浅谈冲击碾压技术在国内路基工程的应用

   冲击碾压技术是采用冲击式压路机对路基土或填料进行碾压,以高路基土或填料的密实度、稳定性及强度的地基处理方法。结合我御河新城新建道路工程路基施工实例,介绍冲击碾压施工工艺及施工注意事项。
  关键词路基、冲击式压路机 冲击碾压技术
  一、冲击碾压技术的性能特点及适用范围
  冲击碾压技术是1995年在香港赤腊角新机场的场道建设中自南非引入我国,应用试验后于1996年我国开始研制生产冲击压路机,1999年开始在我国广泛推广应用。冲击碾压技术具有如下特点
  1、适用于各类土石料压实,对填料含水量范围求低,可广泛用于压实软土地基、土石混填料、石料、砂性土、粘土、干砂土、湿陷性黄土等各类土质的路基。
  2、加固效果显著,经冲击压实技术处理后的路基,可明显高填料压实度、地基承载力、压缩模量以及路基的整体强度,增加场地均匀性。
  3、影响深度和有效影响深度大,冲击式压路机连续冲击地面,产生强烈的冲击波,具有地震波的传播特性,低频高幅,对地表深层作用较大的冲击能量。对比试验表明,其压实力是同吨位静碾的1倍,是同吨位振动压路机的3-4倍,具有良好的深层压实特性,影响深度可达5m,有效影响深度1m以上。
  ⑷、压实效率高,其工作速度为1-15km/h,压实量可达15-25m3/h
  应用冲击式压路机碾压一般性的粘土,压实5-9遍,其铺层的相对密度可达9%-92%,平均压实效率6-8m3/h。而传统压实机械工作速度为3-5km/h,压实量约为25m3/h(同吨位比较)。
  同时,采用冲击碾压技术还有施工机具简单、降低工程造价、施工快捷、施工周期短、保养方便、操作轻便灵活等优点。
  二、冲击压路机工作原理
  冲击压路机由牵引车带动非圆形轮滚动,由曲线为边构成的正多边形冲击轮在位能落差与行驶动能相结合下对工作面进行静压、搓揉、冲击。目前以25KJ三边形双轮冲击压路机使用最多,其双轮静重12t,行驶最佳速度为12km/h,对地面产生集中冲击力2~25KN,相当于1111~1543kPa。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,产生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,满足重型标准9% 压实度以上的有效压实厚度视不同土石材料性状达1.~1.5m,比现有振动压实机械有更好的压实功效,其高振幅、低频率冲击碾压使工作面下深层土石的密实度不断增加,使被冲压的土石填料更接近于弹性状态,显示出克服土石路基隐患的技术优势。
  与一般压路机相比其压实土石的效率高3—4倍(考虑上料、摊铺、平整的工序)。表1-1为冲击压路机与普通压路机的压实参数对比。
  表1-1冲击压路机与普通压路机的施工参数对比
  指标 冲击压路机 普通压路机
  冲压有效宽度(m) 2 2.134
  行驶速度(km/h) 1 –15 3 — 6
  压实厚度(m) .8 .3
  压实遍数 2 6
  压实效率(m3/h) 8 — 12 32 — 64
  冲击碾压采用来回错轮的方式,轮迹之间不重叠,由于轮迹宽度大于轮宽,错轮时横向上留有26cm的空隙,纵向上由于冲击碾压时落点的面积有限(与工作面的刚度有关),也不可能压到每个点,但冲击压力呈(45°–φ/2)的角度扩散,表层下面的压实效果相互交叉重叠。对于表层部分经数十遍错轮冲压之后已均匀,这在众多工程中得到验证。我国的冲击压路机型号多,技术参数有所不同,整机定型、数量较多的是双轮冲击压路机,两冲击轮之间的外部宽度为296cm,轮宽9cm,轮隙宽度116cm。对此型压路机冲击压1次的计算压实度为2m经错一个轮宽冲压1个来回后,计算冲击宽度4m,按此方法计算,整个场地全部压完1次为碾压1遍。采用错轮而不重叠轮迹的冲压方法是合理科学的,沿着固定的线路行驶也是最经济有效的。对于纵向排列,每遍应错1/6周长,这样每次冲击工作面波峰,有利于冲击点的满布、均匀,增强冲压整体效果。
  三、路基冲击碾压施工工艺及技术质量求
  1、路基冲击碾压施工工艺
  场地放样→场地清理→场地周边防护→洒水车洒水→平地机整平→对碾压前施工范围内压实度高程记录→压路机静压→冲击碾压3遍→洒水车均匀洒水→压路机静压→冲击碾压5-8遍→平地机整平、压路机静压→冲击碾压累计至2遍检测压实度及高程,符合求(压实度≥9%)后报监理工程师申请进行下道工序。
  2、技术求
  1)、在冲击时通过改变转弯半径来调整冲压地点,使其均匀冲压。
  2)、冲压时自外侧开始,顺(逆)时针行驶,以冲压面中心线为轴转圈,而后按纵向错轮冲压,全路幅排压后,再自外向内冲压,冲压遍数不得少于2遍,且不能漏压。
  3)、冲击压实大面积开始前做试验段,通过试验段,总结出施工参数。
  4)、冲击压实工作面长度以2-5m为宜。
  5)、冲压时及时对路基适量洒水,洒水量以确保冲压时不扬尘为原则。
  6)、先后冲压段搭接长度不应小于15m。
  7)、在冲压过程中发现严重弹簧时,应立即停止冲压,进行换填处理。
  8)、冲压过程中视天气情况做好排水。
  3、质量控制
  1)冲击压实过程中,技术人员必须做好每一遍的施工记录,主记录内容有每遍碾压时牵引机的行驶速度,施工作业的开始时间、结束时间、行驶距离。
  2)保证冲击压实质量最关键的环节是冲击压路机的行驶速度不能小于12km,压实遍数不低于2遍,路基表面应平整,否则影响牵引机的行驶速度,施工现场应配有推土机或平地机及时将冲击造成的起伏整平。
  3)冲压后的路表必须横向轮迹清晰有序不乱,纵向波峰与波谷间距相等。
  4)中间验收采用水准仪检测冲击前后的沉降量,即冲击前路基标高,冲击15遍时的路基标高、冲击2遍时路基标高,一般情况下15-2遍之前的沉降量应小于3cm。
  四、技术效果
  1、使用冲击压路机分层冲击碾压路基,能较好地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、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。
  五、使用冲击碾压应注意事项
  合理选用机械型号;正确实施冲击碾压施工工艺;控制构筑物的安全距离;尽可能高冲击碾压机行驶速度;封闭碾压道路交通,注意施工安全。
  六、结论与建议
  ⑴、冲击碾压是采用强大的冲击力对土体施加冲击压实性能,土体中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,高了路基强度和承载力,有效的减少路基工后的沉降变形,保证了填方路基的填筑质量。
  ⑵、应用冲击碾压技术时,应注意施工现场的封闭,确保施工中的安全;施工场地整理平整,碾压过程中出现凹陷、凸起情况,及时整平,整平后再进行冲击碾压;碾压前做实验段,通过实验数据确定碾压遍数和沉降量;黏性土、砂砾石和土石混合料宜采用冲击碾压,砂性土质不能采用冲击碾压,对掺石灰或水泥改良的路基土方、采用板体固化处理的路基土方,不应采用冲击碾压;冲击压实次数根据设计求的压实度和沉降量控制值或现场施工时以冲击轮轮迹高差小于15mm来控制冲击压实次数。冲击压实时均匀碾压,相邻两段冲击压实搭接长度不小于15m。
  参考文献
  《公路冲击碾压应用技术指南》交通部公路科学研究院主编
   注文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。