路基施工中沖擊碾壓技術(shù)的應(yīng)用研究

李 燕

我國20世紀(jì)90年代竣工的高速公路相繼進(jìn)入大修階段,高填方路段、零填挖路段、軟弱地基換填處理地段仍然成為大修的主要處治路段,路基的工后沉降、不均勻沉降是導(dǎo)致路面開裂、路基損毀的主要原因。90年代國內(nèi)路基施工,對(duì)于高填方路段路基填筑主要從填料選擇、壓實(shí)層厚等方面控制,對(duì)于零填挖路段和軟弱地基,主要采取排水(如塑料排水板)、固結(jié)(如旋噴水泥樁)、換填等措施,面對(duì)大修中反映出來的并不理想的質(zhì)量,近年來,設(shè)計(jì)和施工單位開始從提高路基土體壓實(shí)密度這個(gè)根本問題入手,提高路基施工質(zhì)量,沖擊碾壓施工得到了較為廣泛的運(yùn)用。

1 沖擊碾壓的壓實(shí)原理

沖擊碾壓施工就是采用沖擊式壓實(shí)機(jī)(一種高振幅低頻率的新型壓實(shí)設(shè)備),配備壓實(shí)輪,在運(yùn)動(dòng)的過程中沖擊碾質(zhì)心交替升降,巨大的沖擊碾不斷地向前連續(xù)沖擊地面,把高位時(shí)的勢能和瞬時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為在低位能時(shí)對(duì)地面的沖擊能,同時(shí)輔以滾壓、揉壓的綜合作用,使土石顆粒之間發(fā)生位移、變形和剪切,隨著土石密實(shí)度增加,其影響深度也逐漸增加,從而使土體深層隨著沖擊波的傳播得到壓實(shí),見圖1。

2 沖擊碾壓在道路工程中的應(yīng)用

2.1 高填方的補(bǔ)強(qiáng)處理

高填方路段的工后沉降問題一直是路面下沉開裂的主要原因,并一度被視為“靠時(shí)間來解決的問題”,國內(nèi)曾出現(xiàn)通車高速公路余留某些高填方路段不驗(yàn)收的情況。在高填方路基施工中,主要采用普通振動(dòng)壓實(shí)設(shè)備,每隔2 m的層厚進(jìn)行沖擊碾壓的補(bǔ)壓將能以較小的經(jīng)濟(jì)成本獲得較好的壓實(shí)效果,可以較好地解決高路堤的工后差異沉降,增強(qiáng)路床的整體性與均勻性。

2.2 上路床和零填挖地段處理

上路床和零填挖地段由于與路面質(zhì)量密切相關(guān),壓實(shí)度要求往往高達(dá)95%甚至98%,盡管普通壓實(shí)設(shè)備也能達(dá)到這個(gè)要求,但其壓實(shí)度沿層厚方向的下降較為明顯。沖擊碾壓由于影響深度可以達(dá)到1 m,將會(huì)使整個(gè)路基各層的密實(shí)度曲線趨于平緩,路床頂面以下約1 m深度內(nèi)形成連續(xù)、均勻、密實(shí)的加固層,從而提高路基的綜合強(qiáng)度和承載力。

2.3 軟土地基加固處理

軟土地基的處理,當(dāng)采用排水固結(jié)處理時(shí),沖擊碾壓對(duì)軟土地基具有加速沉降加固的作用。當(dāng)碾壓達(dá)到33遍時(shí),孔隙水壓力由11.27 kPa增為16.766 kPa。監(jiān)測結(jié)果表明,沖擊壓路機(jī)對(duì)地面施加沖擊能量后,土體受拉、壓作用,軟土中自由水經(jīng)塑料排水板排出的速度明顯加快,加速了軟基的沉降固結(jié)。某些軟土地段,在排水處治階段壓實(shí)設(shè)備無法就位工作,可以在路堤填筑過程中采用沖擊壓路機(jī)分層碾壓工藝,可在施工過程中加快軟基的固結(jié)速度,有利于軟基的沉降固結(jié)。

2.4 舊路改造工程

在舊路改造工程中,利用原路基能減少占地,節(jié)約填料,但如何滿足新路等級(jí)的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)以及加寬部分與老路基的連接是技術(shù)難題。通常的做法是開挖路面與路床、路堤,重新回填分層壓實(shí),以達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度,對(duì)瀝青或水泥路面需要破碎、翻挖與清除,這樣利用原路基,并沒有真正減少工程造價(jià)。采用沖擊碾壓技術(shù)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(jī)進(jìn)行沖碾施工,使路基達(dá)到質(zhì)量要求。當(dāng)新加寬路基分層壓實(shí)到路床后,對(duì)新老路結(jié)合部與新路床進(jìn)行了沖擊碾壓檢驗(yàn)性補(bǔ)壓,再視完成路基的具體狀況,必要時(shí)在結(jié)合部路床內(nèi)加鋪土工格柵,這樣處理后能較好地避免因新老路結(jié)合所引發(fā)的沉降變形裂縫。

3 施工工藝

沖擊壓路機(jī)較常規(guī)壓路機(jī)有不同的壓實(shí)工藝,基本上不采用現(xiàn)有壓路機(jī)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(kuò)散分布的性狀,提出新的沖擊碾壓方法與施工工藝。

3.1 碾壓行走路線

沖碾按“先兩邊、后中間”的次序進(jìn)行,以輪跡搭接但不重疊,覆蓋整個(gè)路基表面為一遍沖碾。碾壓采用橫向排壓法,YCT25沖擊壓路機(jī)雙輪各寬0.9 m,兩輪內(nèi)邊距1.17 m,行駛兩次為一遍,形成4 m寬碾壓帶。其中每遍第二次的單輪由第一次兩輪內(nèi)邊距中央通過,形成理論沖碾間隙雙邊各0.13 m。當(dāng)?shù)诙榈牡谝淮蜗騼?nèi)移動(dòng)0.2 m沖碾后,將第一遍的間隙全部碾壓。碾壓橫向排壓法行駛軌跡示意圖見圖2。

每遍縱向相錯(cuò)1/6的輪間距進(jìn)行碾壓,在碾壓6遍完成后,回復(fù)到第一遍位置開始第二輪6遍碾壓。依次從一側(cè)向另一側(cè)推移完成全部碾壓遍數(shù)。縱向碾壓過程如圖3所示。

沖擊碾壓過程中,如果因輪跡過深而影響壓實(shí)機(jī)的行進(jìn)速度,可用推土機(jī)平整后再繼續(xù)沖碾。若沖擊碾壓過程中路基表面揚(yáng)塵,可用灑水車適量灑水后繼續(xù)沖碾。

3.2 質(zhì)量驗(yàn)收

沖擊碾壓法采用的是新型壓實(shí)設(shè)備,目前還沒有一套成熟的理論和設(shè)計(jì)計(jì)算方法,用沖擊碾壓法處理地基,一定要根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件和工程的使用要求,正確選用各個(gè)施工參數(shù),以實(shí)測沉降量的變化為主(反映整體密實(shí)程度),同時(shí)進(jìn)行灌砂法密實(shí)度檢測(反映面層密實(shí)程度),確定合理的碾壓遍數(shù),才能達(dá)到有效而經(jīng)濟(jì)的目的。為達(dá)到一定的平整度要求,沖擊碾壓完成后應(yīng)用振動(dòng)壓路機(jī)或光輪壓路機(jī)碾壓1次～3次。

4 施工的注意事項(xiàng)

4.1 合理選用牽引車和機(jī)型

沖擊碾壓必須用專用牽引車,因?yàn)閴簩?shí)機(jī)的沖擊力與牽引速度成正比,用普通的裝載機(jī)牽引,發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力不能滿足壓實(shí)機(jī),其結(jié)果是小馬拉大車,短期內(nèi)裝載機(jī)將被損壞。

目前國內(nèi)生產(chǎn)沖擊壓路機(jī)有20多個(gè)型號(hào),類別繁多,使用不當(dāng)很難達(dá)到預(yù)期的目的。對(duì)于路堤、路床的檢驗(yàn)補(bǔ)壓與填石、土石混填路堤的分層壓實(shí),經(jīng)全國現(xiàn)有的工程實(shí)踐證明,宜使用25 kJ三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)。對(duì)水泥路面改建與土質(zhì)路堤分層壓實(shí),宜使用25 kJ五邊形雙輪沖擊壓路機(jī)。

4.2 注意碾壓時(shí)的含水量范圍

由于沖擊壓路機(jī)具有高能量的壓實(shí)功能,相當(dāng)于超重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的擊實(shí)功,達(dá)到重型壓實(shí)度的含水量僅在小于最佳含水量范圍內(nèi)擴(kuò)大,其大于最佳含水量的范圍不會(huì)擴(kuò)大。因此,含水量視土的塑性指數(shù)大小,宜控制稠度不小于1.1～1.2,否則厚80cm～100cm土層沖壓會(huì)形成彈簧土,無法壓實(shí)。

4.3 控制構(gòu)造物的安全距離

在采用沖擊壓實(shí)機(jī)碾壓路基時(shí),為了避免對(duì)結(jié)構(gòu)物造成破壞,必須制定嚴(yán)格的措施,控制沖擊壓實(shí)的范圍。搭板邊緣要保持2 m凈距,擋土墻及護(hù)坡砌體應(yīng)保持1.5 m凈距;當(dāng)管涵、箱涵以上的填方大于3 m,板涵頂上土大于3.5 m時(shí),方可進(jìn)行沖壓;鋪有土工格柵的路基段落,沖壓時(shí)填土高度應(yīng)大于2 m,填高小于2 m以下禁止沖壓。

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[2] 侯建軍,王新增.沖擊壓實(shí)技術(shù)在嶺南高速公路填前碾壓中的應(yīng)用[J].中外公路,2006(2):4-17.

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