基下沉量;路基不同深度处随碾压遍数变化的沉降量;冲击碾压前路基密度和冲击碾压后路基密度测试;碾压后和碾压前压实度的提高百分率测试。试验时间为路堤分层填筑并经过光面轮压路机按规范压实之后，使填土厚度达到试验要求后再进行冲击碾压来对路基进行补强加固试验。
1.2试验过程
1.2.1试验器具
本次冲击碾压试验采用的冲击式压路机型号为YCT－25，冲击式压路机拖头采用QCY360冲击压路机专用牵引机，冲击式压路机工作速度保持12kN/h和25kN•m冲击势能能量。
1.2.2测点布置
在路基分层填筑的过程中，每填筑完一层填料后其路基填料的初始压实度要满足规范要求。在试验段有代表性断面的路基横向按一定间距布设2点，纵向按一定间距布设3点，即3行2列共6个沉降板观测点。使填料厚度达到冲击碾压厚度(约2.0m)，这样每个观测点竖向沉降钢板按0.5m间距设4层，每块沉降钢板距顶面距离分别约为1.5，1.0，0.5和0.15m(最上一层沉降钢板距顶面为0.15m是为保证在进行初压和冲击碾压时表层一定深度土体的过大变形不使钢板水平向移位)。钢板埋设后，在上述6个测点的附近打设6根沉降测量钢筋做对比分析。另外选取代表性断面定点打设6根钢筋做沉降观测用。一共设置12个沉降观测点。在进行填筑光面轮初压后冲击碾压前，冲击碾压5遍并平整光面轮压实后，冲击碾压10遍并进行平整光面轮压实后，冲击碾压20遍并进行平整光面轮压实后，在整个试验路段上选择不同施工段的4个横断面，每个断面的路基中线，两侧选点做密度试验。共设置12个密度试验点。
1.2.3测量方法及测量
当填料在初压完毕后，在试验段一个横断面选取3个代表点(路基中线和两侧)做密度试验(用灌水法)。水准仪测量出打入钢筋的初始标高。在冲击式压路机冲击碾压5遍、10遍和20遍后分别测量出打入钢筋的相应标高值(水准仪测量)及填料密度和孔隙率(灌水法及烘干法测量，测量方法如前叙)在各种碾压遍数下的值，以便和初始值进行对比。测量数据中沉降数据有84个，密度及孔隙率数据共48个。碾压后和碾压前压实度变化根据灌砂法测得。完成碾压后，采用直径为15mm灌砂仪，测试碾压面以下15cm处的压实度，试验点共6个。
2试验结果
2.1碾压前后压实度的变化
在碾压面以下15cm处作了6个点的压实度试验，得到碾压前后压实度检测结果，如表1所示。
从碾压前后的压实度检测结果可以看出，其压实度都得到了明显的提高，提高量超过6.5%，最高可达10%。但是，影响深度不能从这次试验中得知。
2.2冲击碾压对高填路基沉降量影响
根据打入钢筋在不同冲击碾压遍数下的标高测量结果，绘制冲击压实遍数与路基平均沉降量的关系图，如图1所示。
由图1可以看出:经过冲击碾压5遍、10遍和20遍之后，路基的填料顶面测点的沉降是非常明显的，当冲压遍数为5遍、10遍和20遍时，路基填筑冲击碾压表面平均沉降量分别为5.7，7.4和9.0cm;同时还可以看出:随着冲击遍数的增加，同样冲压遍数下的沉降量变化趋势是逐渐减缓的，见图1所示。0～5遍冲压间路基填筑冲击碾压表面平均沉降为5.7cm;5～10遍间路基填筑冲击碾压表面平均沉降为1.7cm;10～20遍间路基填筑冲击碾压表面平均沉降为1.8cm。沉降量的变化规律符合填筑路堤在重型施工机械下填料的压实程度提高的趋势。
2.3高填路基冲击碾压的影响深度
根据埋设在各层中的沉降钢板的标高测量结果，可以计算出各分层填土在不同冲击碾压遍数的沉降量。并依据测量结果，绘制冲击碾压遍数与各分层填筑层上沉降测量板的沉降关系，如图2所示。根据数据分别绘制出测量点下各单层填料在不同冲击碾压遍数下的分层压实量，如图3所示。由图3可以看出:在一定冲击碾压遍数下各测点不同填料深度点的沉降量是不同的，随着深度的增加，不同填料深度点沉降的大小是减小的，如冲压5遍后，填料顶面的平均沉降为4.35cm(埋设沉降板测量点上测量得)，而填料顶面以下约50cm处测点的沉降量为2.65cm，以下约100cm处为1.25cm，以下约150cm处为0.5cm。
不同冲压遍数下，同样填料深度点的沉降量随冲压遍数的增加而增加，但是随着冲击遍数的增加，沉降量并不是同比例增加，而是趋势有所减缓，如填料顶面以下约50cm处点的沉降量在冲击0～5遍后的相对沉降变化为2.65cm，在冲击5～10遍后的相对沉降变化为1.9cm，而在冲击10～20遍后的相对沉降变化为1.65cm。
在不同冲压遍数条件下填方路堤分层填料的压实量的变化规律，总体而言，随着冲压遍数的增加，各分层填料内的压实量是增加的，如冲压遍数从5遍变化到10遍时，依次从顶面算起的第2层调料的压实量从1.40cm变化到2.45cm;还可以看出:随着冲压遍数的增加，分层填料的压实量的相对变化量并不是同比例增加。
2.4冲击碾压对高填路基填料密度影响
当填料在初压完毕后，在试验段中选取3个代表点做密度试验(用灌水法)。在冲击碾压5遍，10遍和20遍后再在试验段分别选取3个代表点做密度试验(用灌水法)。同时通过室内试验(烘干法)测量填料的含水量。通过换算就可以推断出填料在初压，冲击5遍，冲压10遍和冲压20遍之后其干密度和孔隙率的变化。根据试验结果可以绘制填料的平均干密度和其平均孔隙率与冲压遍数的关系图，如下图4和图5所示。
由图4和图5可以看出:随着冲击遍数的增加填料的干密度增加了，而填料的孔隙率却减小了，变化规律比前10遍冲压相对变化量大，后10遍冲压相对变化量减小。
从试验数据处理结果和分析可以看出:由土石混合并且石料含量很高的填料作为高填方路堤的填料，在经过初压和冲击碾压补强加固后的压实效果比较理想，把压实沉降差或填筑孔隙率的变化作为土石混合填筑路堤的质量控制是可行的。研究结果表明:冲击式压路机冲击碾压遍数达到20遍时，在分层填筑并根据规范初步平整压实后的碾压路段扣除因冲击碾压松动层的影响平均产生了7cm的沉降量，较大的减少了工后沉降;其影响深度能够达到2.0m，有效影响深度为1.5m;在有效影响深度内，当冲击遍数为20遍时，填筑填料的干密度平均提高11.2%，提高了土石混合填料的压实度;在有效影响深度内，当冲击遍数为20遍时，填筑填料的孔隙率平均小于24%，达到规范要求。
3结论与施工建议
(1)利用冲击式压路机冲击碾压法进行路基的补强加固是有效的，且效果显著，即压实度都得到了明显的提高，提高量超过6.5%，最高可达10%。
(2)在冲击式压路机工作速度保持12kN/h、25kN•m冲击势能能量的冲击下，试验测量的影响深度约2.5m，有效影响深度为1.5m。
(3)在有效深度范围内，当平均冲击碾压沉降量为5.7cm时，其填筑填料的干密度可以提高4.1%;当平均冲击碾压沉降量为7.4cm时，其填筑填料的干密度可以提高7.6%;当平均冲击碾压沉降量达到9.0cm时，其平填筑填料的干密度可以提高11.2%。
(4)在有效深度范围内，当冲击遍数为20遍时，填筑填料的孔隙率平均小于24%，达到规范要求。通过试验分析并根据本工程的具体特点及工程地质条件，提出以下建议:
新高填方路基路床位于比较松散或者存在较软地层处，承载力过小或不均匀，建议对覆盖种植土和埋深较小软土地段对种植土和软土予以清除，对承载力不够如碎石质土可予以清除，并在整平初压达到规范要求后利用冲击碾压法进行补强加固。对于山区公路施工，受地形及地质条件制约，有不少半填半挖地段，对于这种地段，建议对所有的填方路基进行冲击碾压法补强加固。建议冲击碾压20遍、有效加固深度取为1.5m，填料及分层填筑高度按规范要求，填筑按分层填筑并整平初压实达到规范要求约1.5m后进行冲击碾压法补强加固。
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