共和至结古公路在进行多年冻土路基设计时，推荐在多年冻土区地表处理时不清除表土，地表处理后直接填筑的路基的处理方案。但是，如果不清除地表而直接填筑路基，天然地表的软弱层作为路基下重要的受力层，在路基恒载及动荷载的作用下，又会产生较为严重的变形。因此，只有加强地基的处理、增强地基的压实度，才能减少路基后期的沉陷变形，达到路基稳定而又不过多的干扰多年冻土的目的。

影响路基压实的主要因素有土的力学性质和压实功能、土的含水量、铺层厚度、土的级配以及底层的强度和压实度。路基碾压时，并不是这些因素独立起作用，而是这些因素共同起作用。土壤的性质不同，有效的压实机械也不同。正常情况下，碾压砂性土采用振动压路机效果最好，夯击式压路机次之，光轮压路机最差；碾压黏性土采用捣实式和夯击式最好，振动式稍差。

振动压实是在高频的振动作用下，较小的材料颗粒被填充到较大的材料颗粒中，材料的间隙处于最小状态，从而使密实度增加。同时，由于在重力的作用下，被压铺筑材料的内部摩擦力急剧减少，抗压阻力变小，可以达到更好的压实效果。振动压实特别适合压实黏性小的土、砂砾料、碎石混合料及各种结合料处治级配集料。

冲击压实是由牵引车牵引非圆形的冲击滚动轮滚动，多边形冲击轮在滚动时其大小半径能产生势能落差，向前翻滚时产生强大的冲击力，强烈的冲击波向地面深层传播，具有地震的传播特性。冲击压实技术尤其适用于深层土及岩石的填方和含水量比较高的黏性土的压实，与传统的压实技术相比，减少了由于更换原来土质较差的地基土带来的麻烦，能够直接对原土进行压实，其压实深度可达1 m以上。与传统压实法（要求填料的含水量必须在最佳的范围）相比，冲击压实法对填料的含水量要求较低，范围可以上下浮动3%～5%，在施工过程中基本上能保持填料的天然含水量，能够大大减少公路工程中的施工用水，节省了施工费用。

由于多年冻土地基处理的特殊性，一般情况下保留原地表草皮直接填筑路基，但是多年冻土区的天然地表一般为高原草甸或者水草地，该类土质腐殖层较厚，工程性质差，含水量高，多为黏性土。由于采用不清表的技术方案，填料松铺厚度必须大于50 cm，否则就容易翻浆、冒泥，严重路段可能会发生施工机械沉陷、无法施工的情况。对于此类地基土的压实，要求压实机械的压实深度较深，且能达到较大的压实度。在压实过程中，除了尽量使松铺填料达到最大的压实度外，还要通过对填料的压实，达到进一步的密实原天然地表的作用。

综上所述，多年冻土区路基压实可采用振动压实和冲击压实的方法，为了进一步分析振动压实和冲击碾压两种压实方案在多年冻土地基的压实效果，本项目依托共和至结古公路改扩建工程（共和至结古公路二期工程），对振动压实和冲击碾压两种多年冻土地基压实方法进行试验，研究不同的压实方法、压实遍数与压实度之间的关系，为多年冻土地基压实方案的科学性与合理性提供理论依据。

为了研究振动压实与冲击压实在多年冻土区地基处理时的适用性，根据共和至结古公路的施工进展情况，选取共和至结古公路二期工程进行现场试验，在现场试验过程中，主要针对振动压实与冲击压实两种不同的压实效果，以及压实遍数与压实度的关系进行了研究。

1）试验方案设计

现场选择共和至结古公路K562＋520—K562＋570、K562＋600—K562＋705两段相邻路段对以上两种压实方法进行试验，路基地表设计采用表层一次填筑50～60 cm的砂砾或石渣，压实处理后要求冲入地表30 cm。其中K562＋520—K562＋570段试验采用振动压实，K562＋600—K562＋705段试验采用冲击碾压。各段具体地质情况和冻土类型见表3—15，现场地表情况如图3—37所示。

表3—15　试验段基本情况表

由表3—15可知，试验段1长度为50 m，采用振动压实的方法进行基底处理，试验断面纵向每10 m设置一个观测断面，共6个观测断面，每个断面横向平均分布5个观测点，从玉树至共和方向位置分别为左路肩、左路中、路中、右路中、右路肩。试验段2长度为105 m，采用冲击碾压的方法进行基底处理，试验断面纵向每15 m设置一个观测断面，共8个观测断面，每个断面横向平均分布5个观测点，从玉树至共和方向位置分别为左路肩、左路中、路中、右路中、右路肩。

图3—37　试验段地表情况

具体试验方法为：在路基外侧设置一个基准观测点，根据试验设计的压实遍数要求，在每组压实完成后测量每个观测点与基准点的高差。最后根据高差的差异变化，分析不同压实方法在多年冻土区地基处理时的适用性。

地基处理方案为填筑50 cm砂砾后压实。具体为：试验段范围内一次填筑50 cm砂砾，静压一遍后进行高程测量，并以该次的测量值作为整个试验高程的初始值。

振动压实试验段在施工时，按设计要求不清除原地面，先填筑50 cm砂砾，总共压实10遍，分别记录初始值、第二遍、第六遍、第八遍及第十遍时的高程数据。现场施工情况如图3—38所示。

图3—38　振动压实现场施工情况

冲击压实试验段在施工时，按设计要求不清除原地面，先填筑50 cm砂砾，用推土机粗平，平地机精平后静压一遍。分别记录初始值、第三遍、第六遍、第十一遍、第十七遍、第二十五遍及第三十遍时的高程数据。现场施工情况如图3—39所示。

图3—39　冲击碾压现场施工情况

试验段1与试验段2路段相邻、所采用的特殊路基方案相同，地基处理方案均为填筑50 cm砂砾后压实。现场具体的实施方案为：试验段范围内一次填筑50 cm砂砾，用推土机粗平，平地机精平，静压一遍后进行高程测量，并以该次的测量值作为整个试验高程的初始值。然后对两试验段分别采用振动压实及冲击碾压的压实方法进行地基处理，试验段1采用26 t振动压路机进行振压，行驶速度控制在2～4 km/h，总共压实10遍，分别记录初始值、第二遍、第六遍、第八遍及第十遍时的高程数据，试验段2采用25 t冲击碾进行碾压，碾压速度控制在12 km/h，碾压遍数30遍分别记录初始值、第三遍、第六遍、第十一遍、第十七遍、第二十五遍及第三十遍时的高程数据。

2）试验结果分析

（1）振动压实碾压遍数与沉降关系分析

在冲击碾压试验路沉降观测中，为了保证数据的可靠性，每个观测断面选择固定测点，测点用钢钉钉入砂砾层，并系上红布条，以方便压实后寻找。

观测中选取试验路段坡脚外约5 m的一个牢固水泥混凝土桩作为水准点，并假设该点高程为0 cm，依此计算各个测点的相对高程，以此分析试验路段的沉降量。图3—40为现场测量情况。

图3—40　现场测量情况

图3—41为各观测断面左坡脚、左路中、路中、右路中、右坡脚在不同压实遍数下对应测点高程的算术平均值对应的曲线。

图3—41　振动压实试验路整体相对高程曲线(www.daowen.com)

由图3—41可知，多年冻土区未清表断面在振动压路机碾压下，各个断面的平均沉降前6遍增加较快，达20 mm左右，但在6～8遍时沉降增加较慢，而在8～10遍时基本没有沉降。分析原因，压路机的碾压遍数对被压材料的密实度是有很大影响的。用同一压路机对同一种材料进行振动碾压时，最初的若干遍碾压对提高被压材料的干密度影响很大；随着碾压遍数的增加，干密度的增长率就逐渐减小；当碾压遍数超过一定数值后，干密度就不再提高了。如果碾压遍数过多，由于压实土本身的特性、路基中含水量的损失，以及稳定土中各种成分之间化学反应等，会对压实效果产生影响。碾压到一定遍数时，增加碾压遍数不但不会增强压实效果，反而会因压实功能的增加把路基土已经形成的压实效果破坏并重新组合，导致压实度降低。这就要求在道路施工时应提前确定填土厚度和碾压遍数，以保证达到规定的压实度。

图3—42 为K562＋520、K562＋530、K562＋540、K562＋550、K562＋560、K562＋570六个观测断面左路中、路中、右路中在不同压实遍数下对应的沉降差曲线。

从各断面沉降差对应的不同压实遍数可以看出，在振动压路机碾压下，第二遍和第六遍时各个断面沉降差别巨大，有的断面出现压实沉降，有的断面则出现反弹，数据没有规律，其中K562＋520左路中在6遍压实后反弹达1.3 cm，而在8遍时各断面观测点在振动压路机压实下均出现沉降，在10遍时沉降差基本接近零。分析原因，由于多年冻土地基处理的特殊性，一般情况下保留原地表草皮直接填筑路基，试验段范围内一次填筑50 cm砂砾，静压一遍后进行高程测量作为初始值，但是多年冻土区的天然地表一般为高原草甸或者水草地，该类土质腐殖层较厚、工程性质差、含水量高，多为黏性土。由于含水量过大，在较高的冲击能力下，土体的孔隙水压力急剧上升，冲压点不仅不能发生足够的沉降，由于孔隙水压力下孔隙水向上方非饱和面运动，对土粒形成挤动和浮力等作用而导致冲压点周围的土体轻微隆起，从而导致了实测平均高程反而增高，沉降量为负值的现象。而在8遍以后，地表水分基本在振动压实作用下排出路基两侧，路基在振动压实功的作用下密度逐渐增大，在第十遍时达到最大值。

图3—42　振动压实不同压实遍数与沉降差关系曲线

（2）冲击碾压压实遍数对路基压实效果的影响

图3—43所示为试验段2不同断面在不同冲击碾压遍数时的沉降差值。图3—43a中试验段2左路肩在冲击碾压压实的过程中，0～6遍时四个观测点的路基沉降差均为负值；6～17遍时路基发生明显沉降，沉降差在20～36 mm；虽然17～25遍压实时沉降发生反弹，个别断面出现负值，但25～30遍压实时的沉降差与17～25遍的沉降差成反比，综合比较17～30遍时沉降差基本持平，对左路肩的总体沉降差贡献不大。图3—43b、c中路基沉降与压实遍数的关系与图3—43a中路基沉降与压实遍数的关系呈现出相似的规律，即0～6遍压实时沉降多为负值，6～17遍时路基沉降压实量最大，17～30遍时路基的沉降量基本不变，路中6～17遍时沉降量为23～56 mm，右路肩6～17遍时沉降量为19～32 mm。

图3—43　试验段2不同断面在不同冲击碾压遍数时的沉降差值

从图中可以明显看到，该试验段在冲击碾压作用下的主要沉降发生在6～17遍时，而在0～6遍的冲压过程中，地基的沉降多变现为负值。冲击碾压17～30遍路基沉降差不大，说明冲击碾压控制在25遍左右即可达到压实效果，过多的压实会产生地基的弹簧效应以及资源的浪费。

（3）不同压实方法与路基沉降量的关系

表3—16为试验段1（K562＋520—K562＋570）振动压实不同断面最终沉降量，表中分别列出了该试验段不同断面、不同位置在10遍振动压实完成后，该位置与基准点之间的沉降量、不同断面同一位置沉降量的平均值，以及同一断面不同位置沉降量的平均值。从表中可以看出，该试验段不同位置路基最终沉降量差异较大，沉降量最大值为31 mm，不同位置最终沉降的平均值为6～23 mm。

表3—16　试验段1 振动压实不同断面沉降量　（mm）

表3—17为试验段2（K562＋600—K562＋705）冲击碾压后不同断面的沉降量，表中分别列出了该试验段不同断面、不同位置在30遍冲击碾压完成后，该位置与基准点之间的沉降量、不同断面同一位置沉降量的平均值，以及同一断面不同位置沉降量的平均值。从表中可以看出，该试验段不同位置沉降量的平均值在28～45 mm，沉降量最大值为81 mm，最小值为8 mm。该试验段的整体沉降量大于试验段1的沉降量。

表3—17　试验段2 冲击碾压不同断面沉降量　（mm）

(续表)

图3—44　试验段1与试验段2不同位置平均沉降量对比

图3—44为试验段1与试验段2不同位置平均沉降量对比。从图中可以看出，试验段2的不同位置的最终沉降量最小值为左路肩的28 mm，最大值为右路中的45 mm；而试验段1不同位置的最终沉降量最小值为左路肩的6 mm，最大值为路中的23 mm。试验段2的不同位置的最终沉降量明显大于试验段1相应位置的沉降量，且差值较大，说明在多年冻土区采用冲击碾压（试验段2）的压实效果要远远强于振动压实（试验段1）的压实效果。

表3—18为K562＋560及K562＋705两个断面的填土高度。从表中可以看出，左路肩位于上坡位置，右路肩位于下坡位置，在最小填高50 cm的控制下，在地面线横坡的影响下，右路肩位置处的填土高度远远大于设计填土高度。

表3—18　K562＋560 及K562＋705 两个断面的填土高度　（mm）

图3—45为K562＋560及K562＋705两个断面最终压实厚度。图中K562＋560断面为振动压实，K562＋705断面为冲击压实，虽然两个断面的压实方式不同，且路基填高均为左低右高，但最终的压实效果为中间压实度高，两侧压实度较差，没有出现因为左侧填高低而压实高差大的结果。两断面呈现出相似的最终压实厚度规律，只是冲击压实整体上的压实厚度要大于振动压实，说明压实效果主要受到压实方法及压实工序的影响。

图3—45　K562＋560 及K562＋705 两个断面最终压实厚度

从图3—45可以看出，共和至结古公路在高山地形和夏季充足的降水下，形成了高山草甸发育、水草地发育以及地下水位较高的特殊地质条件及地表条件。多年冻土区特殊路基设计，因为多年冻土区要求宁填不挖的基本要求，在地基处理时要求不清除地表土，但共和至结古公路地表层具有水含量高、水草地发育、腐殖层厚等特点，地表层如果处理不好，对路基的后期沉降造成很大的影响。冲击碾压后的路基，最终沉降量基本上均超过了30 mm，最大值甚至达到了45 mm；而振动压实后的路基，最大沉降量只有23 mm，而且只有路中达到了该沉降量，其他位置的沉降量在15 mm以下，压实效果只能达到冲击碾压的一半。

在特殊路基设计时，要求表层一次填筑50～60 cm的砂砾，压实处理后要求冲入地表30 cm，以保证路基后期的稳定性。但施工时不仅受到了土层、含水量、土质等地表影响，而且也受地面纵、横坡的影响，会出现很大的不均匀性，在某些断面压实厚度可能会超过30 cm，某些断面压实厚度则不足10 cm。因此，现场应对设计的平均值分段进行计量。就压实机械选择而言，冲击压实整体上的压实厚度要大于振动压实；就压实效果来看，冲击碾压是更适合用于多年冻土区地基处理的施工方法。