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公路冲击碾压技术的开发应用
发布时间:2006-07-26     来源:
公路建设的实践证明,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,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,提高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应市场,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在工程隐患,提高公路建设质量,应用前景十分广阔。

  1 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,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的平均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优势。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缘与地表以45°―φ/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。

  2 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,平均压实度为重型标准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遍后的平均沉降量为: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。

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