城市快速通道施工中如何应用冲击碾压

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【摘要】本文阐述了冲击压路的作用及技术原理，并结合某城市快速通道施工中增强补压的应用进行了详细分析。

【关键词】某快速通道冲击压路机冲碾路基施工

1 冲击压路机的作用

冲击压路机的开发应用,加速了岩土工程压实技术的发展,为解决路基质量隐患提供了一项新技术,有效地保证路堤的整体稳定性;对于高路堤、路床、填挖交界路基实施检测性补压,提高路基的整体密实度与均匀性;对湿陷性黄土等软弱地基和路堑进行冲击碾压处理,使地基满足承载力与稳定的要求;对旧砂石路、旧沥青路冲击碾压与加宽部分的增强补压及旧水泥混凝土路面冲击破碎碾压,可加提高效率、加快施工进度,基本满足工程质量要求等等。目前国内地基压实和填筑及旧路改建工程已普遍应用冲击碾压技术。

2 冲击式压路机工作的用途

冲击碾压是一种具有新型压实机理的压实方法,在非圆形压实轮沿地面压实作业时,压实轮质心上下交替变化,利用势能和动能的联合作用,对土石材料静压、搓揉、周期性连续冲击,产生强大的夯实冲击波,因而具有向下的地震波传播特性,冲击力向土体深层扩散分布。产生的冲击功兼具压实和部分重夯的特点,可使地下深层土体的密实度得到改善。

当牵引车拖动冲击压路机工作时,多边非圆滚轮沿弧形轮廓曲线向前滚动,重心离地面的高度上下交替变化,产生的势能和动能集中向前、向下碾压,形成巨大的低频大振幅冲击力,通过多边弧形轮连续均匀的冲击传向地面,使土体均匀致密,达到压实基底的目的,从而提高路基的密实度和强度均匀性。冲击轮每冲击1 次,其质心上下摆动,完成蓄能、释放、冲击3个过程,以产生的势能和动能联合作用于地面。具体冲击作用过程可分为两个阶段。

(1) 第一阶段

在牵引的作用下,压实轮依靠与地面的摩擦力沿外廓曲线向前滚动,重心处于曲线最低点时,再向前滚动,重心开始上移,牵引力带来的动能转化成压实轮的势能和动能,并且缓冲机构开始作用,使蓄能器的缓冲液压缸收缩,蓄能器蓄能,具体表现为压实轮的运动滞于机身运动。

(2) 第二阶段

当压实轮重心处于曲线最高点向前滚动时,压实轮的势能开始转化为动能,蓄能器缓冲液压缸伸张,蓄能器中的压力能释放,转化为压实轮的动能。具体表现为压实轮的运动快于机身运动,补偿前一阶段滞后的位移,而且由于压实轮的特殊结构,其重心除了具有向前的线速度外,还有一个向下的线速度,直至压实轮另一条曲线的最低点接触地面,向下的线速度达到最大,动能最大。当压实轮的另一条曲线与地面接触时,开始对地面产生冲击夯实作用。牵引车的工作速度越大,使在第一阶段中蓄能器的缓冲液压缸收缩越大,蓄能越多。在第二阶段中释放的能量转化为压实轮的动能越大,对地面产生冲击夯实的动能也越多,激振的效果也越好。

冲击式压路机冲击碾压速度以10-12km/h为宜，过快的行驶速度会使冲击轮蹦离地面，与地面的接触时间短，不利于冲击力的传播与土体压实，也容易损坏机器；速度过慢，则冲击能太小，压实效果不好。

3 实例工程的应用

3.1 工程概况

某城市快速通道某标段长7.4km。路基土石方工程有路基挖方约12万m3,路基填方约60万m3,全线挖除房基土后，大部分填方大于2米，最大填方高度6m ,且多段路基处于农田和深坑中。针对该段为旧路扩宽、新建段交叉工程，高填路堤、软土及洼地等软弱地基较多,工期紧等特点,为确保路基施工质量,达到增压和补压、减小工后沉降与差异沉降效果,施工中每填高2m ,在路基压实度已达到规范要求时采用YCT25型冲击式压路机(三边弧形型) 实施冲击增强补压, 冲击遍数≥20遍。

3.2 试验段施工

为了掌握YCT25型冲击式压路机(三边弧形)对路基冲击增强补压的效果,以获得最佳施工工艺,我们在K14+300～K14+450段93区域做冲击碾压试验路段。

本标段采用YCT25 型(三边弧形) 冲击式压路机,质量为16t ,最大冲击功能达到25kJ 。

图1 冲击式压路机

3.2.1 试验路段准备工作

冲碾前统计冲击路段填筑高度、层次、填料的试验结果(包括颗粒分析、液塑限、最大干密度、最佳含水量、天然含水量),在路基上有规律的布置一系列测点,用白灰作出标记。试验段填料为低液限粘土(最大干密度ρd= 1.95g/cm3，最佳含水量W=11.0%) ,每30m为一个沉降检测断面，每断面布置4个沉降观测点。检测点标志采用Ф18*200钢筋系红布条制成埋入填土内，距填土表面20，然后用水准仪测量高程,记录冲碾前的高程,再用灌砂法检测所布测点的压实度,记录冲碾前的压实度。压实度的测点应避免与高程点重复,此时的压实度应是测点以下30cm的数据。

图2 沉降测点布置横断面图

3.2.2 冲碾过程

(1) 冲碾时压路机从路基一侧边缘行驶至终点后,转弯反向沿线路中心向起点行驶至起点;再转向路基边侧行驶,当压路机轮迹到达另一侧边缘时完成冲碾，整个场地全部碾压完为一遍。由于压实轮弧形的构造特点,冲碾一遍结束时仍有部分路基未被冲碾到,此时应接着进行，直至冲碾完成六遍时整个路基基本上都被冲碾到,此时停止冲碾,检测压实度和高程。

冲击压路机进行冲击碾压，机械行进速度在10-12km/h之间，从路基的一侧向另一侧转圈冲碾，冲碾顺序应符合“先两边，后中间”错轮进行，轮迹覆盖整个路基表面为冲碾一遍。

具体施工图如下：

图3 冲击压路机碾压行驶示意图

图4 冲击压路机碾压中

(2) 准确恢复测点,测出测点高程,记录第二组测量数据(即冲碾第六遍时的高程) 。由于路基上部约30cm 厚范围内的土已被冲碾结块或松散,所以检测压实度时应该在测量处挖掉30cm 深的表层土样,再按正常检测方法进行,记录第二组数据(即冲碾六遍时压实度) 。

(3) 继续冲碾,检测并记录冲碾第10遍、16遍、20遍、26遍的高程和压实度数据并将结果整理汇总成表,详见表1 。

3.3 试验段小结

从表1可以看出,当路基压实度已达到规范要求后,每填筑层厚2m 并冲碾26遍后可以进一步压沉25～38mm ,压实度提高5个百分点以上,能够达到增强补压的要求。当冲碾完成26遍时,冲碾效果已较理想,所以路基每次冲碾时应不少于26遍为宜;厚度宜控制在每2m 为一层进行冲碾,分层冲碾时应注意搭接重合部分宜大于2.0m;从试验效果分析,冲击压路机的行驶速度宜控制在12km/h左右,这就要求填筑层要有一定的工作长度不小于120米,让机械能达到要求的速度。

3.4 冲击压实施工工艺

(1) 用推土机、平地机对冲压工作面进行清理,整平。

(2) 埋设观测点标志,观测沉降标志的标高。

(3) 检测冲击碾压前的压实度和路基含水量。

(4) 本冲击压路机为双轮冲击碾,两轮之间的轮隙宽度为116cm,而且介质受冲击后落点间断分布。所以冲击压实采用来回错轮的方式,轮迹之间不重叠。第二趟错轮时,一个单轮从第一趟轮迹间隙通过,依次类推直至全部表面被通过压实一遍。 第一遍后在纵向上错开冲压落点1/6 冲击轮周长,保证每一个点都被压实,达到落点均匀分布,整体增强的目的。

(5) 冲击压实工作时,冲击压路机的行走线路采用环形法,对于较宽的路基,可先从路基中线开始,到冲压端头时转向一边侧,沿路基边侧返回,到端头然后再转向路基内,沿路基另半侧靠中线开始第二趟错轮方式冲压,依次类推冲压不小于20遍,使有效压实深度范围内的路基均匀密实。

(6) 冲压过程中如因轮迹过深起伏过大而影响压实效果进行时,可用平地机平刮平后继续冲击, 若路基表面扬尘,可用洒水车适量均匀洒水继续冲压。

(7) 冲击压实后表面含水量明显增大或软弹,应停止冲压,待含水量适度或采用相应的技术措施后方可继续冲击。若表土干燥, 应适量洒水,以保证压实效果。

(8) 冲压结束后测碾压后检测压实度和路基沉降值。

(9) 冲压结束,用平地机整平施工冲压路段,采用重型压路机将路基表面碾压密实平整。

3.5 施工注意的事项

(1) 冲击压实前,工作面应平整、并用重型振动压路机碾压密实,方可冲击压实施工。

(2) 如表面干燥要适量洒水,防止表面粉尘化,影响能量深层传递。

(3) 车辆转弯时应调整转弯路线,使冲击凸轮落点不致重复前次落点,以减少波浪现象。

(4) 冲压过程中应匀速冲击压实,在一个冲击压实行程中不得变速。

(5) 从路基中部向两侧冲压,冲击压实时,距路基边缘安全距离不少于1.0m。冲压傍山路基时,应由里侧向外侧冲压,距路基边缘安全距离不少于1.5m。

(6) 工作时遇结构物应调头,安全距离应为5m。

(7)作业前,各系统管路及接头部分应无裂纹、松动和泄漏现象,确认正常后方可启动。

(8) 对于冲击碾压范围内的出入口应有醒目的安全标记,禁止无关车辆与闲杂人员的出入。

(9) 夜间施工时,现场必须有符合操作要求的照明设备;对需要保护的结构物、施工中的小桥涵、穿越路基的管线等应设置围栏,并悬挂警示标志。路堤边坡等必须有夜间警示标志。

(10) 施工过程中须注意噪声对环境的影响,合理安排施工时间。

3.6 推广应用

根据试验的结果,我们在该城市快速通道的合同段所有填方路基推广使用冲击碾压补强施工技术,达到了预期效果。

3.6.1 提高路基整体质量

采用冲击压路机对已经达到规范要求压实度的路基再行补压,当冲碾20遍后,压实度均增加2～3个百分点以上,由于冲击压路机是路基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,能较好地提高路基的整体强度与均匀性,有力地避免路面的早期损坏,延长路面的良好服务水平。

3.6.2 减少路基沉降

冲击压实的碾压效果最直接的表现是进一步压沉,其向下碾压的压沉值,直接反映路基密实度的提高。从推广应用的情况看,采用冲击压路机对已经达到规范要求压实度的路基再行补压,当冲碾26遍后的平均压沉量为25-38mm。对于5m以上路堤分二层或三层(每层厚2m)冲击补压后的压沉量已大于10～15cm。因此,应用冲击压实技术有利于减少路基本体的后期沉落量,有利于保证路基的稳定性。

4 结论

随着车辆载货能力的增加和高速行驶的需要，对道路路基稳定性和承载力的提高的质量要求也越来越高。在我国高等级道路施工中,冲击碾压技术的应用将在大大路基预先沉降，最大限度地提高道路整体稳定性，延长道路使用寿命等方面发挥着重要作用。

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