公路冲击碾压技术的开发应用

公路冲击碾压技术的开发应用公路冲击碾压技术的开发应用 公路建设的实践证实 路基必须达到密实 均匀 稳 定 才能保证路面的正常服务功能 在高速公路修建中 当路基受到斜坡地形 土石填料组成 地基土质条件等不 利影响时 以及公路建成的速度加快 路基经常会产生沉 降变形而引发工程病害 近年来使用冲击压路机开发应用 的冲击碾压技术有了很大发展 在解决路基工程质量隐患 方面有所创新 如有效地减少路基的工后沉降与差异沉降 保证路堤的整体稳定性 对碾压成型路基的路床 路堤进 行检验性追加冲碾遍数 进步了路基的整体强度与均匀性 对湿陷性黄土地基或软弱地基进行冲击碾压的填前处理 使地基满足承载力与稳定的要求 对砂石路面 沥青路面 水泥混凝土路面等旧路应用冲击碾压技术进行改建 不但 加快施工进度 还能达到工程质量要求 目前除南非蓝派 公司 美国 公司生产的冲击压路机外 国内已有个厂家生 产冲击压路机 有的厂家已能批量生产供给市场 因而全 国已有二十六个省 区 市应用了冲击碾压技术 工程实 践表明 正确使用公路冲击碾压技术 其效果明显 能较 好地消除路基的潜伏工程隐患 进步公路建设质量 应用 远景十分广阔 一 冲击碾压技术一 冲击碾压技术 冲击碾压是岩土工程压实技术的最新发展 冲击压路 机由牵引车带动非园形轮转动 多边形滚轮的大小半径产 生位能落差与行驶的动能相结合沿地面对土石材料进行静 压 搓揉 冲击的连续冲击碾压作业 形成高振幅 低频 率的冲击压实原理 目前以 25KJ 三边形双轮冲击压路机使 用最多 其双轮静重 12t 行驶最佳速度为 12km h 对地 面产生集中冲击力 200 250t 相当于 1111 1543kPa 据 国家海洋局第二海洋研究所在杭金衢高速公路的宕渣 砂 砾路基上经 25KJ 三边形双轮冲击压路机以 12km h 速度冲 碾 30 遍后 实测深度 0 8 1 5 2 0 2 5m 的均匀垂直动 土压力分别为 1366 306 272 138kPa 这种高能量冲 击力周期性连续冲击地面 产生强烈的冲击波 向下具有 地震波的传播特性 产生的冲击碾压功能达到超重型击实 功 可使地下深层的密实度不断累积增加 满足重型标准 90 压实度以上的有效压实厚度视不同土石材料性状达 1 0 1 5m 比现有振动压实机械有更好的压实功效 使被 冲压的土石填料更接近于弹性状态 显示出克服土石路基 隐患的技术上风 15KJ 五边形双轮冲击压路机用于层厚 0 50 0 75m 分层压实及水泥混凝土路面改造施工 冲击压路机的技术特性决定较现行常规压路机不同的 压实工艺 不采用现有压路机压半轮或部分重叠碾压的施 工方法 而是以冲击力向土体深层扩散分布的性状 提出 新的冲击碾压方法与施工工艺 冲击压路机双轮各宽 0 9m 两轮内边距 1 17m 行驶两次为一遍 其冲碾宽度 4m 每次冲击力按冲碾轮触地面积边沿与地表以 45 2 夹角向土体内分布土压力 每遍第二次的单轮由第一次两 轮内边距中心通过 形成的理论冲碾间隙双边各 0 13m 当第二遍的第一次向内移动 0 2m 冲碾后 即将第一遍的间 隙全部碾压 第三遍再回复到第一遍的位置冲碾 依次进 行至终极遍数 冲击压路机向前行驶在纵向冲碾地面所形 成的峰谷状态 应以单双两遍为一冲压单元 当双数遍冲 压时 调整转弯半径 达到对形成的波峰与波谷进行交替 冲碾 使地面峰谷减小 表面接近平整 冲击压路机一般 行驶按顺时针与逆时针方向每五遍进行交换作业 各种土 石路基冲碾 20 40 遍可以使路基形成厚 1 0 1 5m 的均匀 加固层 二 公路冲击碾压的技术效果二 公路冲击碾压的技术效果 1 减小路堤的工后沉降率 通过室内模型试验与现场路堤沉降量试验观测 路基 在达到规范要求的压实度时 其工后沉降率为 0 4 左右 一般在斜坡地形的路基断面会加大沉降量的差异 若路堤 压实层厚度与填料不均匀 压实不足或均匀性不好 受到 土石自重压密变形 会形成拉伸与压缩应变区 使差异沉 降加大 当两点沉降量梯度大于 0 6 以上 有可能产生变 形裂缝 山区高填方路基上常见到纵向或横向裂缝 高填 方路堤采用冲击碾压技术施工可使工后沉降率接近 0 1 0 15 能较好地避免差异变形所引发的裂缝 这是解 决土石高填方路堤变形病害的有效技术措施 北京八达岭高速公路 34m 高填方路基填料为风化花岗 岩形成的含块石细粒土砂砾 冲击碾压每层压实厚度 1m 均匀压实度为重型标准 95 路基宽 10 5m 两个断面设 左 中 右沉降观测点 完工一年后沉降量为 K10 260 断面 32 37 32mm 路基中心填方高度 26 4m 沉降率 0 14 K10 300 断面 41 41 44mm 路基中心填方高 度 33 12m 沉降率 0 12 差异沉降量梯度均小于 0 1 表明路堤工后沉降率减小 冲碾密实 有很好的均 匀性 广西六水线 36m 34m 石灰岩填石路堤的振碾与冲 压对比观测 施工期沉降量为振碾 76cm 冲压 22cm 表 明冲击碾压的密实度增强 在国内高速公路振碾达到压实要求的路基上 用冲击 压路机对路床进行检验性补压 20 遍后的均匀沉降量为 北 京八达岭线 5 4cm 河北宣大线 3 9cm 福建福泉线 5 0 7 0cm 湖南湘耒线 3 0 7 2cm 重庆渝黔线 4 8 7 3cm 浙江杭金衢线 2 0 3 4cm 江西梨温线 5 0 6 0cm 等 综合分析不同土石路基路床上通过冲击补压 20 遍后 原耒路基已经达到压实度规定的沉降量为 5 0 7 0cm 当沉降量在 5 0cm 以下 是原路基压实质量优 良 如河北宣大黄土路床原耒压实度 96 浙江杭金衢宕 渣 砂砾路床级配良好 原耒压实度在 97 以上 故冲碾 后沉降量在 4cm 以下 如沉降量超过 7 0cm 则原路基压 实不足 其压实度未达到要求 或在 90 区冲击补压时 沉 降量也大于 7 0cm 对于 5m 以下路堤经冲击补压后完成的 沉降量已超过正常路基可能发生的工后沉降量 保证了路 基的稳定性 特别是斜坡地形的路基其技术效果更明显 2 进步路基整体强度与均匀性 使用冲击压路机分层冲击碾压高路堤与补压振碾达标 路床工程 能较好地进步路基的整体强度与均匀性 有利 于避免路面的早期损坏 延长路面的良好服务水平 北京八达岭花岗岩风化含块石细粒土砂砾路基的路床 经过 20 遍冲碾后 计算分析地表下 1 5m 内 用落锤式弯 沉仪 FWD 检测 均匀弹性模量值由冲碾前 180MPa 进 步到 228MPa 福建泉州工地对路基冲击碾压 20 遍后 用黄河标准车 测弯沉值 补压前均匀 l 220 0 01mm 补压后均匀 l 183 0 01mm 即冲击碾压前 E 55 7MPa 补压后 E 63 4MPa 湖南冲击碾压试验段 用解放车测定冲碾 20 遍前后的 弯沉值分别为 141 0 01mm 与 66 0 01mm 折算为黄 河标准车的弯沉值分别为 219 0 01mm 与 102 0 01mm 即均匀 E 由冲碾前 55 9MPa 进步到 95 1MPa 福建某高速公路全线路床经 25KJ 三边形冲击压路机补 压 全线建成通车前夕由交通部公路工程检测中心用自动 弯沉仪检测 测试里程 4 个车道总长 596 公里 74500 个 数据 K0 000 K66 987 代表弯沉均匀值 5 80 0 01mm K66 987 K113 028 代表弯沉均匀值 6 66 0 01mm K113 028 K154 419 代表弯沉值 8 53 0 01mm 用整 车式平整度测试车检测 测试里程 4 个车道总长 600 公里 6000 个数据 IRI 总均匀值为 1 21 0 73 以相同设备 检测路面结构与施工条件相同的某连接线 10 公里 路床未 进行冲击补压 检测结果 代表弯沉均匀值 16 27 0 01mm 平整度指标 IRI 均匀值 1 55 0 93 对比表明振碾路床 经冲击碾压的技术效果明显 进步了路基的整体强度与均 匀性 以及路面的服务水平与使用年限 冲击碾压后路基形成的沉降量 可计算出路基压实度 的增加值 按下式计算 S h 1 Kh Kh 式中 S 为沉降量 cm h 为路基压实影响厚度 cm Kh 为原路基压实度 Kh 为冲碾后进步的压实度 冲碾 20 遍后 在正常情况下 1 5m 层厚范围内压实 度均增加 3 5 个百分点 由于冲击压路机是路床顶面上全 面积的均匀冲碾压实 达到了全路基的直接检验与补充追 加压实 在路床顶面以下形成 1 0 1 5m 连续 均匀 密实 的加固层 进步了路基路面的综合强度与稳定性 3 特殊土地基的加固处理 通常湿陷性黄土地基较多采取强夯法处理 在宣化至 大同高速公路路基底层湿陷性黄土地基采用 25KJ 三边形冲 击压路机在地表面冲碾 40 遍处理 冲碾 40 遍后在地表下 110cm 内土基均匀压实度达到 Kh 91 即原来黄土的干 密度 d 1 35g cm3 进步到 1 70g cm3 其湿陷系数由 0 0438 降为 0 0022 消除了湿陷性 地表下土基 1m 内均 匀弹性模量达到 80MPa 以上 在路基底面下 1m 内经冲碾 压实 形成连续 均匀 密实的加固硬层 其技术指标已 经完全符合黄土地基加固的质量要求 在甘肃 宁夏 山 西等湿陷性黄土地基采用冲击碾压进行处理 也取得同样 加固效果 京秦高速公路玉田段有长约 16 公里的软土路段 在 K65 800 K66 100 用冲击压路机进行了冲击碾压排水固 结加固软土地基试验 冲击碾压对软土地基具有加速沉降 与加固的作用 软土路段地表填砂砾层厚 50cm 插塑料排 水板穿透软土层至砂层 均匀长 15 16m 间距 1 5 2m 在砂砾层上填土高度 50cm 三天内冲击碾压 22 遍 监测 结果 地面沉降 17 4mm 连续沉降 17 8 地表下 3m 深处 分层沉降 10 1mm 地表下 7m 深处分层沉降 5 0mm 当 路基填土达到 2 4m 时 六天内进行第二次冲击碾压 40 遍 试验 监测结果 地面沉降 20 6mm 连续沉降 21 4mm 地表下 3m 处分层沉降 12 0mm 地表下 7m 深处分层沉降 5 0mm 地表下 12 5m 深处分层沉降 2 5mm 地表下 17m 深处分层沉降 0 5mm 孔隙水压力在 3m 深处当碾压 18 遍 时由 11 274kPa 增加到 11 677kPa 当继续碾压达到 33 遍 时 孔隙水压力由 11 274kPa 增为 16 766kPa 以上监测 结果表明冲击压路机对地面施加冲击能量 使土体受拉 压作用 软土自由水经塑料排水板排出地表后土体密实度 增加 加速了软基的沉降固结 假如在软基上填筑路堤 采用冲击压路机分层碾压工艺 可在施工过程中加快软基 的固结速度 有利于软基的沉降固结 地基土的自然稠度处于 0 5 1 0 过湿状态 需要进行加 固处理 可用冲击碾压结合水稳定性好的粗粒材料垫层综 合加固 该垫层厚度按稠度 wc 确定 当 1 0 wc 0 9 垫层厚 20cm 0 9 wc 0 75 垫层厚 30cm 0 75 wc 0 5 垫层厚 50cm 在粗粒料垫层上用冲击压路机碾 压 20 30 遍后 可使地基土表面部分厚度固结 与水稳定 性好的粗粒材料形成加固地基或路床 4 加快旧路改造施工 当公路升级需要改建旧路时 必须进步路基质量 满 足新路等级的压实标准 通常采取开挖路面与路床 路堤 重新回填分层压实 达到规定的压实度 对沥青或水泥路 面需要破碎 翻挖与清除 采用冲击碾压技术则不必开挖 路面与路基 可以直接在原路面上用冲击压路机进行冲碾 施工 使路基达到质量要求 旧路面能得到利用 使用这 种新工艺能节约筑路材料 有利于环境保护 保证工程质 量 加快改建公路进度 宁夏盐兴公路改建 将原砂石路面低等公路进步到二 级公路 用 25KJ 三边形双轮冲击压路机直接冲碾旧路 完 成试验段后 指导全线施工 低液限粉土段冲碾 50 遍后 压实度均匀值 0 30cm 处由 84 8 进步到 97 1 30 80cm 处由 85 0 进步到 95 3 80 150cm 处由 82 5 进步到 94 1 均匀沉降量 24 5cm 路基技 术指标已达到规范标准 生产路段低液限粉土路基按冲碾 50 遍施工 粉土质砂段冲碾 30 遍后 压实度均匀值 0 30cm 处由 91 4 进步到 97 6 30 80cm 处由 90 7 进步到 95 6 80 150cm 处由 93 5 进步到 96 9 180cm 处由 91 8 进步到 93 9 均匀沉降量 11cm 路基技术指标已达到规范标准 生产路段粉土质砂 路基按冲碾 30 遍施工 经比较冲击碾压比正常工艺施工每 公里由 15 万元降至 7 万元人民币 减少用度 46 7 内蒙古包东线原 5cm 沥青混凝土面层 15cm 手摆块 石 10cm 砂砾垫层 进行改建施工 用 25KJ 三边形双轮 冲击压路机在面层上直接冲击碾压加固路基 冲击碾压 50 遍后 压实度均匀值 0 80cm 处由 86 8 进步到 96 4 80 150cm 处由 87 3 进步到 93 3 150 200cm 处由 86 3 进步到 90 3 路基压实 度均已达到规范要求 安徽天长 205 线高速公路水泥混凝土路面已损坏 需 要进行改建 采用 15KJ 五边形双轮冲击压路机对水泥路面 进行冲碾破碎与路基加固 冲击碾压路面在 20 遍以内 面 版呈网状破坏 有一定沉降量 已对路基进行加固 仍保 持半刚性基层与原面版的版体作用 对个别土基软弱部分 需进行换填加固处理 经检测与完成技术处理措施后 即 加展高速公路的面层 上下行车道分先后顺序已完成施工 此外 在广东 河南 浙江等地用相同的五边形冲击压路 机进行了水泥混凝土路面改建的冲击碾压试验与施工 取 得较好的技术效果 公路升级改建需要加宽修建新路基 特别是二级公路 改建为高速公路时 使用冲击碾压技术能较好地解决新老 路结合引起的变形裂缝题目 在加宽路基与坡脚外 1 0m 地 基范围内 地基应进行冲击碾压加固处理 如属于前述的 特殊土地基 则采用的技术措施与冲击碾压结合进行加固 处理 当新加宽路基分层压实到路床后 对新老路结合部 与新路床进行了冲击碾压检验性补压 再视完成路基的具 体状况 必要时在结合部路床内加展土工格栅 这样处理 后能较好地避免产生因新老路结合所引发的沉降变形裂缝 三 使用冲击碾压技术的留意事项三 使用冲击碾压技术的留意事项 1 公道选用机型 目前国内生产的冲击压路机有 12 个厂家共 20 个型号 种别繁多 使用不当 很难达到预期 的目的 对于路