冲击碾压在高填路堤中的应用研究

冲击碾压在高填路堤中的应用研究苑庆良中铁十六局集团第二工程有限公司那十高速公路项H部摘要冲击碾压技术于20世纪80年代在国外开始投入生产使用，我国T-1995年由南非引入。冲击碾压的应用是高速公路高路堤填筑施工中其保证路皋填筑质量控制的新技术，本文皋于湖北省那县至十堰高速公路屮冲击碾压在高填方路基施匸的应用实践，研究冲击式压路机压实度与最佳含水量的关系及高路堤施工工艺。关键词冲击碾压髙填方路堤应用研究1、引言冲击式压路机由曲线为边而构成的正多边形冲击轮在位能落差・行驶动能结合下对工作面进行静压、搓揉、冲击。其高振幅、低频率冲击碾压使工作面下深层土石的密实度不断增加，受冲压土体逐渐接近弹性状态，具有克服路基隐患的技术优势，是土石工程压实技术的新发展。与一般压路机相比，其压实土石的效率提高3s4倍。填料的含水虽对路基的压实度影响效果明显，当填料的含水量处于垠佳含水虽附近时,压实度容易达到要求。含水量过大，则无法压实且易出现“弹簧”现彖；当含水量较小时压实效果也不行。対于普通压路机当填料含水量在最佳含水量-2%s+2%之间时，路基压实度宜达到规定要求。而对于冲击式压路机填料含水量与最住含水量之间的关系是我们本项目高填方施工急需解决的问题。因此，在冲击式压路机满足压实度的条件下确定填料含水量的适宜范围成为高填方路基质量控制的技术问题Z-o本文基于冲击压路机在高填方路基施工屮的应用实践，通过对填料含水量的范围及路堤的沉降变形进行现场试验研究，进一步分析了冲击压路机冲击碾压作用下压实的工作特性和作用机制。研究结果表明，冲击压实技术川于高路堤的压实施工不仅明显改善路堤的压实质量，而几由于冲击碾压后路堤产生压缩沉降，对减少路堤施丄的工后沉降也有明显的效果,适合在以后类似工程中参考应用。2、工程简介湖北省綁县至十堰高速公路地处丘陵地区，路基形式主要为高填方路基、半填半挖路基和填挖路基。高填方路基填筑高度30m左右。路基填料主要为挖方段黏土，细粒土含量为60%s70%。考虑到高填方路基普通压实机械难以达到密实度标准，将引起工后沉降、拉裂,影响交通安全，故采用冲击压路机对高填方路基进行冲击碾压，以提高施工效率，改善路基碾压密实度，减少工后沉降。3、冲击碾压工作原理及施工工艺标准冲击压路机的作业方式是冲击和滚动重压复合行为，工作中压实轮对路垄产生大振幅冲击剪切，以高振輔、低频率的方式将极高的能最压入地面，对路基产生强烈的冲击作用，有效增大压实厚度和压实体积，并减少压实遍数，从而大大提高路基的压实功效。3.1工作原理由图1可知，压实机一个工作周期可分为冲击轮重心上升、冲击轮重心下降、冲击轮冲击地面3个阶段。 F-牵引力R-地面反作用力W-冲击轮自重图1冲击压路机冲击碾压工作原理示意图冲击碾压作业开始后，处于静止的冲击轮在牵引设备的牵引力F与地面相互作用力R形成的升举力偶作用下，由静止平衡位置开始沿冲击面爬升，直至爬升至滚动角顶点A,此时，A点与冲击轮重心0处于同一垂线上，冲击轮爬升至最高位置。在设备牵引力F的继续作用下，冲击轮越过A点向前倾倒，冲击轮重力W相对A点产牛冲击力矩，在冲击力矩的作用下，冲击轮加速向前滚动坠落，当冲击面大圆弧撞击地面时，冲击力矩达到最大值，此时地面受到巨大的冲击能量。可见，非圆式多边形冲击轮的冲击碾压过程也是周期性储蓄能量和禅放能量的过程。冲击轮在工作过程中所储蒂的能量來源于重心位置提升所蕃的势能、冲击轮以一定速度旋转所提供的动能、碾压轮在滚动屮克服土体变形所作的功。显然，冲击能量的人小与冲击轮的质量、重心提升高度、碾压速度有关。3.2、冲击碾压施工工艺本工程采用的冲击压路机为三边形双轮冲击压路机，冲击势能为25KJ。冲击压路机两碾压轮之间外部宽度为2.96m,单轮宽0.9m,两轮隙宽度为1.16m。碾压按环形路线行驶，行驶速度在10^12km/ho冲击碾压场地宽度大于冲击压路机转弯半径的4倍，以场地中线将场地分成两半。第二个循环冲击压实与第一个循坏冲击压实施工应重叠轮宽20cm,由一侧向另一侧逐步推进覆盖整个场地，冲击压路机在整个碾压场地通过一次为冲击压实完成一遍。冲击压路机向前行驶在纵向冲碾地面所形成峰谷状态，为使地面峰谷减小，农面接近平整，应按顺时针与逆时针方向每五遍进行交换作业一次。只有这样才能保证冲击地血受到均匀的冲击压实，能够使地基土密度均匀，地棊强度捉高幅度一致，不会出现漏冲或过冲现彖。冲击碾压实施方案见图2、3,行驶照片见图4。9图2冲击轮重叠20cm行驶冲压示意图 图3冲击碾压行驶线路示意图图4冲击斥路机行驶照片4、试验检测方案按每20m—个横断血，每个横断面布置3个测点，分别是路基中线、距离左、右边线各Im处，测量冲击碾压前所布每个测点的高程和密实度。当冲击碾压完成10、15、20、25各碾压遍示，在碾压前已布置好的同一测点位置，进行测点高程测量和压实度检测。5、试验结果及分析5.1含水量对高填方路堤碾压密实度影响分析根据冲击碾压遍数相同、不同含水量条件下的路堤碾压密实度的试验检测结果，绘制含水量与路堤平均密实度的关系，如图5。通过重型试验确定土的最佳含水罐为14%。压实度检测值与含水量关系图图5含水最与碾压密实度关系图山图5可以看出，随著含水量的不同，路基的碾压密实度变化非常明显。当含水量分別为8%、10%、12%、14%、16%、18%,路基碾压面平均压实度检测值分别为94%、95.4%、95.6%、 96%、95.8%、94%。填料的含水量在最佳含水量-4%<^+2%Z间吋压实效果最好。5.2冲击碾压对高填方路堤沉降量变化的影响分析根据不同冲击碾压遍数卜的高程测量结果，绘制冲击碾压遍数与路堤平均沉降量的关系,图6冲击碾压遍数与路堤平均沉降量的关系图由图6可以看出，路堤经过冲击碾压后，在冲击压路机强大的冲击作用下，路基的填料顶面测点的沉降量非常明显，当冲击碾压遍数分别为10,15,20,25遍时，路基填筑冲压表面平均沉降量分别为2.5,4.9,5.9和6.5cm,同时沉降量随冲压遍数变化|11|线出现的折点明显变得平缓，增长幅度也由人变小。这是因为在最初的几遍冲击碾压下，冲压的巨人动虽在路堤表面冲击压实的同时，冲击波向路堤深处传播，使土石混介料的人小颗粒在外力的作用下克服颗粒间的阻力和咬合力产生位移，土颗粒与大小石块重新排列、相互靠近，把土颗粒挤压到大小石块的孔隙屮，使单位孔隙体积减少，单位体积内的石块更加靠近，土颗粒也更加密实，这是填料出现压缩沉降的主要部分。6、结论通过湖北省那县至十堰高速公路高填方路堤冲击碾压含水量试验、沉降观测试验及其作用机制的定性、定量分析可知：一般情况下，当填料中细粒土含量为60%s70%时，含水量在最佳含水量的-4%s+2%之间时压实效果最好;利川冲击压路机冲击压实法进行高路堤路基的补强加固是非常有效的，其作用能够使路堤填料密实度提高、孔隙比减小，提高路堤的整体稳定性，控制路基的工后沉降R效果显著。这种施工方法具冇適工简单、速度快、工期短、成本低和效益高的特点，适合在类似工程中推广运用。参考文献[1]公路路基施工技术规范[JTGF10-2006]..2010.4[2]公路冲击碾压应用技术指南.人比交通出版社2010.1