(论文)湿陷性黄土冲击碾压施工技术探讨

湿陷性黄土冲击碾压施工技术探讨 李 原,杨长城 (中铁十五局集团有限公司,河南 洛阳471013) 摘 要:以盐中高速公路非自重湿陷性黄土 级(弱)的施工过程为例,主要介绍了湿陷性黄土路基冲 击碾压施工方案,施工工艺,施工控制重点以及处理效果等。 关键词:湿陷性黄土;冲击碾压;自重湿陷性;湿陷系数;自重湿陷系数;沉降量 中图分类号:TU44 文献标识码:B 文章编号:10045716(2009)02001303 青岛 银川公路(宁夏境)盐池至中宁高速公 路位于宁夏回族自治区。全线采用全封闭、 全立交 四车道高速公路标准。出于草原保护、 防风沙等考 虑,主线在地形复杂路段采用分离式路基,中间设置 连接线,设计和施工时充分体现了 “安全、 环保、 舒 适、 和谐” 理念。 湿陷性黄土在盐中高速五合同段主要有洪积黄土 和风积黄土两种类型分布。五合同段非自重式黄土 级(弱)段落长3619m ,非自重式湿陷性黄土 级(中等) 段落长2187m ,自重湿陷性黄土 级(中等)段落长 2502m。湿陷性黄土分布极为广泛,因此湿陷性黄土施 工也就显得十分重要。 1 处理方案 非自重式黄土 级(弱)填方路段:先利用拖式振动 压路机初压2遍,按计算补水量补水后,再利用冲击式 压路机冲击碾压24遍(每6遍为一个作业循环,每冲击 精密水准观测,通过建模试验和预测结果对比分析发 现,该地基变形问题的建模,应采用沉降增量数据列作 为起始数据列,建立GM(1 ,1)灰色沉降增量预测方程, 预测出未来各时刻的沉降增量后,再计算出累计沉降 量。其中一测点原始数据列(1986年3月至11月)与预 测(1987年1月至1988年7月)结果见表3。通过求解 GM(1 ,1)模型,获得各测点的沉降增量预测方程和预测 结果。 表3 矸石地基变形的原始数据列与预测结果(mm) 年月1986. 31986. 51986. 71986. 91986. 111987. 11987. 31987. 5 X(0)(i)65532. 82. 21. 81. 5 年月1987. 71987. 91987. 111988. 11988. 31988. 51988. 7 X(0)(i)1. 21. 00. 80. 60. 50. 40. 3 预测方程: X (1) (t + 1) = 33 - 27e - 0. 21t ;关联度为 0. 77。由上可见,应用GM (1 ,1)模型建立的矸石地基 变形预测方可以较好地模拟矸石地基的沉降变形特征, 并能预测出矸石地基的最终沉降变形量。 3 结束语 灰色系统理论有广泛的实用性,对实测的地基变形 资料用灰色理论建立GM(1 ,1)预测模型,所需资料少, 在建模过程中,通过对数据的生成,削弱了观测误差的 影响,提高了预测的精度。 将灰色系统理论用来分析地基变形中的监测资料 是行之有效的方法,这种方法也越来越受到岩土工程界 的重视。 参考文献: 1 邓聚龙.灰色系统理论教程M.武汉:华中理工大学出版 社,1991. 2 杨永国.灰色时序组合模型及其在矿井涌水量预测中的应 用J .水文地质工程地质,1996(6) . 3 李俊亭,王文科.灰色系统理论在水文地质工程地质中的 应用J .水文地质工程地质,1997(6) . 4 刘长礼.灰色系统理论在预测地基变形中的应用J .工程 勘察,1992(1) . 5 郭广礼,张国良,张贻广.灰色系统模型在沉陷预测中的应 用J .中国矿业大学学报,1997(4) . 31 2009年第2期 西部探矿工程 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 12遍分层检测030cm、3060cm、6090cm、90 120cm压实度、 含水量、 最大干密度、 湿陷系数、 自重湿 陷系数等数据 ) , 用平地机整平,后分层回填土碾压。 非自重式黄土 级(弱)挖方路段,路槽开挖完成 后,先利用冲击式压路机冲击碾压24遍后(碾压工艺同 上 ) , 再用光轮压路机碾压,然后回填30cm厚三七灰 土。 非自重湿陷性黄土 级(中等)、 填方路段:先挖出 100cm厚黄土,再利用冲击式压路机冲击碾压36遍(每 6遍为一个作业循环,每冲击12遍分层检测030cm、 3060cm、6090cm、90120cm压实度、 含水量、 最大 干密度、 湿陷系数、 自重湿陷系数等数据.见下表 ) , 用平 地机整平,按计算补水量补水后分层回填130cm至原 地面标高。 非自重湿陷性黄土 级(中等)、 挖方路段,路槽开 挖完成后,再往下挖100cm厚黄土,先利用冲击式压路 机碾压36遍(碾压工艺同上 ) , 再用光轮压路机碾压,然 后分层回填100cm ,土层上再回填30cm厚三七灰土。 自重湿陷性黄土 级(中等)施工工艺与非自重湿 陷性黄土 级(中等)相同,冲击碾压遍数为42遍。 2 施工工艺 以非自重湿陷性黄土 级(弱)施工工序和过程控 制为例,简叙湿陷性黄土施工工艺。 施工段落为YK41 + 600YK41 + 790。该段原地 表以下1. 5m处自重湿陷系数为0. 015 ,湿陷系数为 0. 095 ;总湿陷量为16. 5cm ,属非自重湿陷性黄土 级 (弱)路段。本段平均填土高度为1. 52m。 2. 1 清表及测量放样 用人工配合机械清除表土,清表厚度为30cm ,并将 清除的表土运到坡脚线与征地界之间。考虑到清表土 所含养分较多,时存放作为边坡培土之用。 按照设计要求下挖30cm。 测量小组定出路基边桩、 路堤坡脚桩、 中桩、1/ 4断 面桩的具体位置(每20m为一个断面,每断面放样5个 点)。在距路中心一定距离的征地界外,易于保护处设 置护桩。 2. 2 原状土物理性质检测 场地清理完毕,下挖完成后,对原地表0120cm 深度内的土分层检测 (0 30cm、3060cm、6090cm、 90120cm)其物理力学指标(天然含水量、 最大干密 度、 湿陷性系数)。 采用推土机配合平地机对该施工路段的地面进行 整平。 2. 3 原状土补水 根据测定的施工路段0120cm的天然含水量,按 本路段土质的最佳含水量,计算补水量进行补水。采用 洒水闷土的方法,使土基0120cm深度范围内含水量 接近最佳含水量 2 % ,以保证原状土含水量合适。 2. 4 原地表稳压 为保证原地表稳定,冲击压路机顺利上作业面施 工,在洒水结束后及时采用20t振动压路机对施工路段 振动碾压两遍。在原地表稳定后再进行冲击碾压。按 照每40m整桩号取一个断面,每个断面测量五处检测 冲击碾压前原地表高程并做好记录。 2. 5 冲击压实 冲击压路机对于土表面任一点的冲击作用,一周内 共有三次冲击、 三次压实。一周内对任一点冲击次数的 概率为1/ 6 ,因此采用冲击压路机碾压6遍为一作业循 环。 碾压时冲击压路机从坡脚线外1m处向中心逐步 推进碾压。轮迹横向重叠1/ 2 ,纵向错1/ 6轮周长。碾 压时保证压路机时速1215km/ h ,以保证冲击力,保证 每一点均能被冲击到。 每冲击12遍、24遍 (12 的整数遍)时,及时分层抽 样检测。一方面是对冲击压实效果的动态控制;另一方 面是检验冲击压实遍数对不同深度的作用效果。 2. 6 冲击处理结果分析 经试验检测得出:冲击压实12遍后,0120cm深 度内的土层的压实度均可达到90 %以上,但湿陷性系 数未完全消除。 冲击压实24遍后,0120cm深度范围内土层压实 度均可达到91 %以上,湿陷性系数小于0. 015。具体结 果见表1、2。 表1 冲击碾压12遍后经现场检测数据表 取样深度(cm)含水量( %)压实度( %)湿陷性系数 03010. 592. 50. 0073 306011. 091. 20. 0097 609017. 390. 60. 0135 9012020. 090. 10. 0152 表2 冲击碾压24遍后经试验检测数据表 取样深度(cm)含水量( %)压实度( %)湿陷性系数 0309. 594. 70. 00102 306010. 492. 90. 00135 609013. 592. 40. 0074 9012015. 891. 30. 0130 41 西部探矿工程 2009年第2期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 冲击碾压完成后,及时整平,复测作业面原地表高 程。参照冲击碾压前原地表高程得出平均沉降量(湿陷 量消除)为14. 5cm ,具体结果见表3。 表3 冲击碾压沉降量计算表 检测段落YK41 + 600YK41 + 790 桩号 冲碾前标 高(m) 冲碾后标 高(m) 沉降量 (m) 平均沉降 量(cm) YK41 + 600左坡脚1469. 2191468. 0910. 12814. 5 左6. 125m1469. 2571469. 1140. 143 中1469. 2381469. 0840. 154 右6. 875m1469. 2471469. 0840. 163 右坡脚1469. 2191469. 0350. 184 YK41 + 640左坡脚1469. 6651469. 5310. 134 左6. 125m1469. 6711469. 5440. 127 中1469. 6691469. 5750. 094 右6. 875m1469. 6331469. 4690. 164 右坡脚1469. 6871469. 5150. 172 YK41 + 680左坡脚1469. 9251469. 8070. 118 左6. 125m1469. 8971469. 7330. 164 中1469. 9031469. 7640. 139 右6. 875m1469. 8891469. 7090. 180 右坡脚1469. 9501469. 7460. 139 YK41 + 720左坡脚1470. 1541469. 9900. 164 左6. 125m1470. 1771470. 0600. 117 中1470. 1691470. 0050. 164 右6. 875m1470. 1821470. 0480. 134 右坡脚1470. 0661469. 9000. 166 YK41 + 760左坡脚1471. 7611471. 6260. 135 左6. 125m1471. 7281471. 5800. 148 中1471. 7031471. 5410. 162 右6. 875m1471. 7291471. 5930. 136 右坡脚1471. 6561471. 5490. 107 3 控制重点 3. 1 机械组合 湿陷性黄土作为一种特殊路基施工,施工机械的组 合显得十分重要。采用合适的机械组合,能使机械施工 效率提高,能够明显改进冲击碾压效果。 考虑到施工工序和工艺要求,一般选择以下机械组 合配套施工:推土机(150kW) 1台、 平地机( PY160) 1 台、 振动压路机(20t) 1台、 冲击压路机1台、 洒水车 (8000m3 )2 辆。 3. 2 按照计算补水量进行补水 冲击碾压做为一种碾压工艺,在碾压面含水量处于 最佳含水量 2 %时容易达到最佳碾压效果。 在碾压开始前,依据实测天然含水量和最佳含水量 之间的差距,补足0120cm范围内原状土含水量就显 得十分重要。 对路基补水采用焖料的方式进行。补水焖料要掌 握好时间。一方面水量要补足,另一方面不能造成碾压 时施工困难。 考虑到施工所在地风沙较大,日照充分,水分散失 比较快,补水时按照最佳含水量佳+ 3 %控制,能够达 到最佳的冲击碾压效果。在施工过程中还需随时检测 作业面含水量,为补水量提供数字依据。 3. 3 冲击碾压前的平整 冲击碾压施工工艺对冲击面平整度要求比较高。 表面平整时,冲击压路机对各点冲击力比较均匀,能保 证取样的代表性。因此在冲击碾压前应对原地表进行 平整,每冲击6遍后也要及时对冲击后的面进行平整, 并采用光轮压路机对平整后的面进行稳压。 3. 4 冲击碾压工艺控制 冲击碾压作为一项施工工艺,在施工过程中严格按 照施工工艺进行操作是冲击压实效果的最好保证。 冲击压路机对于土表面任一点的冲击作用,一周内 共有三次冲击、 三次压实。一周内对任一点冲击次数的 概率为1/ 6 ,因此采用冲击压路机碾压6遍为一作业循 环。每6遍必须进行1次找平,稳压。 为保证碾压效果,碾压时冲击压路机要从坡脚线外 1m处向中心逐步推进碾压。轮迹横向重叠1/ 2 ,纵向 错开1/ 6轮周长。碾压时保证压路机时速1215km/ h。一方面保证压路机稳定的冲击力,另一方面保证冲 击碾压各点遍数的均匀性。 4 结束语 纵观非自重湿陷性黄土 级(弱)施工过程控制和 检测结果,证明在前期准备工作充分的条件下,冲击碾 压24遍后,非自重湿陷性黄土 级(弱)类型路基,压实 度能满足规范要求,黄土湿陷性基本消除。通过对盐中 高速公路五标各种类型湿陷性黄土路基的冲击碾压处 理发现;冲击压实技术在湿陷性黄土地区的路基施工中 作用十分显著。一方面明显改善了湿陷性黄土地基的 强度,保证了路基施工质量;另一方面也对减少路基湿 陷性(工后沉降)及路基稳定性有明显的效果。 参考文献: 1 J TGB012003公路工程技术标准 S.北京: