浅谈公路路基施工冲击碾压技术的应用(武尚奇) 9页

浅谈公路路基施工冲击碾压技术的应用德昌高速公路A5合同段武尚奇摘要：冲击碾压技术能提高路基的承载力，有效减少了路基沉降。结合德昌高速A5标段公路路基的施工实例，介绍其施工工艺及施工注意事项。关键词：公路路基冲击压路机冲击碾压1冲击式压路机工作原理1.1冲击式压路机简介冲击压路机是1995年在香港赤腊角新机场的场道建设中自南非引入我国，先后在河北、黑龙江、云南、陕西等地应用试验。1996年我国开始研制生产，英屮以三边形居多。主要应用领域有：①地基碾压；②路基增强补压；③路基分层碾压;④路基检测压实；⑤IU路改造扩建；⑥水利人坝填筑。冲击压路机的开发应用，加速了岩土工程压实技术的发展，为解决路基质量隐n患提供了一项新技术，有效地保证路堤的整体稳定性;对碾压成型路基的路床、路堤实施检验性追加冲击遍数，提高路基的整体强度与均匀性;对湿陷性黃土地基或软弱地基进行冲击碾压的填前处理，使地基满足承载力与稳定的耍求;对砂石路面、水泥混凝土路面等旧路应用冲击碾压技术改建，可加快施工进度，基本满足工程质量耍求等等。H前国内地基压实和填筑工程L1普遍应用冲击碾压技术。1.2冲击碾压施工原理冲击碾压是一种具有新型压实机理的压实方法，在非圆形压实轮沿地面压实作业时，压实轮质心上下交替变化，利用势能和动能的联合作用，对土石材料静压、搓揉、周期性连续冲击，产生强大的夯实冲击波，因而具有向下的地震波传播特性，冲击力向土体深层扩散分布。产生的冲击功兼具压实和部分重夯的特点，可使地下深层土体的密实度得到改善。随着工程施工中新工艺新技术的发展，冲击碾压施工技术因其本身的特点被越来越多的运用到工程建设施工当中。冲击碾压施工就是采用冲击式压实机（一种高振幅低频率的新型压实设备），配备压实轮，压实轮在牵引机械拖动行驶滚动中将高位势能传化为动能对地面进行冲击，从而对土体的深层产牛较强的冲击能量，同时辅以滚压、揉压的综合作用，使土石颗粒之间发生位移、变形和剪切，随着土石密实度增加，其影响深度也逐渐增加，从而使土体深层随着冲击波的传播得到压实。压实轮在牵引机的拖动下连续作用于地面，使大血积地基得以压实。冲击碾压技术的突出特点是影响深，一般在3m左右，速度快，一般为12^15km/h,,这个速度一般认为是最适宜的速度，过快的行驶速度会使冲击轮蹦离地面，与地面的接触时间短，不利于冲击力的传播与土体压实，速度过慢，则冲击能量太小，圧实效果不好。履带式牵引车转弯半径比口行式和胶轮式要大，由于英口重较大，行驶过程中平稳性较好通过冲击式压实机的冲击碾压，能有效减少公路路基的工后沉降量，大大改善因不均匀沉降而形成的道路病害，提高路基整体强度和均匀性，对于暴潺地激活路基的内部缺陷、避免隐患、提高施工质量等具有显箸的效果。对于保证道路的使用质量具有重要作用。当牵引车拖动冲击压路机工作时，多边非圆滚轮沿弧形轮廓曲线向前滚动，重n心离地面的高度上下交替变化，产生的势能和动能集小向前、向下碾压，形成巨大的低频人振幅冲击力，通过多边弧形轮连续均匀的冲击传向地面，使土体均匀致密，达到压实基础的目的，从而提高路基的密实度和强度均匀性。冲击轮每冲击1次，其质心上下摆动，完成蓄能、释放、冲击3个过程，以产生的势能和动能联合作用于地面。具体冲击作用过程可分为两个阶段：1.2.1第一阶段在牵引的作用下，压实轮依靠与地面的摩擦力沿外廓曲线向前滚动，重心处于曲线最低点时，再向前滚动，重心开始上移，牵引力带来的动能转化成压实轮的势能和动能，并且缓冲机构开始作用，使蓄能器的缓冲液压缸收缩，蒂能器蒂能，具体表现为压实轮的运动滞于机身运动。1.2.2第二阶段当压实轮重心处于曲线最高点向前滚动时，压实轮的势能开始转化为动能，蓄能器缓冲液压缸伸张，蓄能器中的压力能释放，转化为压实轮的动能。具体表现为压实轮的运动快于机身运动，补偿前一阶段滞后的位移，而且由于压实轮的特殊结构，其重心除了具有向前的线速度外，还有一个向下的线速度，直至压实轮另一条曲线的最低点接触地面，向下的线速度达到最大，动能达到最大。当压实轮的另一条曲线与地面接触时，开始对地面产生冲击夯实作用。牵引车的工作速度越大，使在第一阶段屮蓄能器的缓冲液压缸收缩越大，蓄能越多。在第二阶段屮释放的能量转化为压实轮的动能越大，对地面产生冲击夯实的动能也越多，激振的效果也越好。2冲击碾压技术应用实例2.1施工实例简介n以徳昌高速A5标段K25+140〜K25+200段路基为例，使用型号为YCT25,冲击势能为25KJ的三边形双轮冲击压路机，其双轮静重16t,行驶最佳速度为12km/h,对地面产生集中冲击力3200〜5000KN,蓄能器工作能力为4.5〜5Mpa。以这种高能量冲击力周期性连续冲击地面，产生强烈的冲击波，向下具有地震波的传播特性，产牛的冲击碾压功能达到超重型击实功，可使地下深层的密实度不断累积增加，比现有振动压实机械有更好的压实功效，使被冲压的填料更接近于弹件状态.冲击压路机双轮各宽0.9m,两轮内边距1.17m,行驶2次为1遍，其冲碾宽度4mo每遍第2次的单轮由第1次两轮内边距屮央通过，形成的理论冲碾间隙双边各0.13m,当第2遍的第1次向内移动0.2m冲碾后，即将第1遍的间隙全部碾压。第3遍再回复到第1遍的位置冲碾，依次进行至最终遍数。冲击压路机向前行驶在纵向冲碾地面所形成的峰谷状态，应以单双两遍为一冲压单元，当双数遍冲压时，调整转弯半径，达到对形成的波峰M波谷进行交替冲碾，使地面峰谷减小，表面接近平整。冲击压路机行驶按顺时针与逆时针方向每5遍进行交换作业。德昌高速公路A5标段路线全长4km,设计路基面宽度26m,路基土方填筑量64.3立方米，路基压实度标准：下路堤93%；上路堤94%；路床96%；路基填料最小强度（CBR）标准，下路堤3%,上路堤4%,下路床5%,上路床8%。根据设计图纸要求对路基填方路段进行冲击碾压技术处理。于2010年3月28日对K25+140〜K25+200段路基进行了冲击碾压。K25+140〜K25+200段主线路基共60m长，路基平均填高9・5ni左右，冲击碾压时本段路基己达93区顶部。2.2施工工艺2.2.1在K25+140、K25+160、K25+180、K25+200四个断面分别在左、中、右3个位置打入水平桩（共12个水平桩），中桩基本在中线位置；边桩在离路基边缘3iii左右；将钢筋桩埋入路基预定深度。水平桩顶部高程位于冲击碾压高程下部0.5mon2.2.2水平桩理入预定深度后进行抄平及压实度检测，得出水平桩未冲击碾压前高程和压实度。冲击碾压20遍后分别检测出同一地方高程及压实度，并与冲击碾压前作比较，得出路基在冲击碾压下冇沉降效果及压实效果。2.2.3冲击压路机速度控制在12km/h左右，冲击碾压时准备平地机1台，如表面出现较大起伏，则用平地机整平后冉进行冲击碾压，以免高低起伏影响冲击碾压速度及压实效果。2.2.4路基冲击碾压有专人值班，认真记录遍数，观察路基变化情况。2.2.5在冲击压实后，先用平地机刮平，然后用光轮压路机碾压成型。2.3冲击碾压结果根据现场记录结果（如下表所示）:表1-1冲击碾压沉降监测记录表冲碾路段桩号K25+140-K25+200冲碾遍数20测点位置（冲碾前）BM点高程:131.631（冲碾后）BM点高程：131.631沉降量（mm）前视后视高程前视后视高程BM0.618131.6310.622131.631K25+140左0.715131.5640.977131.27629中1.434130.8451.699130.55429右1.523130.7561.817130.43632K25+160左0.76131.5190.978131.27524中1.395130.8841.645130.60828右2.711129.5682.977129.27629K25+180左1.433130.8461.709130.54430中1.068131.2111.352130.90131右1.373130.9061.596130.65725K25+200左1.59130.6891.828130.42526中0.967131.3121.232131.02129右1.776130.5032.021130.23227碾压20遍后检测路基全部12个水平桩的沉降量，其沉降量最大为32mm,最小为24mm,平均28mmon2.3技术效果2.3.1使用冲击压路机分层冲击碾压高路堤与补压振碾达标路床工程，能较好地提高路基的整体强度与均匀性，有利于避免路面的早期损坏，延长路面的良好服务水平。2.3.2通过冲击压实的施工可以加速路基的下沉，减少路基的工后沉降。通过上述路基段，原路基填筑采用LS220型振动压路机分层碾压。要求达到压实度93%的压实标准，补压冲击碾压20遍，平均下沉量S=2.8cm,计算有效压实深度1.5m,路基高度9.5m,则冲击碾压完成沉降率为0.3%。效果显著。3使用冲击碾压技术的注意事项3.1合理选用机型口前国内生产的冲击压路机就有二十多个型号，类别繁多，如果使用不当将很难达到预期的目的。对于路堤、路床的检验性补压与填石、土石混填路堤的分层压实，经全国现有的工程实践证明，宜采用使用25KJ三边形双轮冲击压路机。对水泥路面改建与土质路堤分层压实，则宜采用使用25KJ五边形双轮冲击压路机。3.2正确使用冲击碾压施工工艺对于双轮冲击压路机应按通过两次为一遍，压实宽度4m为计算单元，并按前述的施工工艺作业。单轮冲击压路机以通过一次的轮宽为压实计算单位。3.3正确理解冲击碾压有较宽的含水量范围由于冲击压路机具有高能量的压实功能，相当于超重型击实标准的击实功，达到重型压实度的含水量仅在小于最佳含水量范围内扩大，其大于最佳含水量的范围不会扩大。因此，含水量视土的塑性指数大小，宜控制稠度不小于1•广1.2。否则土层冲压会形成弹簧土，无法压实。n3.4控制构造物的安全距离为了避免结构物遭到损坏，必须制定相应的措施，严格控制冲击碾压的范围。冲击压路机的轮边与构造物应有至少Im的安全距离，桥涵构造物上填土厚度不得少于2.5m,明涵构造物上则不允许进行冲压。4冲击碾压的质量检验4.1外观鉴定，冲压后表面平整、密实，对于局部过大的沉降应专门记录。且要求路表横向轮迹必须清晰有序。纵向波峰和波谷间距和等；4.2冲击压实完成7d一14d,应由承包人、监理工程师按规定频率对压实度、压陷深度（新建路段每断面部署不小于5点）进行检测.并认真填写各种原始记录及和关图表，经监理工程师检测合格后.由承包人按要求进行整平。监理工程师对高程、平整度检测合格后。方可进入下一-道工序；4.3冲击碾压前在已处理到大致平整的地表处，按土质分段作标准重型击实、土的液塑限、颗粒分析、天然含水量试验，并按频率作压实度、CBR检测、标高测定；4.4冲击碾压后要求原地面压实度不小于93%.野外CBR零填段不小于10%.其他段落满足规范要求，通过标高测定，一般压陷深度为50cm+10cm或符合设计要求。5冲击碾压在工程施工中的应用5.1减小路堤的工后沉降率通过室内模型试验与现场路堤沉降量试验观测路基在达到规范要求的压实度时其工后沉降率为0.4%左右高填方路堤采用冲击碾压技术施工可使工后沉降率接近n0.l%0.15%能较好地避免差异变形所引发的裂缝这是解决土石高填方路堤变形病害的有效技术措施。5.2提高路基整体强度与均匀性使用冲击压路机分层冲击碾压高路堤与补压振碾达标路床工程能较好地捉高路基的整体强度与均匀性有利于避免路面的早期损坏延长路面的良好服务水平。5.3特殊土地基加固处理在软基上填筑路堤采用冲击压路机分层碾压工艺可在施工过程屮加快软基的固结速度有利于软基的沉降I古I结。5.4加快旧路改造施工当公路升级需要改建IU路时必须提高路基质量，满足新路等级的压实标准，通常采取开挖路面与路床、路堤，重新回填分层压实，达到规定的压实度。对沥青或水泥路面需要破碎、翻挖与清除，釆用冲击碾压技术则不必开挖路面与路基，可以直接在原路面使路上用冲击压路机进行冲碾施工，使路基达到质量要求，旧路面能得到利用。应用这种新工艺能节约筑路材料，有利于环境保护，保证工程质量，加快改建公路进度。6结论与建议6.1冲击碾压是采用强大的冲击力对土体施加冲击压实功能，土体屮原有的水分和空气被挤出，土颗粒在强大的冲挤力下重排列，较少的颗粒被挤到大颗粒的缝隙中，形成二次沉降，从而使土体形成密度很高的板块，提高了路基强度和承载能力，有效地减少路基工后的沉降变形。经冲碾的路段沉降量在0〜4cm,密实度提高0〜3个百分点。暴雨过后，冲碾路段与未冲碾路段比较，经冲碾的路段表面坚实，雨水难以渗入，行车不易打滑和湿陷。通过半年多來对己完成的填方路基沉降观测，证明该施工工艺能够大大减少填方路基的工后沉降，有效保证了填方路基的填筑质量。6.2科学应用冲击碾压技术。n用于基底吋，应根据基底土质性质和天然含水量论证是否进行冲击碾压，对非软弱土地基进行冲击碾压前要做试验段，根据实验结果确定碾压遍数和沉降量，保证基底压实度不小于90%。同时避免出现软弹和震动液化现彖；用于路基土方填筑吋，黏性土、砂砾石和土石混合填料宜采用冲击碾压，冲击碾压前要做试验段，根据实验结果确定碾压遍数和沉降量，砂性土质段不能采用冲击碾压，对掺石灰或水泥改良的路基土方，改良后不应再进行冲击碾压。参考文献：[1]侯全岐，吕文江,赵进；冲击式压路机对路基进行补充碾压的效果分析卩|；公路;2002年08期屮国重耍会议论文全文数据库⑵杨世基；冲击压实技术在路基工程屮的应用山;公路;1999年07期[3]王春江，张锋，张付雄，刘刚;冲击式压实机冲击碾压施工工艺[J];河南交通科技;2000年04期[4]王国忠；冲击压实技术在路基工程中的应用研讨[J];内蒙古工业人学学报（白然科学版）;2000年04期[5]林宗元.试论岩土工程[A].工程地质及岩土工程新技术新方法论文集[C].北京：中国地质大学出版社，2004.[6]杨世基，郝小海,吴立坚，工业军;公路填石路堤的压实山;公路交通科技;1999年04期