道路蓝派冲击压实技术.doc

蓝派冲击压实技术蓝派冲击压实技术碾压堆石体时,利用牵引机拖动非圆形压实轮滚过堆石体,压实轮对堆石体产生冲击、揉压、碾压作用,在高能量、大振幅的冲击振动下,块石棱角破碎,坝料实现嵌填,而揉压、碾压又使其得以相对稳固.经多次冲击、揉压、碾压作用,填料被逐步压密、压实.该技术使用结果表明:冲碾后级配的变化满足设计要求;堆石层间结合紧密;被压实物料的干密度达到设计指标.“1、一种采用高振幅、低频率的冲击压实机来压实路基的施工方法，其特征在于在已完成的路基上进行补充冲击碾压的连续作业，通过增加碾压遍数，使路基增加密实度，并形成厚度在1.01.5m的范围内的加固层。2、根据权利要求1所述的采用高振幅、低频率的冲击压实机来压实路基的施工方法，其特征在于补充冲击碾压的连续作业采用高能量冲击压实机。3、根据权利要求1或2所述的采用高振幅、低频率的冲击压实机来压实路基的施工方法，其特征在于补充冲击碾压的连续作业采用25KJ冲击压实机。4、根据权利要求1或2所述的采用高振幅、低频率的冲击压实机来压实路基的施工方法，其特征在于补充冲击碾压的连续作业采用三边形冲击压实机。”该专利说明书记载：对于本发明的采用高振幅、低频率的冲击压实机来压实路基的施工方法，2年来在国内不同地区与不同石填路基的试验工程实践中进行了试验。比如，在北京的八达岭高速公路二期工程、湖南湘潭至耒阳高速公路、福建省福州至泉州高速公路、河北省张家口地区大同至宣化高速公路的湿陷性黄土地基等，均采用了25KJ型的高振幅、低频率的冲击压实机。经实践表明，采用25KJ三边冲击压实机的冲击能量较振动压实机增加10倍，压实影响深度达5m，有效压实厚度由振动压实的0.200.30m，增加为1.001.50m，并且该冲击压实机的碾压速度较振动压实机提高了两倍。1999年2月，蓝派公司投资成立蓝派（北京）公司。同年3月5日，蓝派（北京）公司与杨世基签订了关于促进使用高能量冲击压实技术合作协议，约定蓝派（北京）公司向杨世基提供建议、信息、文件以及履行协议所需的必要帮助，并每月给杨世基固定金额12 000元；杨世基向蓝派（北京）公司提供技术服务、技术秘密以协助蓝派（北京）公司在中国应用冲击压实技术和设备所需的试验、应用技术开发等工作，同蓝派（北京）公司签署保密协议并遵守确保蓝派（北京）公司所有的技术的知识产权得到保护。1999年第1期公路交通科技刊登了杨世基与吴立坚撰写的文章冲击压实粗粒土路基，该文主要论述冲击压实高速公路路基技术，包括冲击压实机分层压实粗粒土高路堤和路基振动压实后再用冲击压实机碾压的技术特性。文章提及八达岭高速公路指挥部决定采用蓝派公司的冲击压实机对最后一处34m高填方路基进行碾压，并对部分振碾压实后的路基进行冲击补压，交通部公路科研所于1998年3月对冲击压实效果进行多层布点定测，检测内容涉及多项参数，本文根据测试结果，论述冲击压实的技术特性、碾压工艺与检测方法。文章首页还注明收稿日期为1998年7月7日。杨世基撰写的文章冲击压实技术在路基工程中的应用论述了冲击压实技术具有减少路基工后沉降、提高路基整体强度及加固软弱地基的作用。文章提及蓝派公司冲击压实机25KJ-T3三边形和15KJ-T5五边形，还提及了八达岭高速公路、福建泉州工地、京秦高速公路、宣化大同高速公路、湖南工地等测试情况。前言 冲击压实是压实技术的最新发展。八达岭高速公路预定1998年国庆建成通车，为了能按期高质量的完成施工任务，八达岭高速公路指挥部决定采用兰派公司的冲击压实机对最后一处34m高填方路基进行碾压，并对部分振碾压实后的路基进行冲击补压。我们对冲击压实效果进行试验检测，以确定合理的松铺厚度与碾压遍数。测试内容有：地面高程；冲击碾压地面的下沉量（S）；填土的干密度（pd）；含水量（w）；表面波密度仪测表面波（CR）计算于密度；动态圆锥贯人仪（DCP）测地表下土体不同深度的贯人值（DN），由此推算出其它力学参数，如：加州承载比（CBR），弹性模量（E），无侧限抗压强度（UCS）等；落锤式弯沉仪（FWD）测土基强度（E0）。本文根据测试结果，论述冲击压实的技术特性。碾压工艺与检测方法。 1、冲击压实 冲击压路机是用三边形或五边形轮子来产生集中的冲击能量达到压实土石填料的目的。冲击压实机可由配套的重型工业拖车在前方牵引，也可以自行。图1示冲击压实机的基本原理。冲击压实机以其静能量来标定，能量按下式以千焦（尔）计算 E = mgh （1）式中， E能量，U； m动力部件的质量，kg； g一重力常数（9.81m/s2）； h轮子外半径同内半径的差值，h=r-r，m，见图1。图1冲击压实机基本原理 南非蓝派公司研制开发的冲击压实机常用的有25T3一25U三边形和15T5一15U五边形两种压实机，25kJ压实机用于原位碾压和层厚1m以下填料碾压以及碾压质量的检验，15kJ压实机用于层厚5075cm的填料碾压，由于是五边形轮子，可比三边形25kJ压实机用较少遍数获得所需的密实度。冲击压实机在土石方压实作业中，突破了传统的碾压方式，当其一角立于地面，向前碾压时，产生巨大的冲击波，由于碾边顺序连续冲击地面，可使土体碾压均匀密实。该机以每小时912km的行驶速度碾压作业，即冲击碾每秒钟冲击地面两次，相当于低频大振幅冲击压实土体，并周期性地冲击地面，产生强烈的冲击波向地下深层传播，具有地震的传播特性，其压实深度可随碾压遍数递增，25kJ压实机的高能量可对填料作深层压实，从而降低土的渗透性，为分层碾压或填方材料提供坚实的基础。在低交通量道路，对施工现场原位材料的深层压实能形成较好强度和稳定性，而不必换填材料。在多数情况下，直接修筑底基层和基层就可得到优质道路。 2、高填方路基的冲击压实检测（1）下沉量检测 普通振动压路机为低振幅高频率，对深层的影响较小，且每层碾压松铺层的厚度不超过0.5m，分层碾压68遍后，压沉值基本稳定。冲击式压路机为高振幅低频率，对深层产生较强的冲击能量，随着土石密实度增加，其影响深度也逐渐增加。冲击压实以实测沉降量的变化为主，同时进行灌砂法密实度检测。表面波干密度检测以及落锤式弯沉仪检测等，确定合理的层铺厚度与遍数。 交通部公路科研所进行了多层布点定测，其中第3层因冲击碾压后点位的变动而略有误差，第屯第5两层均采用预埋水泥。易拉罐盒的方法进行准确定点，故数据较为准确。现将第屯5两层的定点实测下沉量S值列于表1，表2。路堤第4层冲击碾压后定点下沉量S值（cm） 表1位置冲压数定点下沉量S值每行S平值外行距10遍10.111.44.4 18.918.69.612.2外边缘 20遍1.83.33.706.52.63.07m 30遍4.12.25.15.71.40.93.2中行距20遍2.41.21.31.14.72.02.1外边缘30遍1.81.11.60.30.4一1.015m内行距10遍7.52.95.13.66.04.34.9外边缘20遍2.703.41.32.43.22.227m30遍2.53.5-0.5-0.91.00.11.0合计10遍n=12，S10平=8.5，Cv=0.64320遍n=18，S20平=2.4，CV=0.66430遍n=17，S30平=1.8，CV=1.008注：表中各行定点问距5m，层厚9cm左右，测试日期：1998年3月9日 路堤第5层冲击碾压后定点下沉量S值（cm） 表2位置冲压数定点下沉量S值每行S平值123456外行距外10遍7.512.39.76.48.14.88.1边缘7m20遍2.90.7-1.11.12.21.6中行距外10遍4.42.53.83.71.74.83.5边缘15m20遍2.43.82.52.94.54.13.4内行距外10遍3.82.74.73.77.76.14.8边缘27m20遍3.33.32.64.53.05.23.7合计10遍n=18，S10平=5.5，Cv=0.50020遍n=17，S20平=3.0，Cv=0.426注：表中各行定点间距5m，层厚1.0m左右，测试日期：1998年3月12日 外行定点位置距外边缘较近，土石料摊铺时，推土机通过的遍数较少，故下沉量较大）表1、表2外行10遍的平均下沉量分别为12.2cm、8.1cm，中、内两行1120遍合计的平均下沉量分别为2.4cm，3.0cm，已基本接近表4中1120遍补压后的平均下沉量。表1中2130遍后的平均下沉量为1.8cm，其中外行的平均下沉量为3.2cm，中行及内行的平均下沉量均为1.0cm。（2）灌砂法干密度检验 路堤填料为强风化花岗岩，开挖后大部分为松散粗砂，含少量块石，由土石颗粒组成，筛分结果为含块石细粒土砂砾。重型击实最大干密度为1.945g/cm3。采用灌砂法测定干密度进行压实度检测： 1998年2月27日底层（外缘厚度达7m）冲碾60遍后，20cm深度以下压实度为99.5， 70cm深度以下压实度为93.6， 120cm深度以下压实度为90.8；3月2日一层（松铺厚度每层控制在1.01.2m）冲碾30遍后， 90cm深度以下压实度为96.3，同时在推土机推开底层的剖面上，测得深度1.5m以下压实度为86；3月19日8层冲碾20遍后，测得深度20cm以下，平均压实度为95.6，Cv=0.009。（3）表面波压实密度仪检测 BAJ一3B型表面波压实密度仪是以表面波理论为依据，采用电磁。电子及信号处理等高技术研制的新型快速无损检测仪器。 表面波是一种弹性波。当在半无限弹性介质表面进行垂直激振时，介质中质点产生相应的纵向和横向振动，使介质表面的质点作椭圆运动，其振动沿介质表面层传播，产生表面波，表面波在材料中的传播速度与激振频率，传播深度具有如下关系： VR = （2D） 式中：VR表面波速度，m/s；f一表面波振动频率，Hz；D 垂直振动平均深度范围，m； 波长，m。 根据实验研究证明，表面波在材料中的传播速度VR与材料的干密度。强度。弹性模量等工程力学参数存在良好的相关性，可建立起相关方程式。因而，通过在现场检测得到施工结构材料中的表面波速度，即可计算出材料的力学参数，对施工质量进行监狈】与评定。 采用表面波压实密度仪检测第5层定点位置冲碾10遍后的数据列于表3。测得的VR值采用土石粒径类似的相关方程d=1.6640.001VR，计算出各定点不同深度的平均干密度，该值由每个点上下左右4个方向各0.5m距离测算，每个方向采取5个数据，平均后得出表中各点的平均VR值。再根据表3相应各点的下沉量计算出0遍与20遍的干密度与压实度。外行0遍时的压实度K0平85.6，中行及内行0遍时的压实度分别为87.9与875，其差异沉降是由于外行范围推土机通过的次数较少所致。经回归计算：K87.0， Cv=0.014，K10=92.5，CV=0.020，K2095.1，Cv=0.020，K20=19.6十0.816K10（n 32，r0.814）。表明面波仪测得的压实度与挖坑灌砂法检测以及由已碾压完成补压下沉量计算的压实度基木吻合。 路堤第5层面波仪检测压实密度值 表3检测点f=100Hz，L=0.5mf=50Hz，L0.5mVRCVDpdK10K20VRCVDpdK0K10K20m/smg/cm3%m/smg/cm3%外行-1140.40.701.80492.895.6145.11.451.80985.893.095.8外行-2115.70.581.78091.592.482.30.821.74683.489.890.7外行-3166.30.831.83094.1145.41.451.80985.093.0外行-4177.30.1720.881.84194.795.8134.70.0601.381.80086.692.593.5外行-5233.90.1351.171.89897.698.7140.60.0241.411.80585.392.893.8外行-6142.80.0760.711.80792.995.0126.60.0371.261.79087.692.094.1中行-1160.90.1970.811.82593.896.1121.10.2881.211.78587.891.894.1中行-2140.40.2520.701.80492.896.5126.00.3231.261.79089.792.095.6中行-3151.90.2790.761.81693.495.887.80.1020.881.75286.790.192.4中行-598.60.1870.491.76390.694.999.00.1120.991.76389.190.694.9中行-696.70.3140.481.76190.594.498.80.1470.991.76389.190.694.5内行-1168.20.1500.841.83294.297.4154.20.0211.541.81889.993.596.7内行-2185.40.1260.931.84995.198.3117.00.1991.171.78189.191.694.7内行-3108.60.0480.541.77391.293.6102.50.1701.031.76786.690.993.3内行-4125.80.1410.631.79092.096.384.70.0660.851.74986.689.994.1内行-5215.70.1221.081.88096.799.7130.70.0111.311.79585.292.395.2说明：f-表面波振动频率；L-激振器与传感器间中心距；VR-表面波速度；D-垂直振动平均深度；K10-冲压10遍时测得平均表面波速；八后计算的压实度； K0与K20为K10按表3相应下沉量计算的0遍与20遍的压实度。3、补压振碾填方路基的冲击压实（1）5k200520段冲碾补压 填方路基平均填高5m，达到上路堤位置，距上路床顶面还差1m。冲击压实机碾压长度300m，宽度16m。选定代表性位置中心桩5k380480。每20m进行固定桩布点定点测定，横向为中心桩号左右各2m、6m距离，即各定点纵向间距20m，横向间距4m。1998年2月25日冲击碾压10遍，2月26日再冲击碾压10遍，测得各定点的压实沉降值列于表4。 振压路基冲压后定顶点下沉量3值 表4位置冲压10遍冲压1120遍冲压20遍合计5k+3801.73.14.01.53.30.92.22.35.04.06.23.8+4002.63.42.04.11.11.92.41.03.75.34.45.1+4205.46.92.34.12.81.31.51.68.28.23.85.7+4403.54.85.43.14.93.11.62.98.47.97.06.O+4605.34.21.24.62.62.61.73.87.96.82.98.4+4800.62.100.83.81.70.10.44.43.80.11.2S平=3.2，CV=0.551S平=2.2，CV0.553S平=5.4，CV=0.425注：表中定点为中心桩号左右各2m、6m距离。 冲压10遍平均下沉量3.2m，CV=0.551；冲压1120遍平均下沉量2.2cm；合计平均下沉量5.4cm。则冲碾压实沉降率为5.4500=0.0108。各定点的S值变化较大，冲压10遍的S平值Cv为0.551，冲压20遍后合计S平值Cv为0.425，表明振动压实后路基密实度的不均匀性经冲击碾压后达到路基均匀密实，各点沉降散点图见图2。图2 5K+200520段补压沉降散点图 路基填筑采用VV170 40吨振动压路机分层碾压，达到压实标准，即上路堤达到重型压实度93，下路堤达到重型压实度90，冲击碾压的有效压实深度可达到1.5m，按平均下沉量3平=5.4m的90计算，平均重型压实度冲碾后提高为95，使路堤的整体强度提高。 用标准轴重10t荷载在5k200520进行弯沉测定，下雨后测得回弹弯沉l0为9（0.01mm），天晴后测得l0为4.5（0.01mm），原来施工l0的控制值为90（0.01mm），表明冲击碾压后大幅度提高了路基的整体强度。（2）0k8401k110、1k260340、1k580620段冲碾补压 由于试验段为半填半挖路基，中间及外边为填方，里侧为挖方，布点时从0k840起沿路线方向每隔20m布设一排两个点，外侧点距路肩边沿3m，中间点距外侧点4m，在点位处撒上石灰，并钉上系了红布条的铁钉，以确保每次定点测量的准确性。经10遍、20遍、30遍冲碾后的沉降量经统计分析的结果为：0k840lk110段，冲碾10遍后，S平=1.3cm，Cv=1.14；1120遍，S平=1.3cm， Cv=0.85；30遍合计，S3平=3.8cm，CV=0.57，其中外侧S平4.8cm，Cv0.37；中间S平2.7m，Cv0.74。1k260340，lk580620段，30遍合计S平=6.8cm，Cv=0.47；其中外侧S平=7.3cm，Cv=0.27；中间S平=6.4m，Cv=0.65。 由面波仪的检测可以看出，经过30遍冲碾之后，地表下6080cm内土的干密度由1.815gcm3提高到1.850gcm3，压实度由93.3提高到95.1。这说明冲击碾压的效果是比较明显的，完全能够满足规范路床的要求。（3）动态圆锥贯人仪（DCP）测试 动态圆锥贯人仪（DCP）的英文是Dynanlic ConePenetrometer，简称贯人仪，属小型轻便地基土原位测试的触探仪，其锤重8kg，落距575mm，贯人杆长1000mm，杆直径?16mm，圆锥头直径20mm，锥尖为60角，贯人杆旁连接1000mm的读尺，直接读记每击一次的贯人值。这种原位测试的DCP贯人仪在国外已经在使用中积累了贯人值与相应土性指标的关系。其每锤击一次（blow）的贯人值（mm）为DN（mmblow），DN已经与土的弹性模量（E）、加州承载比（CBR）、无侧限抗压强度（UCS）建立了关系式，在南非用DN值作为路面设计的参数。DN与CBR、E、UCS的关系式如下： DN与CBR关系式 CBR441DN-1.31 （3） DN与E关系式 E1123DN-1.064 （4） DN与UCS关系式 UCS3218DN-1.158 （5） 对试验段的各测试点在冲击碾压前后进行了DCP测试，根据两试验段各测试点的DN值，进行汇总计算出冲碾前后各遍的平均DN值（DN），列于表5及图3，可以看出冲碾前后各不同遍数在地面下不同深度的平均口可值的变化规律。由DN值与CBR、E、UCS的关系，根据公式（3）、（4）、（5）可整理出表6，表7、表8、表9及图4、图5、图6、图7，可以看出冲碾前后不同碾压遍数时在不同深度下CBR、E、UCS的强度变化规律。贯人量（DN）值与深度的关系-表5深度（mm）80160240320400480560补压前5.235.285.596.87.88.48.25补压后6.44.551.821.972.23.754.13图3贯人量（DN）值与深度的关系 1补压前；2补压后 击数与深度的关系 表6深度（mm）80160240320400480560补压前18211612101010补压后13204440412319 模量值（E）与深度的关系 表7深度（mm）80160240320400480560补压前204202 198150127 145153补压后155223359545483274248 CBR与深度的关系 来8深度（mm）80160240320400480560补压前54535237313647补压后39602011811507669 无侧限抗压强度（UCS）与深度的关系表9深度（mm）80160240320400480560补压前499491484360305347433补压后376550160814671233677622图4 击数与深度的关系（1、补压前，2、补压后）图5模量值（E）与深度的关系（1补压前；2补压后）图6 CBR与深度的关系（1、补压前；2、补压后）图7无侧限抗压强度（UCS）与深度的关系（1补压前；2补压后） 由以上各图可以明显看出，地表下2050cm内土的密实度最大，向下逐渐减小。（4） 落锤式弯沉仪（FWD）检测 根据部标JTJ059-95公路路基路面现