摘 要:成都天府國際機場工程土石方填筑量較大,施工工期短,填筑完成后自然沉降期短,在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi),機場道槽區(qū)工后沉降若超過規(guī)范容許值,會造成跑道道面開裂、斷板等病害,甚至?xí)纬蓢?yán)重的安全隱患,因此,需在土石方填筑過程中選用碾壓質(zhì)量好、速度快、對填筑體具有補強效果的壓實機械。
關(guān)鍵詞:超重噸位;超大激振力;壓路機;補強;壓實度
中圖分類號:U416.1 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1004-7344(2018)27-0181-02
引 言
近年來隨著科技的不斷進步,振動壓路機的振動系統(tǒng)質(zhì)量、頻率區(qū)間、振動幅度越來越大,激振力也隨之不斷增大。這些技術(shù)的革新勢必給振動壓路機帶來深刻影響。超重噸位、超大激振力壓路機的問世對降低施工成本、保證填筑質(zhì)量、提高壓實效率有顯著效果。因此研究超重噸位、超大激振力振動壓路機對填筑體的壓實情況有利于指導(dǎo)土石方填筑施工。
1 概 況
成都天府國際機場地基處理及土石方工程(06)標(biāo)段總填筑量650萬m3,總工期365日歷天。每個工作區(qū)域的土石方填筑施工需待地基處理施工完成后方可開始。實際用于填筑施工的工期只為270日歷天,土石方填筑施工工期緊,任務(wù)重。為保證在較短的工期內(nèi)完成所有土石方填筑,且壓實度需滿足設(shè)計及規(guī)范要求,填筑體自然沉降小。因此,考慮選用碾壓質(zhì)量好、速度快、對填筑體具有補強效果的壓實機械。這樣可以把正常碾壓與填筑補強施工進行合理的結(jié)合,既能保證施工速度,又能有效減小工后沉降量。結(jié)合國內(nèi)的機械發(fā)展?fàn)顩r,選用超重噸位、超大激振力的壓路機作為土石方填筑的壓實機械。建立3個階段試驗?zāi)P?,收集大量?shù)據(jù)進行分析,得出試驗數(shù)據(jù)并在成都天府國際機場得到推廣應(yīng)用。
2 超重噸位、超大激振力壓實試驗
2.1 試驗設(shè)計
填筑材料:成都天府國際機場地基處理及土石方工程(06)標(biāo)段場內(nèi)土石可分為三大類:①強分化泥質(zhì)砂巖;②中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖;③中風(fēng)化砂巖。
測試內(nèi)容:動土壓力、分層沉降、彈性波(面波法)、地質(zhì)雷達法(電磁波法)。
檢測內(nèi)容:壓實度、含水量,壓實沉降量(以下簡稱:壓沉量)。
設(shè)計規(guī)范要求:航站樓范圍按飛行區(qū)滑行道、站坪要求(工后沉降≤25cm,差異沉降≤1.8‰,0~4m范圍壓實度不低于96%、4m以下范圍壓實度不低于95%),土面區(qū)壓實度要求不低于90%,邊坡穩(wěn)定影響區(qū)壓實度不低于93%。
2.2 試驗方案
(1)原地面碾壓
先對試驗選定的原地面進行碾壓,其壓實度及平整度符合設(shè)計及規(guī)范要求,保證試驗區(qū)塊位于堅實土層上。試驗區(qū)塊尺寸為100m×15m。
(2)安裝第1層傳感器
試驗區(qū)域分5個區(qū)塊,每一區(qū)塊尺寸為20m×15m,安裝時按要求對傳感器、導(dǎo)線及PVC管進行保護,并進行原地面水準(zhǔn)高程測量。
(3)第一層填料鋪筑
填料虛鋪厚度為80cm,最大粒徑小于40cm,大于20cm的填料超過30%,填筑過程采用推土機進行平整,不進行碾壓。
(4)安裝第2層傳感器
填料鋪筑完成后,反開挖40cm深(設(shè)置傳感器位置),安裝第2層傳感器,安裝時按要求對傳感器、導(dǎo)線及水管進行保護,然后回填并進行水平測量。
(5)沉降監(jiān)測點測量放樣
對試驗場地內(nèi)鋪筑的填筑體布設(shè)10個檢測點,記錄坐標(biāo)及高程。
(6)第一層填筑體碾壓與檢測
壓路機碾壓速度設(shè)置為2km/h,振動頻率設(shè)置為28Hz。
振壓2遍、3遍、4遍、5遍,分別對以上碾壓遍數(shù)的填筑體進行動態(tài)測試,檢測其壓實度、面波、地質(zhì)雷達、沉降量試驗數(shù)據(jù)。碾壓完成后,測試填土表面的高程和沉降量,通過地表高程與沉降計的差值,計算填筑層的壓縮變形。
(7)第二層填料鋪筑
填料虛鋪厚度為80cm,填筑料最大粒徑小于40cm,大于20cm的填料超過30%,填筑面積為100m×15m。
(8)第二層填筑體碾壓與檢測
壓路機碾壓速度設(shè)置為2Km/h,振動頻率設(shè)置為28Hz。分別對振壓2遍、3遍、4遍、5遍的碾壓面進行動態(tài)測試,采集土壓力盒數(shù)據(jù),檢測壓實度、面波、地質(zhì)雷達、沉降量數(shù)據(jù)。
3 試驗結(jié)果及分析
3.1 壓實度檢測
通過灌水法實測在不同碾壓遍數(shù)情況下的壓實度,壓實度實測數(shù)據(jù)見表1所示。
(1)碾壓2遍,填料的壓實度達到90%以上。
(2)碾壓3遍,填料的壓實度達到93%以上。
(3)碾壓3遍以上,隨碾壓遍數(shù)的增加,壓實度總體是增大。
(4)碾壓4次,壓實度達到了96%以上,且壓實度趨于飽和狀態(tài),即基本上隨著碾壓遍數(shù)的增加,壓實度并未明顯增加。
3.2 壓實沉降量檢測
通過試驗檢測區(qū)塊設(shè)置的10個監(jiān)測點,進行原位水準(zhǔn)測量,測量出每壓實一遍的沉降量。10個監(jiān)測點的壓實沉降量與碾壓遍數(shù)關(guān)系如圖1所示。
通過埋設(shè)的靜力水準(zhǔn)計反映碾壓遍數(shù)與壓實沉降量關(guān)系,原位水準(zhǔn)測量與靜力水位測量數(shù)據(jù)基本吻合。
通過研究碾壓遍數(shù)與壓沉量的關(guān)系可得出填筑體碾壓4次后壓沉量趨于飽和狀態(tài),隨著碾壓遍數(shù)的增加,壓沉量并未有明顯增加;碾壓5次后可能出現(xiàn)過壓現(xiàn)象,表層甚至松動隆起。
3.3 地質(zhì)雷達測試
試驗區(qū)檢測采用探地雷達法,查明不同碾壓次數(shù)情況的壓實度或者密度特征,及其橫向均一性問題。經(jīng)本次檢測認為:
(1)利用900?贅天線在5個測區(qū)檢測,測量深度可達2m以上,碾壓層結(jié)構(gòu)圖像清晰。
(2)結(jié)合灌水法的實際測量獲得的視密度及電磁波結(jié)果可以認為超重噸位、超大激振力壓路機碾壓3~5遍的效果最佳,在該碾壓遍數(shù)下,能夠相對達到最佳壓實度與最優(yōu)視密度及經(jīng)濟合理性的統(tǒng)一。
(3)通過理論研究與實際檢測,可以得出探地雷達進行壓實度檢測的有效性較好,能夠一定程度上客觀的反映不同碾壓遍數(shù)情況下的壓實程度或視密度特征。
3.4 瞬態(tài)面波測試
試驗區(qū)塊瞬態(tài)面波測填筑體。依據(jù)瞬態(tài)面波頻散特性提取了面波速度值,生成視橫波速度值,對頻散曲線反演提取了層速度值。對按1.8m間距的觀測點生成了面波速度斷面圖、視橫波速度斷面圖。
依據(jù)下述成果資料,對不同區(qū)塊碾壓過程中的變化進行了分析,隨著碾壓次數(shù)增加,總體呈現(xiàn)由低速到高速的變化趨勢,填筑體內(nèi)部速度趨于均勻。
如圖2所示,第一層填筑后,隨著碾壓遍數(shù)的增加速度值呈現(xiàn)明顯增高的趨勢,碾壓1~4遍深度0.4m以下速度值均較均勻,碾壓5遍后填筑層速度值普遍大于200m/s,未見低速不均勻。
如圖3所示,第二層填筑、碾壓5遍后,速度值普遍大于200m/s,局部速度值略低,總體均勻。
基于上述瞬態(tài)面波測試成果,壓路機振動碾壓過程中,0.4m以下總體呈現(xiàn)速度升高、趨于均勻的變化規(guī)律,淺部0.4m以上變化較大,易出現(xiàn)局部不均勻或淺部低速層,在振動碾壓的基礎(chǔ)上,輔以靜態(tài)碾壓,保證填筑體的上下均勻性、連續(xù)性。圖2與圖3碾壓遍數(shù)5遍時的數(shù)據(jù)可進行對比發(fā)現(xiàn)同一部位碾壓后對深層1.6m波速仍有提高,超重噸位、超大激振力壓路機碾壓填筑體時對下層填筑體仍有補強作用。
3.5 土壓力盒分析
表2是第一層填料在不同碾壓遍數(shù)時的動土壓力值。從同一個土壓力盒測得的動土壓力值,在不同碾壓遍數(shù)時相差較大,這主要有以下原因:①不同碾壓遍數(shù)時,填料的顆粒形狀、級配不相同,造成壓路機產(chǎn)生的動土壓力在填料中的傳遞路徑不同;②壓路機行進的線路不完全相同,不同的遍數(shù),土壓力盒相對于鋼輪的位置不完全一致,有時位于正中心,有時位于外側(cè)一些。上述兩個原因中,第二個原因相對于第一個原因更關(guān)鍵。為方便起見,以各土壓力盒測得的平均值進行比較。
表3可以反映出壓路機在碾壓時的力傳遞影響深度超過1.6m。
4 結(jié)論分析
通過上述試驗可以得出影響壓實度的主要因素有:松鋪厚度、碾壓遍數(shù)、壓實機械的類型和功能及碾壓速度等因素。當(dāng)土石方含水量處于最佳含水(12±2%)狀態(tài)下宜直接攤鋪碾壓,采用超重噸位、超大激振力壓路機(振動頻率設(shè)置為28Hz,行走速度設(shè)置為2km/h)進行振動碾壓;當(dāng)土石方含水量過大時,要攤鋪晾曬,不宜直接進行碾壓,否則會出現(xiàn)大面積翻漿;當(dāng)土質(zhì)含水量過小時,需進行灑水悶料,不宜直接進行碾壓,否則會出現(xiàn)碾壓不密實現(xiàn)象;同時填料的松鋪厚度也會影響壓實度,一般松鋪厚度控制在80cm左右,填料粒徑控制在40cm以下,對于本場區(qū)內(nèi)的填料碾壓4遍時,壓實度可達到96%以上。土面區(qū)碾壓2遍時壓實度可達90%以上。
5 結(jié) 語
土石方填筑利用超重噸位、超大激振力壓路機作為壓實機械,每小時可增加碾壓面積900m2(填筑厚度80cm,碾壓4遍。),從而有效地提高了工作效率。同時還能夠保證施工質(zhì)量,每一層碾壓既是對填筑層的壓實,也是對填筑體1.6m以下深度的補強,降低了工后沉降過大、不均勻沉降對填筑體造成損害的風(fēng)險,解決了填筑面積小,轉(zhuǎn)角較多的填筑區(qū)域的碾壓難度。超重噸位、超大激振力壓路機碾壓方法簡單、操作方便、效率高、碾壓質(zhì)量好、應(yīng)用前景十分廣闊。
參考文獻
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收稿日期:2018-8-2
作者簡介:賈 斌(1989-),男,助理工程師。