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沖擊碾壓技術的應用特性
文章來源:本站收集  上傳時間:2018-4-2  瀏覽量:2019
  沖擊壓路機的開發應用,加速了巖土工程壓實技術的發展,為解決路基質量隱患問題提供了一種新思路:如有效地減少路基的工后沉降,保證路堤的整體穩定性;對碾壓成型路基的路床、路堤進行檢驗性追加沖碾遍數,提高了路基的整體強度與均勻性;對濕陷性黃土地基或軟弱地基進行沖擊碾壓的填前處理,使地基滿足承載力與穩定的要求;對砂石路面、水泥混凝土路面等舊路應用沖擊碾壓技術進行改建,可加快施工進度,達到工程質量要求等等。目前國內除極少省、市、自治區外,絕大部分外都已應用沖擊碾壓技術。

  沖擊碾壓技術特點

  沖擊壓路機以非圓形輪沿地面對土石材料進行靜壓、搓揉、周期性沖擊的連續作業,產生強烈的沖擊波,向下具有地震波傳播特性。以25kJ三邊形雙輪沖擊壓路機在宕渣、砂礫路基上沖擊壓實為例,壓路機按12km/h速度沖碾30遍后,實測深度0.8m處的平均垂直動土壓力為1366kPa,相當于對地面產生沖擊力200t~250t,產生的沖擊功能達到超重型擊實功,可使地下深層土體的密實度不斷累積增加,達到重型標準90%以上壓實度。有些土石材料性狀有效壓實厚度達1.5m,比現有振動壓實機械有更好的壓實功效,使被沖壓的土石填料更接近于彈性狀態。

  沖擊壓路機較常規壓路機有不同的壓實工藝,基本上不采用現有壓路機壓半輪或部分重疊碾壓的施工方法,而是按沖擊力向土體深層擴散分布的性狀,提出新的沖擊碾壓方法與施工工藝。沖擊壓路機雙輪各寬0.9m,兩輪內邊距1.17m,行駛兩次為一遍,其沖碾寬度4m。每次沖擊力按沖碾輪觸地面積邊緣與地表以(45°—Φ/2)夾角向土體內分布壓力。每遍第二次的單輪由第一次兩輪內邊距中央通過,形成的理論沖碾間隙雙邊各0.13m。當第二遍的第一次向內移動0.2m沖碾后,即將第一遍的間隙全部碾壓。第三遍再恢復到第一遍的位置沖碾,依次進行至最終遍數。各種土石路基沖碾20~40遍可以使路基形成厚1.0m~1.5m的均勻加固層。

  1.減小路堤的工后沉降率

  通過室內模型試驗與現場路堤沉降量試驗觀測,路基在達到規范要求的壓實度時,其工后沉降率為0.4%左右。高填方路堤采用沖擊碾壓技術施工可使工后沉降率接近0.1%~0.15%,能較好地避免差異變形所引發的裂縫,這是解決土石高填方路堤變形病害的有效技術措施。

  某高速公路34m高填方路基填料為風化花崗石形成的含塊石細粒土砂礫,沖擊碾壓每層壓實厚度1m,平均壓實度為重型標準95%,路基寬10.5m,兩個斷面設左、中、右沉降觀測點。完工一年后沉降量為:K10+260斷面32mm、37mm、32mm,路基中心填方高度26.4m,沉降率0.14%;K10+300斷面41mm、41mm、44mm,路基中心填方高度33.12m,沉降率0.12%;差異沉降量梯度均小于0.1%,這表明路堤沖碾密實,均勻性好,工后沉降完全滿足質量要求。廣西六水線36m、34m石灰巖填石路堤的振碾與沖壓做過對比觀測,施工期沉降量振碾為76cm,沖壓為22cm,表明沖擊碾壓的良好壓實效果。

  國內有些高速公路路基在振碾達到壓實要求后,用沖擊壓路機對路床鋪進行檢驗性補壓20遍后測得的平均沉降量為5.0cm~7.0cm。如沉降量在5.0cm以下,則表明原路基壓實不足,其壓實度未達到要求,或在90區沖擊補壓時,沉降量也大于7.0cm。許多5m以下路堤經沖擊補壓后,測得其沉降量已超過正常路基可能發生的工后沉降量。因此,應用沖擊壓實技術可充分地保證路基的穩定性,特別是斜坡地形的路基技術效果更明顯。

  2.提高路基整體強度與均勻性

  使用沖擊壓路機分層沖擊碾壓主路堤與補壓振碾達標路床工程,能較好地提高路基的整體強度與均勻性,有利于避免路面的早期損壞,延長路面的良好服務水平。

  某花崗巖風化含塊石細粒土砂礫路基的路床,經過20遍沖碾后,在地表下1.5m內用落錘式彎沉儀(FWD)檢測,平均彈性模一值由沖碾前180MPa提高到228MPa。

  某工地對路基沖擊碾壓20遍后,用黃河標準車測彎沉值,補壓前平均L。=220(0.01mm),補壓后平均L。=183(0.01mm),即沖擊碾壓前E。=55.7MPa,補壓后E。=63.4MPa。

  某沖擊碾壓試驗段,用解放車測定沖碾20遍前后的彎沉值分別為141(0.01mm(0.01mm),即平均E。由沖碾前55.9MPa提高到95.1MPa。

  某高速公路全線路床經25kJ三邊形沖擊壓路機補壓,全線建成通車前夕用自動彎沉儀檢測,測試里程4個車道總長596公里,74500個數據。K0+000~K66+987代表彎沉平均值5.80(0.01mm),K66+987~K113+028代表彎沉平均值6.66(0.01mm),K113+028~K154+419代表彎沉值8.53(0.01mm)。用整車式平整度測試車檢測,測試里程4個車道總長600公里,6000個數據,IRI總平均值為1.21(σ=0.73)。以下同設備檢測路面結構與施工條件相同的某連接線10公里,路床未進行沖擊補壓。檢測結果:代表彎沉平均值16.27(0.01mm);平整度指標IRI平均值1.55(σ=0.93)。對比表明振碾路床經沖擊碾壓的技術效果明顯,提高了呼基的整體強度與均勻性,以及路面的服務水平與使用年限。

  正常情況下,路基沖碾20遍后,1.5m層厚范圍內壓實度均增加3~5個百分點。由于沖擊壓路機是在路床頂面上全面積地均勻沖碾壓實,達到了全路基的直接檢驗與補充追加壓實,在路床頂面以下形成1.0m~1.5m連續、均勻、密實的加固層,從而使路基路面的綜合強度與穩定性得全面提高。

  沖擊碾壓的工程應用

  1.特殊土地基加固處理

  濕陷性黃土地基較多采取強夯法處理沖擊壓路機進行施工。河北某高速公路路基底層濕陷性黃土地基采用25kJ三邊形沖擊壓路機在地表面沖碾40遍后,地表下110mm內土基平均壓實度達到KH=91%,即原來黃土的干密度PD=1.35g/cm3提高到1.70g/cm3,其濕陷系數由0.0438降為0.0022,消除了濕陷性。地表下土基1m內平均彈性模量達到80MPa以上,其技術指標已經完全符合黃土地基加固的質量要求。甘肅、寧夏、山西等濕陷性黃土地基采用沖擊碾壓進行處理,也取得同樣加固效果。

  沖擊碾壓對軟土地基具有加速沉降與加固的作用,當碾壓達到33遍時,孔隙水壓力由11.27kPa增為16.766kPa。監測結果表明,沖擊壓路機對地面施加沖擊能量后,土體受拉、壓作用,軟土自由水經塑料排水板排出地表后土體密實度增加,加速了軟基的沉降固結。如果在軟基上填筑路堤,采用沖擊壓路機分層碾壓工藝,可在施工過程中加快軟基的固結速度,有利于軟基的沉降固結。

  地基土的天然稠度處于0.5~1.0過濕狀態,需要進行加固處理,可用沖擊碾壓結合水穩定性好的粗粒材料墊層綜合加固。該墊層厚度按稠度(WC)確定:當1.0〉WC≥0.9,墊層厚20cm;0.9〉WC≥0.75,墊厚層30cm;0.75〉WC≥0.5,墊層厚50cm。在粗粒料墊層上用沖擊壓路機碾壓20~30遍后,可使地基土表面部分厚度固結,與水穩定性好的粗粒材料形成加固地基或路床。

  2.加快舊路改造施工

  當公路升級需要改建舊路時,必須提高路基質量,滿足新路等級的壓實標準,通常的做法是開挖路面與路床、路堤,重新回填分層壓實,以達到規定的壓實度,對瀝青或水泥路面需要破碎,翻挖與清除。采用沖擊碾壓技術則不必開挖路面與路基,可以直接在原路面上用沖擊壓路機進行沖碾施工,使路基達到質量要求,舊路面能得到利用。應用這種新工藝能節約筑路材料,有利于環境保護,保證工程質量,加快改建公路進度。

  寧夏鹽興公路改建,將原砂石路面低等公路提高到二級公路,用25kJ三邊形雙輪沖擊壓路機直接沖碾舊路,完成試驗段后,指導全線施工。低液限粉土段沖碾50遍后:壓實度平均值0~30cm處由84.8%提高到97.1%;30cm~80cm處由85.0%提高到95.3%;80cm~150cm處由82.5%提高到94.1%;平均沉降量24.5cm,路基技術指標已達到規范標準。生產路段低液限粉土路基按沖碾50遍施工,粉土質砂段沖碾30遍后,壓實度平均值0~30cm處由91.4%提高到97.6%;30cm~80cm處由90.7%提高到95.6%;80cm~150cm處由93.5%提高到96.9%;180cm處由91.8%提高到93.9%;平均沉降量11cm,路基技術指標已達到規范標準。生產路段粉土質砂路基按沖碾30遍施工,經比較,沖擊碾壓比正常工藝施工每公里由15萬元降至7萬元人民幣,費用減少46.7%。

  在廣東、河南、浙江等地用五邊形沖擊壓路機進行水泥混凝土路面改建的沖擊碾壓試驗與施工,均取得較好的技術效果。

  公路升級改建需要加寬修建新路基,特別是二級公路改建為高速公路時,使用沖擊碾壓技術能較好地解決新老路結合引起的變形裂縫問題。在加寬路基與坡腳外1.0m地基范圍內,地基應進行沖擊碾壓加固處理。如屬于前述的特殊土地基,則采用的技術措施與沖擊碾壓結合進行加固處理。當新加寬路基分層壓實到路床后,對新老路結合部與新路床進行了沖擊碾壓檢驗性補壓,再視完成路基的具體狀況,必要時在結合部路床內加鋪土工格柵,這樣處理后能較好地避免產生因新老路結合所引發的沉降變形裂縫。

  使用沖擊碾壓技術的注意事項

  1.合理選用機型

  目前國內生產沖擊壓路機有12個廠家共20個型號,類別繁多,使用不當,很難達到預期的目的。對于路堤、路床的檢驗補壓與填石、土石混填路堤的分層壓實,經全國現有的工程實踐證明,宜使用25kJ三邊形雙輪沖擊壓路機。對水泥路面改建與土質路堤分層壓實,宜使用25kJ五邊形雙輪沖擊壓路機。

  2.正確使用沖擊碾壓施工工藝

  雙輪沖擊壓路機應用按通過兩次為一遍,壓實寬度4m為計算單元,并按前述的施工工藝作業。單輪沖擊壓路機以通過一次的輪寬為壓實計算單位。

  3.正確理解沖擊碾壓有較寬的含水量范圍

  由于沖擊壓路機具有高能量的壓實功能,相當于超重型擊實標準的擊實功,達到重型壓實度的含水量僅在小于最佳含水量范圍內擴大,其大于最佳含水量的范圍不會擴大。因此,含水量視土的塑性指數大小,宜控制稠度不小于1.1~1.2,否則厚80cm~100cm土層沖壓會形成彈簧土,無法壓實。

  4.控制構造物的安全距離

  沖擊壓路機的輪邊與構造物應有1m的安全距離,橋涵構造物上填土厚度不少于2.5m。

  5.當使用沖擊壓路機的補壓振碾達標路床工程的平均沉降量小于3cm時,不宜再進行沖擊碾壓作業。

  目前國內沖擊壓路機主要應用于高速公路土石高路堤的分層沖碾壓實,路堤、路床的檢驗性補壓,以及地基加固處理等工程效果較明顯的領域。此外,沖擊碾壓技術在農業、水利、環境工程等方面也有廣闊的應用前景。

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2018-04

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什么叫強夯置換:強夯置換碎石樁是利用強夯法處理軟弱地基的一種方法,其原理是利用強夯的巨大動能將碎石打入軟弱土層,形成碎石樁體(其實應該叫做碎石墩),將軟土特別是淤泥擠到樁體之間的空隙,使土體與碎石構成復合地基,用以提高天然地基的承載力。要點是碎石級配要合理,夯擊能量要充足。具體參數要通過試夯確定,夯后檢測可采用重型動力出探。

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2018-04

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2018-04

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2018-04

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2018-04

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2018-04

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2018-04

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2018-04

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