沖擊壓實(shí)技術(shù)在舊路改建中的應(yīng)用

馬海龍，齊 輝

(1.綏滿高速公路牡丹江至哈爾濱段大修工程建設(shè)指揮部;2.中咨公路養(yǎng)護(hù)檢測(cè)技術(shù)有限公司)

綏滿高速公路牡丹江至哈爾濱段是在1997年建成通車二級(jí)公路的基礎(chǔ)上改擴(kuò)建項(xiàng)目，全線分三期建成，一期工程為尚志至亞溝段(K337+420～K431+390);二期工程為亞布力至尚志段(K265+472～K337+420);三期工程為海林至亞布力段(K179+980～K265+472)，項(xiàng)目分別于2004年、2006年、2008年交工通車;牡丹江至海林段(K166+610～K179+980)為1997年交工通車的高速公路。由于沿線交通量大，超載現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致路面病害較多，影響了行車安全，降低了服務(wù)水平，目前牡哈公路的現(xiàn)狀已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了“通暢、舒適、安全”的高速公路使用要求。近年來(lái)雖進(jìn)行了數(shù)次中小維修養(yǎng)護(hù)，但仍未從根本上解決問(wèn)題。維修費(fèi)呈逐年遞增趨勢(shì)，道路現(xiàn)狀每況日下，病害面積逐年遞增，公路的服務(wù)水平和使用功能明顯的下降。2011年經(jīng)研究決定對(duì)K165+120～K431+390.3段進(jìn)行徹底大修，以改善行車條件。在大修過(guò)程中，采用沖擊壓實(shí)技術(shù)對(duì)原水泥混凝土進(jìn)行破裂處理，作為新路面的基層，采用該技術(shù)可以解決原路面沉降問(wèn)題，加快原路面的穩(wěn)定，并且降低工程造價(jià)。

1 前言

沖擊碾壓(又稱為沖擊夯)作為一種高效率、高壓實(shí)能量的壓實(shí)、打裂機(jī)械，20世紀(jì)80年代在國(guó)外投入生產(chǎn)以來(lái)，得到了廣泛的應(yīng)用。沖擊輪在位能落差與行駛動(dòng)能下對(duì)工作面進(jìn)行靜壓、搓揉、沖擊，使工作面不斷加固。其基本原理是利用動(dòng)能轉(zhuǎn)化為沖擊能來(lái)壓實(shí)土體，其特征是將巨大的動(dòng)能在很短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為沖量，進(jìn)而形成瞬時(shí)作用的巨大沖擊力，在土體中產(chǎn)生很大的剪切應(yīng)力和法向應(yīng)力，從而有效地克服土壤的內(nèi)聚力，壓縮土體并排除土體中的空氣和水分，達(dá)到壓實(shí)土體的最終目的。由于其具有巨大的動(dòng)能，本次采用該技術(shù)對(duì)原水泥混凝土路面進(jìn)行打裂穩(wěn)壓處理。

2 沖擊壓實(shí)技術(shù)作用機(jī)理

沖擊壓路機(jī)是將當(dāng)前振動(dòng)壓實(shí)高頻率、低振幅改為高振幅、低頻率。沖擊壓路機(jī)是用五邊形“輪子”來(lái)產(chǎn)生集中的沖擊能量達(dá)到打裂穩(wěn)壓的目的。沖擊壓路機(jī)可由配套的牽引機(jī)在前方牽引。

打裂效果與打擊能量有關(guān)，當(dāng)打擊能量大時(shí)，被壓水泥板的應(yīng)力也大，因而打裂效果較好。沖擊壓路機(jī)以其靜能量來(lái)標(biāo)定，能量以千焦耳計(jì)算;總的來(lái)說(shuō)：沖擊壓路機(jī)工作時(shí)所具有的能量由三部分組成

N1為靜態(tài)能量，其大小為壓實(shí)輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中質(zhì)心升高所具有的勢(shì)能;它與多邊形壓實(shí)輪的質(zhì)量m、外切圓半徑R、內(nèi)接圓半徑r有關(guān)

式中：N1為能量，kJ;m為動(dòng)力部件的質(zhì)量，kg;g為重力常數(shù)(9.81 m/s);h為輪子外半徑與內(nèi)半徑的差值，h=R-r。

N2為壓實(shí)輪平動(dòng)所具有的動(dòng)能;與壓路機(jī)行進(jìn)速度V有關(guān)

N3為壓實(shí)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣性所具有的能量;與壓實(shí)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I和旋轉(zhuǎn)角速度w有關(guān)

3 沖擊前準(zhǔn)備

3.1 沖壓設(shè)備的選擇

該工程選用藍(lán)派GQ380五邊形沖擊壓路機(jī)，沖壓前要對(duì)沖擊壓路機(jī)及其配套設(shè)備進(jìn)行檢查，確保機(jī)械設(shè)備處于完好狀態(tài)。

3.2 安全距離

(1)進(jìn)行沖擊破碎工作前，首先要檢查清楚施工路段上的涵洞，通道，橋臺(tái)的位置，用明顯標(biāo)記標(biāo)明需要進(jìn)行破碎處理的范圍和控制點(diǎn)，檢測(cè)人員做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，在舊水泥混凝土路面進(jìn)行藍(lán)派沖擊破裂穩(wěn)固的施工時(shí)，對(duì)于橋涵構(gòu)造物應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，水平安全距離不小于10 m，垂直安全距離不小于1.5 m，路側(cè)建筑物水平安全保護(hù)距離不小于30 m。

(2)沖擊壓路機(jī)行駛速度一般為7～12 km/h，轉(zhuǎn)彎半徑一般為8 m，破碎遍數(shù)根據(jù)沉降量和原水泥混凝土面板的破碎情況來(lái)確定。

3.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

為觀測(cè)路面沉降量，在試驗(yàn)路段設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

4 試驗(yàn)路段施工

由于各路段的水泥路面板塊狀況及路基狀況各不相同，所以，不同路段的施工工藝也不一樣。試驗(yàn)的主要目的是通過(guò)試驗(yàn)路段的施工，確定合適的沖壓工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，以便后續(xù)的施工與質(zhì)量管理。

4.1 舊水泥混凝土路面的沖壓控制標(biāo)準(zhǔn)

(1)舊水泥混凝土路面板塊宜破碎成60 cm左右的板塊，各板塊之間應(yīng)互相嵌鎖，不應(yīng)過(guò)度破碎松散。

(2)沖壓后的沉降應(yīng)趨于穩(wěn)定，一般以最后兩遍平均沉降量不超過(guò)5 mm為準(zhǔn)，或者其平均沉降量為總沉降量的5% ～10%。

(3)控制沖壓遍數(shù)，一般五邊形沖擊壓路機(jī)的沖壓遍數(shù)為5遍，沖壓5遍仍達(dá)不到要求時(shí)應(yīng)停止沖壓，采取其他技術(shù)措施。

4.2 沖壓順序

根據(jù)水泥混凝土路面的特點(diǎn)，原水泥混凝土面板所受的約束力越少，破裂效果越好。所以，先處理路肩部分，后處理行車道和超車道，這樣可解除對(duì)原路面行車道和超車道破碎處理的側(cè)向約束，有利于原面板的破碎。

4.3 沖壓效果檢測(cè)

對(duì)不同沖壓破碎遍數(shù)下的沉降量、破碎板塊尺寸及形狀的監(jiān)測(cè)觀察，平均沉降量、破碎情況檢測(cè)結(jié)果如表1。

表1 平均沉降量、破碎情況與破碎遍數(shù)的關(guān)系

5 結(jié)論

通過(guò)應(yīng)用沖擊壓實(shí)技術(shù)對(duì)原水泥混凝土路面打裂穩(wěn)壓處理，得出以下結(jié)論。

(1)應(yīng)根據(jù)不同的路面狀況確定不同的壓實(shí)遍數(shù)，通過(guò)兩種不同路況的檢測(cè)得出，路面較差的路段沉降量較大，壓實(shí)3遍后路面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基本形成，然而沉降量還較大，壓實(shí)5遍后，沉降達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是板塊脫落嚴(yán)重;路況良好的路面，壓實(shí)5遍后才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，破碎板塊狀況良好。綜合考慮各方面因素，最終對(duì)路況較差的路段壓實(shí)3遍，對(duì)路況較好的路面壓實(shí)5遍。

(2)壓實(shí)時(shí)，應(yīng)注意沿線構(gòu)造物的安全距離，以免破壞沿線構(gòu)造物，造成不必要的修補(bǔ)。

(3)對(duì)打裂后有局部板角破碎松動(dòng)、出現(xiàn)唧泥及脫空嚴(yán)重的板塊，由于板塊之間不能嵌擠，容易造成路面損壞。所以，要進(jìn)行挖除舊水泥混凝土板塊后再重新填補(bǔ)處理。

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