试论冲击碾压技术在高速公路施工中的应用

发表时间:2015/11/9   来源:《工程建设标准化》2015年7月供稿   作者:杨逵
[导读] 延张家口市高等级公路资产管理中心 冲击碾压技术是指采用冲击压路机对碾压面的压实,主要作用是提高被压对象的密实度与破碎度。

杨逵
  (张家口市高等级公路资产管理中心,河北,张家口, 075000)
  【摘  要】在高速公路中路基的填筑比一般的公路较高,承担的车辆荷载也是相对较高所以其强度和稳定性引起了施工和设计人员的高度重视,尤其是对高填方路基需采取措施进行补强措施,施工中使用冲击碾压技术进行填前碾压、填方压实、挖方压实和路基补强,具有施工速度快、施工效率高、施工费用低的优点,可以减少沉降,提高路基压实度和整体强度。本文讨论了冲击碾压施工技术在高速公路施工中的应用,以供参考。
  【关键词】冲击碾压技术;高速公路;应用
  前言
  冲击碾压技术是指采用冲击压路机对碾压面的压实,主要作用是提高被压对象的密实度与破碎度。冲压效果与土质状况、冲击压路机的型号、行驶速度有关。目前我国的冲击压路机数量已达数百台,广泛应用于公路行业的多个领域:高路堤、路床、填挖交界路基的冲击增强补压;湿陷性黄土等软弱地基、路堑的冲击碾压处理;路堤等的分层填筑冲压;旧砂石路、旧沥青路的冲击碾压与加宽部分的增强补压等。
  一、冲击碾压技术原理和试验
  1、冲击压路机原理
  由牵引机带动非圆形轮滚动,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路面对土石材料进行滚压、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。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,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。
  2、冲击碾压试验段
  冲击碾压全面施工前,根据地基土的地质、含水率情况冲碾机械条件,选择不小于100m的试验区段进行冲击碾压试验。选定与地基冲碾压实、检测有关的工艺参数,将以上资料整理上报监理工程师批准后,用以指导此项工程的路基施工。
  冲击碾压采用的机械为25KJ三边形双轮冲击压路机,其双轮净重12t,行驶最佳速度为12km/h,对地面产生集中冲击力2000~2500KN,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,向下具有地震波的产波特性,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到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。

  二、冲击碾压在高速公路工程中的应用
  1、高填方的补强处理。在高填方路基施工中,主要采用普通振动压实设备,每隔2m的层厚进行冲击碾压的补压将能以较小的经济成本获得较好的压实效果,可以较好地解决高路堤的工后差异沉降,增强路床的整体性与均匀性。
  2、上路床和零填挖地段处理。


上路床和零填挖地段由于与路面质量密切相关,压实度要求往往高达95%甚至98%,尽管普通压实设备也能达到这个要求,但其压实度沿层厚方向的下降较为明显。冲击碾压由于影响深度可以达到1m,将会使整个路基各层的密实度曲线趋于平缓,路床顶面以下约1m深度内形成连续、均匀、密实的加固层,从而提高路基的综合强度和承载力。
  3、软土地基加固处理。软土地基的处理,当采用排水固结处理时,冲击碾压对软土地基具有加速沉降加固的作用。某些软土地段,在排水处治阶段压实设备无法就位工作,可以在路堤填筑过程中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。
  4、旧路改造工程。通常的做法是开挖路面与路床、路堤,重新回填分层压实,以达到规定的压实度,对沥青或水泥路面需要破碎、翻挖与清除,这样利用原路基,并没有真正减少工程造价。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。
  三、高速公路中冲击碾压的技术效果
  1、提高路基整体强度与均匀性。有数据统计,在经过冲击压路机多次碾压后,其路基的平均弹性模量值和用黄河标准车测的弯沉值均有大幅度的改变,路基状况会有明显变化。特别是在冲碾二十遍后,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全面积的均匀冲碾压实,达到了路基的直接补充追加压实,在路床顶面以下1.0~1.5m处形成均匀、连续、密实的加固层,从而提高了路基路面的综合强度和稳定性。
  2、减小路堤的工后沉降率。由于地形环境等的影响,并且路堤压实层厚度与填料不均匀,压实不足或者均匀性不好,受到土石自重压密变形时,就会形成拉伸与压缩应变区,从而使沉降差异加大。而当两点沉降量梯度大于0.6%以上,有可能产生变形裂缝,而山区高填方路基上常见到纵向或横向裂缝。通过大量的室内模型试验和现场路堤沉降量试验观测显示,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。从而严重影响公路的正常使用。但是,高填方路堤采用冲击碾压技术施工则可使工后沉降率接近0.1~0.15%,能较好避免差异变形所引发的裂缝,多处工程实验中冲击碾压技术是解决土石高填方路堤变形的有效技术措施。特别是在斜坡地形的路基应用中效果更佳。
  3、特殊土地基的加固处理。在公路的建设中,为对一些路基进行加固处理时,传统的做法较多是采用强夯法处理。反观冲击碾压的创新技术做法,让工作人员看到了差距。在某高速公路建设中,采用冲击压路机对湿陷性黄土地基在地表面冲碾40遍处理后,较以前路基状况明显好转。湿陷系数明显下降,路基的干密度也大幅度上升,其技术指标已经完全符合黄土地基加固的质量要求。其实,在全国各地,湿陷性黄土地基采用冲击碾压进行处理后,也取得同样的加固效果。当然,在其它公路实践应用中也表明冲击压路机对地面施加冲击能量,使土体受拉压作用,软土自由水经排出地表后土体密实度增加,从而加速了软基的沉降固结。
  四、使用冲击碾压技术施工注意事项
  1、冲击碾压时,每侧距路肩外边缘1m的路基宽度不冲压,以保证边坡的稳定。
  2、冲压时应注意冲击波峰,错峰压实,每冲压5遍应改变冲压方向。
  3、冲压施工时,车辆转弯时应每次调整转弯路线,应采用大小圈、正反圈的方法错开冲压轮迹,使冲击凸轮落点不致重复前次落点,以减少波浪现象,增加场地的平整性。
  4、专人负责记录冲击遍数,认真填写现场记录表,记录资料归档备案。
  5、一般在天然含水量情况下就可以进行冲压施工,为了确保冲击碾压时不扬尘,冲击碾压前及冲击过程中要对路基进行适量洒水。
  6、工作遇结构物时应调头,安全距离应为5m;路中已埋设通讯管道的情况下,压实转弯须起冲击轮,不得冲压。
  7、每个处理段在冲压前及每冲压5遍后进行沉降量观测,检测样本数不少于20个;冲压前、10遍及以后每冲压5遍对表面下20cm、50cm及80cm处进行压实度检测,平面点数不少于4个。
  8、施工过程中若出现“弹簧”现象,可暂停施工,采取相应的技术措施后方可继续施工。
  结束语
  总之,冲击式压实机压实后的地层密实均匀,没有传统压实机压实后出现的明显的锯齿状压实度曲线,有效提高了压实质量;同时,工作效率是传统压实机的l0倍以上。冲击碾压技术的出现出现,必然会被广泛接受,应用领域也会不断扩大。
  参考文献:
  [1]张瑞元.试论冲击碾压技术在高速公路施工中的应用[J].山西建筑. 2014(35)
  

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