冲击压路机在土石混填路堤中的应用

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2016年10月25日
   公路建设和公路运营的实践证明,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,一般采用控制路基的压实度.、弯沉、工后沉降来达到功用要求。在路堤施工中若填料不能适用压实度控制时,按现行规范采用振动压路机碾压沉降来控制路堤填筑质量。再者,现在公路建设要求工期较短,路基工后自然沉降至路面施工时间更是不能达到应有的沉降时间,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,在路堤施工过程中采用补强碾压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。现在对路堤的填筑过程中,利用冲击压路机对路堤填层进行分层冲击碾压,不但提高了路基的整体强度与均匀性,也能节约路堤填筑过程中对石块进行破碎的成本费用。加快施工进度,还能达到工程质量要求。
1现行路基施工技术规范要求
    现行《公路路基施工技术规范》(JTJ033-95)中关于土石路堤施工有如下要求:
    天然土石混合料中所含石料强度大于20MPa时,石块的最大粒度不得超过压实层厚的2/3,超过的应当清除;当所含石料为软质岩(强度小于15Mpa)时,石料最大粒径不得超过压实层厚,超过的应打碎。
    土石路堤不得采用倾填方法,均应分层填筑,分层压实。每层铺填应根据压实机械类型和规格确定,不宜超过40cm。
    土石混合填料中,当石料含量超过70%时,应先铺填大块石料,且大面向下,放置平稳,再铺小块石料、石碴或石屑嵌缝找平,然后碾压;当含量小于70%时,土石可混合铺填,但应避免硬质石块(特别是尺寸大的硬质石块)集中。
    按以上施工规范要求,采用一般的振动压路机进行施工,土石混填路堤施工分层不能超过40cm,石块的最大粒径不能大于27cm。
2冲击碾压技术
冲击压路机由牵引车带动非圆形轮滚动,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,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,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优势。
    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,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缘与地表以45°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央通过,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,依次进行至最终遍数。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。冲击压路机一般按顺时针与逆时针方向侮五遍进行交换作业。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。
3冲击压路机发展及现状
    1995年夏天,南非压实设备技术公司在香港新机场冲击压实后,将其冲击压路机首次引入中国大陆,自1999年国产冲击压实压路机小批量生产并推向市场。如今我国是世界上使用冲击式压路机数量最多的一个国家,在过去的10年中,冲击压路机在高速公路中得到了大量的应用,但在大量的应用中,因没有相应的冲击压实施工规范,只能将冲击压实作为一种补强碾压。现在,某些省份交通部分一般要求对路堤地基进行填前碾压,对分区层进行补强冲击碾压。
4工程概况
    沪蓉国道主干线重庆忠县至垫江高速公路项目位于四川盆地川东平行岭谷区,丘包群立,沟谷迂回,为四川盆地典型丘陵地貌。第四系地层零星分布,广泛出露侏罗系地层,岩性为砂、泥岩互层。岩体呈中厚层构造,砂岩天然单轴抗压标准值达26MPa裂隙不发育,岩体完整。本标段承建的路段土石比例大约为1:8,绝大多数路堤要利用砂岩进行填筑。
    路基通过村庄,挖方地段离农民房屋基本上是60-150m,这就决定在路基挖方过程中,只能采用松动爆破,而不能采用抛掷爆破。在施工过程中爆破出石方粒径均比较大。对于1m以上的石块采用爆破解小,对于小于1m的石块采用液压破碎锤进行解小。
5冲击碾压对岩性适用研究
在填石路基的压实过程中,存在三种作用使填料在冲击碾压下达到密实。一是岩石之间互相错动,使得岩石之间互相填补达到密实;二是在强大的冲击力下大块岩石本身破碎增加填料的接触面,大小粒径互相填补达到密实;三是在冲击力的作用下,岩石接触面破碎,产生小粒径的岩砾填补大的缝隙达到密实。根据冲击碾压的特性,我们用压碎值测定仪作为分析砂岩在冲击力作用下的压实特性。在试验中,装入试筒的碎石不进行捣实,加压后,测量压柱的沉降量。试验数据如表1所示。
 
自室内试验可以看出。冲击力的作用对砂岩的破碎和压实作用较为明显。当压200KN时,重复冲击对于砂岩的破碎和压实的作用下降。在现场我们设计采用震动压路机和冲击压路机在不同填层厚度的路基断面进行试验,在试验中每10m设置一观测沉降断面,每个断面设置5个观测点。经试验统计数据如表2所示。
 
    从现场试验的结果可以看出:(1)直接采用冲击压路机进行压实时的沉降量大于分层压实加补强压实的沉降量,这是因为在推土机平整时,对填料已经进行了压实,产生了部分的沉降,单在实际中无法测量这部分沉降量;(2)填层为150cm时,直接采用冲击压路机的压实效果将不能满足要求;(3)填层为120cm时,震动压路机的压实效果比填层为100cm和150cm效果要好;(4)采用补强冲击压实均能提高路基的密实度。
    (5)当填层为120cm时,99/85=1.16,填层为100cm时,(68+7)/(55+8)=1.19,直接采用冲击压实效果与采用震动压路机压实效果相当。
6冲击压路机压实效果
6.1减小路堤的工后沉降率
    28m高填方路基填料为风化砂岩形成的含块石细粒土砂砾,冲击碾压每层压实厚度1.2m,路基宽24.5m,两个断面设5个沉降观测点,完工8个月后沉降量为:K118+560断面26、29、27mm,路基中心填方高度28.4m,沉降率0.102%;K119+680断面26、28、24mm,路基中心填方高度28m,沉降率0.1%。差异沉降量梯度均小于0.1%,表明路堤工后沉降率小,冲击碾压密实。
6.2提高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,能较好地提高路基的整体强度与均匀性。在k120+280风化含块石细粒土砂砾路基的路床,经过25遍冲碾后,计算分析地表下1.5m内,用落锤式弯沉仪(FWD)检测,平均弹性模量值由冲碾前156MPa提高到216MPa。
7冲击压路机的经济效益
    当采用震动压路机进行压实施工,则填料厚度不能超过50cm,最大粒径不能超过33cm。采用松动爆破砂岩粒径一般在30~120cm之间,大于1m的石块采用爆破解小,小于1m的石块采用液压破碎锤进行解小。破碎锤每个台班只能破碎250m³。采用冲击压路机填料粒径可以达到120cm。,最大粒径可达80cm,在施工过程中,在填筑区采用破碎锤每个台班能处理3000多方填料。经现场测算,采用冲击压路机可提高效率400%,每方施工成本能节约机械费用15元/m³。
8使用冲击碾压技术的注意事项
    (1)合理选用机型。目前市场上压路机型号类别繁多,使用不当,很难达到预期的目的。
    (2)正确使用冲击碾压施工工艺。对于双轮冲击压路机应按通过两次为一遍,压实宽度4m为计算单元,并按前述的施工工艺作业。单轮冲击压路机以通过一次的轮宽为压实计算单位。
    (3)正确理解冲击碾压有较宽的含水量范围。由于冲击压路机具有高能量的压实功能,相当于超重型击实标准的击实功,达到重型压实度的含水量仅在小于最佳含水量范围内扩大,其大于最佳含水量的范围不会扩大。因此,含水量视土的塑性指数大小,宜控制稠度不小于1.1-1.2。否则厚80-100cm土层冲压会形成弹簧土,无法压实。
    (4)控制构造物的安全距离。冲击压路机的轮边与构造物应有1m的安全距离。桥涵构造物上填土厚度不少于2.5m。
(5)控制冲击碾压时的行车速度,不能低于10km/h。在每段路基施工交界处,要作到交错碾压,确保在每个路基断面均能由时速大于10km的冲击碾压。
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