路基冲击碾压技术总结
冲击碾压原理及其在黄土路基施工中的应用
分析了冲击碾压的`工作原理.结合工程实例,论述了黄土路基冲击碾压施工必须注意的问题.
作 者：张璐琰 ZHANG Lu-yan 作者单位：中铁十五局五公司,河南,洛阳,471000刊 名：建材技术与应用英文刊名：RESEARCH & APPLICATION OF BUILDING MATERIALS年，卷(期)：“”(2)分类号：U416.05关键词：冲击碾压 黄土路基 冲击能量 注意事项
公路工程分为路基和路面两部分结构, 在路基工程设计与施工中, 重要的控制指标是压实度和弯沉两个方面。但是, 近年来, 随着受经济利益的驱使, 超载、重交通运输车辆日益增多, 所以, 对公路路基工程沉降造成的病害, 广泛受到公路科研、设计、施工技术人员的重视, 为此, 现提出在路基沉降病害控制方面的措施方法, 即采用冲击碾压法来保证路基沉降造成的质量病害对公路使用的影响。
2 路基冲击碾压的施工方案
施工工艺流程:
施工程序:
准备工作, 包括冲击碾机械及试验检测设备到场与调试, 劳动力和材料保证, 管理组织分工等。
确定冲击范围, 在已完成验收后路基的某一规定标高处, 准确放样出冲击范围边角线, 注意路基边部预留1～1.5m宽度不要冲击, 以防边坡失稳。
冲击碾压过程中, 利用装载机或其他牵引设备带动冲击碾进行由边到中、由低到高进行冲击, 并且在冲击碾压前, 如现场含水量较最佳含水量偏低, 则进行补充洒水, 防止表层干燥时造成严重破坏和尘土飞扬。在施工中, 及时检测压实度等指标的控制。
冲击完成后, 对表面进行整平整形, 由于表层可能受到破坏, 造成松散或隆起现象, 而且即使未完全破坏, 表面会高低不平, 也应进行再次整平。
振动压路机再次对土基表层振动压实, 经检测各项指标合格后方可进行下道工序或作业。
路基冲击碾压的试验:
试验段情况:
在某公路施工过程中, 根据《关于对某公路全线路基上路堤顶面及高填方段路基进行冲击碾压的通知》全线路基93区顶面、挖方路段及填方高于4米的路段必须利用冲击式压路机进行补充碾压的有关要求。我单位于进场YCT20型冲击式压路机, 对K7+120-480段进行冲击碾压的试验, 累计碾压15遍, 每1～2遍观测沉降量及压实度等的变化情况, 现将试验结果总结如下:
a.试验段里程:K7+120～K23+480
b.试验时间:2003.4.10～2003.4.28
c.试验段的有关参数:
取土场位置及土样:K7+250～K8+600左侧, 土质为粉砂土。
最大干密度:1.78g/cm3, 最佳含水量:15.3%设计平均填土高度:5.06m, 现填土平均高度:2.54m
d.冲击式压路机的有关参数:
型号:YCT20
自重:12吨
冲击势能:20千焦
工作速度:9～12km/h
设计压实力与牵引速度的对照
e.牵引设备有关参数:
型号:CAT 966D型轮胎式装载机
功率:160KW
f.其它试验参数的控制:
行走速度控制:以秒表控制百米行走时间, 控制在10～12km/h范围内, 预计压实力达260T左右。
行走线路:从外侧向内侧, 轮迹重叠15cm左右, 路基边缘留出1.5m, 以防破坏路基边坡的稳定。
每遍冲击碾压分别检测其沉降量及压实度。
试验监测:
沉降观测:方法:将钢板焊40cm钢筋腿埋设于路基表面 (松散层下) 。共埋设了6个点。每层使用水准仪观测其沉降量。
由于六遍以后的沉降量平均值小于0.3mm, 我单位未继续进行沉降观测。由沉降记录可见:
平均沉降值为:23.3mm, 最大沉降值为:39mm。
前三遍的碾压是沉降变化的主要阶段, 平均沉降值为:22.7mm, 占总沉降量的97.4%。
三遍以后的平均沉降量均小于0.5mm。
沉降值出现负值的原因在于观测钢板受临近土体受冲击时的反弹作用。
压实度观测方法:使用灌砂法每两层观测压实度变化情况。
压实度观测汇总表见下页。由压实度观测表可见, 冲击碾压达到预期的效果是对于压实度的增长主要集中在前六边。
试验段冲击碾压前平均压实度为:91.08%。六遍冲击碾压后平均压实度达到:96.98%, 增长了5.9%。十二遍冲击碾压后平均压实度达到:96.9%, 增长了5.82%。
出现压实度结果不均匀的原因主要是土质的不均匀。
影响深度的观测:
冲击碾压以后受冲击层的表面松散层厚度为15-18cm。
原90区填筑压实度平均值为91.08%, 深度压实度检测值在91.5%即可认为冲击力影响很小了。由以上的曲线可得:
冲击碾压五遍:影响深度为:85cm;
冲击碾压十遍:影响深度为:115cm;
冲击碾压十五遍:影响深度为:125cm;
经济效益分析:冲击碾处理路基五遍造价成本核算为2.82元/m2, 考虑到间接费与税金, 造价为3.01元/m2 (按7%计) 。高等级公路处理高度平均为四层, 处理宽度按30m计, 则增加造价为12.04万元/km, 二级及以下公路须处理一层, 处理宽度按15m计, 则增加造价为4.5万元/km。冲击碾压后的整体效果:
(1) 从以上试验监测数据可以看出:受冲击碾压五遍后表层以下15～100cm范围内的填土质量得到了很大的提高, 次数再多效果不是明显, 总体来说路基整体稳定性得到了很大的提高, 但表层15cm范围内的已被冲击破坏, 成松散状。冲击碾压后应对该段进行洒水、平整、复压, 碾压同路基施工要求, 并经监理工程师检验合格后方可进行下层的填筑。
(2) 从以上试验监测数据处理深度表明:利用冲击碾技术处理路基, 可以把整个路基填方深度内全部处理, 原地面处理一次, 93、95区顶各处理一次, 也可以采取每1～1.2米深度处理一次的措施进行, 保证路基全深范围内都得到处理;挖方段也可仅在路床顶处理一次的措施进行。
(3) 从以上经济效益分析可以看出:增加冲击处理技术所占费用约占公路总造价的0.2～2%之间。但是, 综合效益明显提高。
3 结语
冲击压路机冲击碾压路基是一种新工艺、新技术。对提高道路的使用质量，延长路面使用寿命，适应现代高速公路通行要求，不仅具有现实意义，而且能产生显著的经济效益和社会效益。
1.工程概况
某公路全长2.836 km，路段地貌属于剥蚀残丘地貌，路基均位于低矮山区，山体自然坡度在30°～60°之间，所经路段不是半山坡中就是山间沟谷洼地。路基形式多为半填半挖，间有全填或全挖路段，路基存在多处大于10 m的全填高路堤、纵横向填挖交界。
2.冲击目的
路基按常规振动碾压施工达到设计要求后，为进一步提高路基的密实度和整体均匀性，减少工后沉降与差异沉降，而采取冲击碾压技术进行增强补压。冲击碾压技术是将普通振压的高频率、低振幅改为高振幅、低频率，在压实作业中大大增加了对填筑体的压实功能，增强压实度，加大沉降量，有效压实厚度较振动碾压大大提高。
3.冲击试验
3.1选取试验路段
长度不宜小于100 m，同时面积不小于1 000 m2，便于机械转弯及掉头，宽度不小于10 m～15 m。不要选取在软基路段。
3.2试验布置及参数拟定
1）布置检测点位，试验检测主要指标是压实度和沉降量，冲击增强补压后，93区压实度不小于95%，冲压面平均沉降量不小于3 cm。根据填料类别，原则上应拟设三种填料情况的试验参数，结合本标段路基特点，本次试验以填筑土体为主要任务（见表1）；2）土体压实度检测方法：采用灌砂法。每检测一次（遍）取6个不同点位（基本上在试验区均匀布置），前后遍次取点尽量设在同一位置但不得在平面上重叠；3）定点沉降量检测，在试验层面沿路线纵方向按不大于10 m的方格网布置沉降检测点，每一横断面上均匀分布5个点；4）冲压前（0遍）、10遍、20遍、25遍时进行压实度检测和高程测量，把沉降收敛控制作为冲压试验施工工艺的重要控制手段。
表1试验压实度检测布置
4.冲压试验施工
4.1检测冲压前指标
冲压前指标即为振碾后的指标，常规压实度检测6个点，并达到93区设计压实度要求，且按记录该层各点压实度，包括取点的桩号，详细位置。初始高程检测，由专业测量队负责测量，在规定的试验段，碾压土面上按照路基设计横断面形式布置检测网，定点检测。测量点采用钉子钉红布条标记，为了便于冲碾前后比较沉降收敛情况，每断面取5个点并按1～5的顺序做好记录。由于只需要获得冲碾前后的沉降量数据，因此只进行相对高程的测量，照此对所有点完成初始高程测量后即可进行冲击碾压作业。
4.2冲击碾压作业
正式冲压试验前，各机械安排布置到位，规划好冲击压路机行驶路线，冲击碾压时应遵从“先慢后快，先轻后重，先两侧后中间”的原则，首先冲击压路机以10 km/h～12 km/h的速度冲压5遍～7遍，然后速度提高至12 km/h～15 km/h继续冲压。施工过程中，压实机从试验段一端侧边起步，纵向分幅运行到试验段另一端时掉转车头，沿填筑中心线碾压返回至该段起点端完成第1个回环，再掉转车头至起步时一侧错轮进行第2个回环碾压。错轮时外侧压实轮从第1回环圈道的冲压两条轮迹之间通过，依照该种方式压实轮轮迹逐步从填方路基一侧向另一侧推进，当覆盖完试验段整个冲击面后即为一遍。然后冲击压路机从终点又向始点返碾压覆盖过去，以同样的方式来回进行多次冲击碾压，两个相间的车道，交错套压，直到沉降收敛，压实度满足规定要求，冲压过程中做好速度控制和遍数控制。
为保证冲压质量，还需要重点注意的是要严格保证速度控制和遍数控制。
4.3冲压后检测指标
冲碾过程中，在10遍之后开始进行压实度检测和沉降量检测，以后在20遍后、25遍后再检测。
试验规划压实度检测每遍取样6个点，以冲碾后从土体表面下挖50 cm，100 cm，150 cm处的压实度为检测指标，先取50 cm处的压实度满足后再取100 cm处，依此满足不同深处的压实度要求，直到满足所规定的标准为止。
计算沉降量。按预定的测控点测量，由专业测量人员进行测量，并做好记录，每一次检测完后需对所有检测数据计算平均沉降量，并做好每一次的检测记录。
4.4碾后平整
由于冲击压路机自身特点，经冲压后的填筑体，尤其是土体，表面会起伏不平，会影响冲压正常作业速度，因此试验途中需要及时停止冲压，对填筑体表面进行平整处理，用平地机刮平后再继续施工。冲击碾压产生的工后沉降，用上路床填料处理平整，再用18 t振动压路机压实。
4.5试验数据整理并总结
原则上每冲碾一遍都需要进行压实度的检测和高程的检测，但这样工作量太大，事实上也不需要如此，着重记录好冲碾前的压实度和布控点的初始高程，测量跟踪冲击碾压后期（10遍后）沉降收敛情况，压实度检测严格按规范要求执行，做好原始数据记录，并加以统计，做出相应曲线图表。
根据试验结果，对于一般土体，25 kJ的冲击压路机每1 m（常规压实后）冲击15遍，30 kJ的冲击压路机每2 m（常规压实后）冲击20遍即可达到提高路基冲击碾压效果，且提高压实度2%。
5.结语
随着社会基础设施建设的力度不断加大，道路标准不断提高，冲击碾压能有效减小路堤的工后沉降率，提高路基整体强度与均匀性。高速公路采用冲击碾压技术对软土地基进行处理，对软土地基具有加速沉降与加固的作用。在施工过程中，应根据试验段的情况，总结经济可行的施工工艺、检测方法和质量控制标准，最终提高高速公路的施工质量。
参考文献
[1] JTG F10-2006，公路路基施工技术规范[S].
[2] 王向华. 公路路基施工技术[J]. 山西建筑，2007，33（28）：307-308.
关键词：高速公路,冲击碾压技术,路基施工,原理
随着我国公路工程事业发展速度的不断提升, 对车辆行驶的安全性提供了一份保障。冲击碾压技术作为公路工程路基施工中的重要技术之一, 其技术水平的高低将直接影响到工程的整体质量。在公路施工中, 必须严格遵循相应地施工工序, 提高其施工技术水平, 才能确保工程施工的质量, 才能实现其经济效益与社会效益。
冲击碾压施工是采用冲击式压实机 (一种高振幅低频率的新型压实设备) , 配备压实轮, 压实轮在牵引机拖动行驶滚动中将高位势能转化为动能对地面进行冲击从而对土体的深层产生较强的冲击能量, 同时辅以滚压、揉压的综合作用, 使土石颗粒之间发生位移、变形和剪切, 随着土石密实度增加, 其影响深度也逐渐增加, 从而使土体深层随着冲击波的传播得到压实。通过冲击式压实机的冲击碾压, 能有效减少公路路基的工后沉降量, 大大改善因不均匀沉降而形成的道路病害, 提高路基的整体强度和均匀性, 对于暴露地基或路基的内部缺陷、避免隐患、提高施工质量等具有显著的效果;同时对于保证道路的质量及延长道路使用年限具有重要的作用。
1 冲击碾压技术在施工中的应用
1.1 填土及整平
在地基检测和测量放样工作完成以后, 便会进入实质性工作阶段, 也即路基填土和整平, 按照铺设好的方格网进行。填筑的宽度一般来说要比设计的宽度每侧多1 m以上, 这是因为在冲压过程中, 边部图会向两侧移动, 如果不预留宽度就会导致边部压实难以实现。在整平过程中, 需要注意的细节是要检测表面下20 cm处填土的含水率, 要保证每2 000m2的填土的含水率不少于8%, 只有在这项指标达到以后才可以运用冲击碾压技术进行冲压, 否则会造成路面难以压平压实。
1.2 冲击碾压
在进入冲击碾压环节以后, 冲压顺序、冲压方法、冲压遍数和冲压速度的控制直接关系到冲压效果。在冲压顺序上, 以道路中心线为对称轴, 采用错轮回转法进行冲击碾压在实践中得到了很好的反馈。在冲压速度上, 在保持安全距离 (离路肩边缘1 m) 的前提下, 以10~12 km/h的速度平稳行进是实践中通用的做法。至于冲压遍数, 则根据松铺厚度和压实度要求来确定, 一般来说, 20遍~25遍是合理的范围, 另外对于路基边部约5 m的宽度要比其他部分多压4便以保证边部压实。
在冲压方法上, 为了保证平稳和均匀, 来回错轮冲压的冲压方式被证实是最为有效的, 这要求轮迹间不得重叠, 错轮的横向间隙应留25 cm左右, 纵向每一冲压的交错为1/6周长, 且每5遍改变一次冲压方向以压实波峰和错峰, 从而做到整体冲压效果的达标。对于冲压后表层土较为松散的情况, 可采用直接下层填补的方法或者采用振动压路机进行补压。
1.3 质量检测
对冲击碾压效果的检测可以从厚度检测和压实度检测两点入手。
(1) 厚度方面, 从松铺厚度到压实厚度都需要加以控制, 运用定点观测点进行抽样控制。厚度值用铁钉系红布条或者工后方格网抄平, 然后取平均值计算即可。比如, 某高速公诉段的施工中测量数据表明, 松铺厚度100 cm, 冲压23遍以后为78 cm (沉降22 cm) 。
(2) 压实度检测通常使用的是灌沙法, 在每个实短的断面设计上不少于3个, 而每个断面又会选择至少5个检测点。检测点的最佳分布为:路线中心一个点、中线15 m两边2个点、坡脚线内侧一米处两边共2个点。检测深度一般以20 cm为梯度测量上、中、下三层的压实度。在高速公路工程施工中企业必须严格按照每一道工序的规范要求, 对各环节质量严格把关, 防止各种质量通病的发生, 确保整体工程施工质量达到合格水平, 并努力实现创优目标。
2 冲击碾压技术在施工中的要点
2.1 高填方的补强处理
在路面下沉开裂问题中, 高填方路段产生的工后沉降情况也是造成其出现的主要因素。通常在相隔2米的位置选用一般的振动压实设备进行冲击碾压施工的补压作业, 这样可以有效提高其压实效果, 并能对高填方路堤工后出现的差异沉降情况进行有效解决, 进而起到路床整体性及均匀度增强的作业。
2.2 旧路的改造工程
在改造旧路过程中, 为减少占地与节约填料, 应对原有路基多加利用。在路面、路床及路堤开挖施工中, 应分层进行重新回填及压实, 进而确保压实效果符合设计规定的压实度。将冲击碾压技术应用到路面或路基开挖张, 能够极大地降低工程造价。主要原因在于这种施工方式可以在原有路面上直接运用冲击压路机进行冲击碾压施工, 进而确保其质量符合施工要求。当分层对新加宽路基路床进行压实时, 应对新旧路基结合位置与新路床位置一起进行冲击碾压作业, 特殊情况下, 还要将土工格栅加铺到结合位置的路床上, 进而减少沉降变形等情况的出现。
3 结语
综上所述, 路基是公路工程的重要组成部分, 同时还是路面施工的前提条件, 是影响公路质量、稳定性及安全性的主要因素。确保公路路基施工质量是公路施工的重要任务。
参考文献
[1]姜永梅, 刘富.冲击碾压技术在公路路基施工中的应用[J].江西建材, 2015, (1) .
[2]吕智宏, 韩景峰.冲击碾压技术浅析及其在高速公路施工中的应用[J].科技致富向导, 2015, (3) .
【摘 要】冲击碾压技术的运用能够使路堤工后沉降率得到减小，提升路基的整体强度及均匀性，因此应严格对公路施工中的冲击碾压技术的质量进行施工控制，与设计要求和规范相结合开展施工，同时总结以往公路工程冲击碾压技术产生的问题，结合施工中的技术要点，对合理科学的施工方式进行制定，促使冲击碾压的施工效果得到提升。为了使施工质量和效率得到有效保障，在施工中应对冲击碾压技术进行运用，对公路路面及路基强度和稳定性的提升产生极为重要的作用。
【关键词】冲击碾压技术；高速公路；应用要点
1.冲击碾压技术的原理
冲击碾压技术就是对冲击式压实机进行运用，配备压实轮，在牵引机对压实轮的拖动行驶滚动过程中，将高位势能向动能转化，对地面形成冲击，从而使地面深层有较强的冲击能量产生，同时与滚压、揉压的综合作用进行辅助，使土石颗粒之间有位移、变形和剪切作用形成。随着土石密实度的进一步增加，影响深度也在逐渐增加，随着冲击波的传播使土体深层得到有效压实。
运用冲击式压实机的冲击碾压，能使公路路基的工后沉降量得到有效减少，达到改善了由于不均匀沉降导致的道路病害问题，使路基的整体强度和均匀性得到提升，对于地基暴露、路基内部缺陷、避免隐患及施工质量提升中有显著的效果产生。同时对道路使用质量的保证以及道路使用年限的延长产生极为重要的作用。
冲击压实机的技术特性决定较现行常规压路机不同的压实施工工艺，不是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.施工流程
（1）首先，冲击碾压前应进行施工场地的平整，各个路面障碍物按要求处理，地下管线做出明确标识识别，规划冲击碾压边界，按设计标准对压实度和沉降度确定冲压系数，在正式冲压前进行试验碾压，采集碾压数据，正式确定碾压方案。
（2）其次测量各区间水平点，按设计方案要求测量施工数据，确定冲压机冲压路线与冲压次数。根据冲压机的不同构造与冲压面的不同状况调整碾压参数，因碾压速度在一定条件下与效果间为反比关系，即速度越快，效果越差。因此冲击碾压时应错轮错峰压实，每冲压4遍即改变方向。冲击压路机保持匀速运行，在边角及拐弯区域应与其他压路技术配合辅助，以保证区域冲压均匀，路面平整。同时碾压遍数太多只会降低施工效率，而碾压遍数太少会影响减少压实度，在施工过程中，综合考虑具体情况，一般冲击压路机冲压20遍左右获得压实效果较为理想。
（3）最后在冲压过程中必须选择适合施工情况和设备操作条件的铺层厚度，以使压实效果符合设计标准要求。一般而言，冲击压路机铺设厚度范围在90～110毫米较为合适。碾压工序的排序对压实效果的好坏影响较显著，在实际操作中，先采用冲击振動的方式，在被压土壤能承载一定压力后，再安排振动压实，对于振动压路机应遵循先起步，后振动的操作规范，保证施工过程安全性。
3.质量控制
应与碾压目的和施工环境的要求相结合，对冲击碾压的机器进行选择。通常情况下，在碾压水泥路基或土质路基时，应对五边形冲击压路机进行运用。由于冲击压路机存在超强的压实功能，土层含水量超出塑性指数，对厚度在90～110mm土层冲击碾压导致弹簧土现象的产生而无法压实。冲击压路机的轮外缘应与路肩外缘保持在1m的安全距离，对于桥洞类结构物其填土厚度不应小于2.8m，避免导致不必要的破坏和危险产生。
4.质量检验
4.1碾压检测
对冲压后的路基表面是否平整，土壤是否密实先做初步鉴定，对部分沉降量较大的路基及时做详细记录。路表应保证碾压痕迹清晰，波峰波谷间距相同。在冲压7-15天后，按规定对压实度与压陷深度进行鉴定，填写检测记录，然后进行平整。按要求对冲压后地基进行标高测定、含水量检测、压实度检测等，并要求压实度与原地高大于93%，压陷深度在50±10厘米为宜。
4.2碾压效果
地基土经碾压后，土木试验数据显示，大部分受碾压路基弯沉度降低，回弹度增大，这一结果表明路基强度和负载能力有效提高，变形沉降问题得以缓解。通过对比碾压前后压缩变化，压沉量与碾压次数成正比，碾压后空隙间距明显减小，且湿陷样品检出情况大量降低，压缩性指标变化幅度也相应减少，路基强度整体得到提高。冲击碾压技术不仅有压实平整作用，在施工过程中能随时发现路基饱水软弱带分布位置，从而进行挖换填土压实，保证路基压实质量与整体均匀性。
5.施工过程中的注意事项
（1）在进行冲击压实操作以前，应该对作业面的平整度进行保证，并同时使用重型的压路机（振动压路机）进行压实，当这两道工序完成后方可进行冲击压实操作；如果作业面过于干燥，可以适当的洒一些水，避免表面出现粉尘化现象，防止能量传递受到阻碍。
（2）在车辆转弯过程中，应当对转弯路线进行及时的调整，保证冲击落点不会与前而施工的落点相重合，尽量减少波浪现象的发生；在冲击碾压施工过程中，应保证匀速冲击碾压，如需要变速必须停机操作，并且在进行一个完整的冲击碾压过程中不可变速。
（3）在进行冲击碾压施工过程中，保证正确的前进方向，并且对可能出现的漏压进行有效的预防。从路基的中间部分向两侧进行冲击碾压时，与路基边缘距离保持在110m以上。
（4）如果是在傍山条件下进行冲击碾压，应保持从内到外的冲击碾压顺序，与边缘位置的安全距离保持在115m以上。
（5）如果在施工过程中遇到了结构物，应该及时调头，并与之距离保证在5m以上，而距离背台之间的距离应当小于2m加上台高的大小，或者是接近15m的距离范围内。
（6）冲击碾压作业前，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。
（7）在整个施工过程中，应当避免噪声对周围生活或环境的影响，对施工时间进行合理的安排。
6.结语
总之，高速公路路基填筑普遍较高，通常与公路相比，承担的车辆荷载相对较大，所以设计和施工人员应高度关注公路路基的强度及稳定性，特别应运用补强措施对高填方路基进行运用。在施工中对冲击碾压技术及你选哪个运用时，应开展填前碾压、填方压实、挖方压实以及路基补强等工作，存在施工速度快、费用低且效率高等忒单，并对工后沉降得到有效减少。然而，冲击碾压技术目前仍不够成熟，且不存在相关施工规范，所以为了使高速公路施工质量得到保障，冲击碾压技术的分析研究显得极为必要。 [科]
【参考文献】
[1]赵建军.高速公路施工中的冲击碾压技术分析[J].交通世界（建养.机械），2010（11）.
冲击式压路机是夯与碾有机结合的一种既行驶平稳、又冲击力大的新型压实机械。冲击压路机的开发与应用, 加快了岩土工程压实技术的发展, 被广泛应用于高速公路路基施工及其他岩土项目中, 为解决路基质量隐患和克服路基的不均匀沉降提供了一种新的理念。冲击式压路机的应用可以有效地减少路基的工后沉降, 提高路基的整体稳定性, 提高路基的整体强度和均匀性。
1 冲击压路机的工作原理
冲击式压路机的压实轮为非圆柱形, 即三边形、四边形或六边形。在施工中, 当牵引车拖动多边弧形轮子向前滚动时, 压实轮重心距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, 形成巨大的冲击波, 通过多边弧形轮连续均匀地冲击地面, 使土体均匀致密。在此过程中, N边压实轮每旋转1周, 其重心抬高和降低N次, 对地面产生的夯实冲击和振动作用也为N次。
在牵引车的作用下, 压实轮依靠与地面的摩擦力沿外廓曲线向前滚动。当重心处于曲线最低点时, 压实轮再向前滚动, 重心开始上移, 牵引力带来的动能转化为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。
当压实轮重心处于曲线最高点时, 压实轮再向前滚动, 压实轮的势能开始转化为动能, 蓄能器缓冲液压缸伸张、释放能量, 转化为压实轮的动能。牵引车的工作速度越快, 压实轮重心上移时蓄能器缓冲液压缸的收缩越大, 蓄能越多;重心降低时释放的能量转化为压实轮的动能就越大, 对地面产生的冲击夯实动能也越高, 激振的效果也就越好。
冲击式压路机压实轮运动示意图见图1。
2 速度与冲击能量、冲击力的关系
2.1 冲击能量
冲击压路机的冲击能量J由以下3部分构成:
(1) 静态能量J1。现有的冲击式压路机压实轮的质量范围在6 000～13 000 kg之间, 静态能量范围在12～30 kJ之间。按 (1) 式计算:
J1=M×g× (R-r) (1)
式中:M——压实轮的质量, kg;一般M=12 000 kg;R——压实轮外接圆半径, m;r——压实轮内接圆半径, m;外接圆半径与内接圆半径的差值一般为0.22 m;g——重力加速度, m/s2;取g=9.8 m/s2。
则静态能量:J1=12×9.8×0.22=25 (kJ)
(2) 平动能量J2。按 (2) 式计算:
J2=1/2MV2 (2)
(3) 转动惯性能量J3。按 (3) 式计算:
J3=1/2Iω2 (3)
则冲击能量J的计算公式为:
J=J1+J2+J3=M×g× (R-r) +1/2MV2+1/2Iω2 (4)
式中:V——压实轮水平速度, m/s;M——压实轮的质量, kg;I——转动惯量, kg·m2;ω——角速度, 1/s。
根据部分生产厂家冲击式压路机压实轮的有关数据, 按上述公式计算, YCT25型冲击式压路机在牵引水平速度为8 km/h、12 km/h、15 km/h时, 其总能量分别为71 kJ、131 kJ和188 kJ。
2.2 冲击力
冲击式压路机的冲击力与压实轮接地时的加速度、与地面的接触时间、土壤的弹塑性等参数有关。
N=M (V0'-V0) /t (5)
式中:N——冲击式压路机的冲击力, kN;V0'——冲击初速度, m/s;V0——冲击末速度, m/s;此处V0=0;t——冲击作用时间, s。
对于一般的25 kJ冲击式压路机, 其行驶速度为12 km/h (工作轮质量12 000 kg) , 当与已压实地面冲击作用时间为0.01 s时, 则:
N=M (V0'-V0) /t=12 000× (12 000/3 600-0) /0.01=4 000 (kN)
显然, 冲击碾压时的速度越快, 冲击能量越大, 对地基的冲击力越大, 其效果越好。
3 工程应用实例
康家崖至临夏高速公路K 22+130～K 22+260, K 22+340～K 22+950路基地基土为Ⅱ级湿陷性黄土。由于地质条件差, 为了保证工程质量, 地基必须进行冲击碾压处理, 以降低地基土的湿陷性, 提高地基土的承载力, 减小填方路基的工后沉降。
为了总结施工经验, 指导大面积湿陷性黄土地段路基的施工, 在K 22+130～K 22+260进行了试验段施工。试验段共布置10个测试横断面, 每个断面设3个测点, 分0～10遍、11～20遍、20～25遍、25～30遍碾压进行测试。冲击碾压后, 分别采用沉降观测法、灌砂法等检测手段对该段路基基底进行了地基沉降量、压实度检测。沉降量观测值见表1。
压实度检测值。冲击碾压25遍后, 采用灌砂法测定地面以下20 cm、50 cm、80 cm和100 cm深度处的压实度, 分别为98.6 %、96.2 %、94.0 %和91.2 %;冲击碾压30遍后, 采用灌砂法测定地面以下20 cm、50 cm、80 cm和100 cm深度处的压实度, 分别为98.8 %、96.2 %、94.3 %和91.7 %。
压实度检测数据表明, 土体冲碾25遍后, 地基土的沉降量基本稳定, 土的压实度得到很大提高。路基基底以下2 m内经过冲击碾压, 形成连续、均匀、密实的加固硬层, 其技术指标完全符合黄土地基加固的质量要求。因此, 采用冲击碾压法进行湿陷性黄土地基处理是切实可行的。
4 冲击碾压施工注意事项
(1) 冲击碾压前要做好清表工作, 合理布置沉降观测点, 以便计算冲击碾压后的沉降量。
(2) 为了防止振动及土体侧向变形对结构物的挤压破坏, 冲击碾压时压路机距离结构物必须保持5 m以上的净距。
(3) 冲击碾压若干遍后地面呈波浪状, 严重时会产生跳车现象, 从而影响车速和冲击效果, 必须及时进行整平处理。
(4) 严格控制冲碾路段的含水量。冲击碾压前, 应首先检测该段路基的含水量, 如在最佳含水量附近时 (应控制在ω0 %±2 %) , 可进行冲击碾压。
(5) 路基表面必须平整、无坑槽, 冲击碾压深度2 m内无涵洞。
(6) 冲击碾压时必须保证机械配套, 平地机、洒水车配合到位。冲击碾压完成后, 要使用光轮压路机再次碾压整平, 以提高土层表面的密实度。
(7) 由于冲击碾压会造成土层表面松动, 检测压实度时应在检测处挖去20～30 cm深的表层土样, 再按正常检测方法进行。
5 施工体会
(1) 合理选用机型。实践表明, 高速公路路基宜使用25 kJ三边形双轮冲击式压路机。
(2) 冲击碾压路段尽可能要长 (应≥100 m) , 以便压路机冲击时可以高速行驶, 增强激振效果, 保证处理深度。
(3) 冲击碾压对湿陷性黄土的压实效果比较明显, 可极大地提高工作效率, 降低劳动强度, 缩短工期, 降低成本。与传统的碾压设备相比, 冲击式压实机速度快、冲击力强、影响深度大、工后沉降小。
(4) 冲击碾压适合大面积作业, 为大面积湿陷性黄土路基处理的首选方案。
(5) 冲击碾压的效果与地基表层的平整度和含水量有较大关系。其平整度好、表层的含水量接近最佳含水量, 则处理效果越显著。
(6) 从测试结果来看, 在路基底面下2 m内经过冲碾压实, 形成连续、均匀、密实的加固硬层, 其技术指标完全符合黄土地基加固的质量要求。
(7) 根据施工经验和冲击式压路机设计行车速度的要求, 冲击碾压时牵引车的行驶速度应在12～20 km/h, 以15 km/h为宜。冲击碾压时, 以轮迹重叠1/2布满表面为1遍, 最佳冲击碾压遍数应通过现场试验确定, 根据土质情况一般为20～30遍。
参考文献
[1]杨世基.冲击压实技术在路基工程中的应用[J].公路, 1999, (7) :1-5.
[2]贺杰, 张润利, 逄宏波, 等.冲击压路机的发展趋势[J].工程机械, 2002, 33 (2) :38-40.
路基作为道路基础, 对道路结构的强度与刚度有着重要的影响, 如果道路路基的质量得不到保障, 一系列的公路病害会随之而出, 对公路的使用质量造成极其不利的危害与影响, 不但降低了公路的使用寿命, 对公路的经济效益也产生了不良的作用。现阶段, 在道路工程中, 压路机的使用类型主要包括振动式压路机和静压式压路机等, 前者一般用于公路路基的压实工程, 后者一般用于公路路面的压实工程。这两种类型的压路机都是通过轮胎碾压的方式或者圆柱压实轮碾压的方式进行路面压实工作, 经由振动波形式影响路面或路基的压实范围。经过很多实践工程证明, 这两种压路机的实际压实效果并不十分理想, 实际压实的深度相对来说比较浅。随着近些年冲击压路机在道路工程中的广泛应用, 道路压实质量有了一个新的提升, 可以良好地实现对路基振动压实及夯实的双重效果, 适宜在道路路基工程中推广与应用[1]。
2 道路路基的压实原理
土作为三相体, 土颗粒构成其主要骨架, 土颗粒之间的空隙为气体及水分所充盈。在道路工程中, 因受到外力冲击, 土体的天然结构遭到破坏, 导致土体密实度降低, 结构变得松散, 土颗粒重新进行组合。对道路路基进行压实的意义在于将土颗粒再次组合, 增加颗粒间的密实度, 降低颗粒之间的空隙, 提高土体的单位质量, 从而形成一个密实结构体, 使路基最终具有足够的强度和稳定性。经过许多工程试验及工程实践得出, 对路基实施压实工程后, 其强度及稳定度均有相当程度的提升, 具体表现在渗透性能的提高、土体弹塑性变形能力稳定、隔温性能提高等方面。压实度指的是压实层材料现场压实后的干密度与该材料的标准最大干密度之比, 用百分数表示。
3 关于冲击压路机的技术特性
较于上述两种传统的压实方法, 冲击压路机实现了夯实技术与滚动压实技术的有机结合, 其在压实行进过程中, 冲击压路机的非圆形压实轮的质心位置不断发生变化, 凸块持续交替循环落下与抬高, 此种运动方式使其夯击能力具有低频率、大振幅的优势特征, 同时还具备冲击波穿透强度高、影响深度范围广, 施工效果好的特性, 从而在实际压实工程中, 冲击压路机的滚动压实效率高, 机动性能优良, 大幅提高了对道路路基的压实能量, 进而有效提升了路面的承载能力, 减轻了因车辆超载所形成的道路损害, 延长了道路的使用时间[2]。
3.1 冲击压路机的工作原理
其结构主要由牵引车与三边弧形轮构成, 由牵引车进行拖动牵引, 逐步对道路路基压实施工, 当冲击压路机的轮子逐步超前行进时, 其重心不断发生变化, 由此对路基形成巨大的冲击作用, 从而达到良好的压实效果。冲击压路机的压实轮在工作状态时, 对路基顶面的冲击作用具有连续性及均匀性, 从而使道路路基的土体达到良好的密实效果。在对路基实际碾压时, 冲击压路机的压实轮转动一周, 压实轮的重心会随之抬高、降低3次。冲击作用可分为2个阶段:
第一阶段, 在牵引车的牵引拖动下, 压实轮逐步向前行进, 与地面产生摩擦力, 其重心位置位于滚动路线的最低点, 行程继续, 重心位置随之逐步上移, 其势能和动能渐渐相应提高, 冲击压路机内部的缓冲机构开启工作模式, 蓄能器结构内的缓冲液压缸开始收缩, 蓄能器由此进行蓄能工作。
第二阶段, 当冲击压路机的压实轮的重心位置位于滚动路线的最高点时, 行程继续, 其势能逐步转化为动能, 蓄能器结构内的缓冲液压缸渐渐伸张, 蓄能器由此释放压力能, 完成势能向动能的转化过程。当冲击压路机的压实轮的另一条滚动曲线和路面相接触时, 对道路路基生成巨大的冲击作用及夯实效果。如果牵引速度加快, 那么处于第一阶段的蓄能器内的缓冲液压缸的收缩性会随之增加, 所储蓄的能量也就越高, 第二阶段蓄能器所释放的能量也相应增多, 转化生成的动能进而增加, 这一系列的过程对路基产生的冲击作用及夯实效果就越显著。经过很多实践工程得以证明, 压实轮的碾压速度以10~12km/h最为合适。
3.2 冲击压路机的冲击能量
由以上原理得知, 冲击压路机是以非圆形的压实轮产生的集中化的冲击能量达到道路路基的压实目的的, 依靠的动力由3部分组成: (1) 压实轮重心点提升所储备的势能; (2) 压实轮持续转动所产生的动能; (3) 压实轮在行进过程中克服地势条件所做的功。因以上动力产生的冲击作用及冲击能量是衡量压实能力及压实质量的主要参数。一般情况下, 冲击压路机以静能量来标定, 计算公式为:
式中, N1为能量;M为动力结构压实轮的质量, ;g为引力常数, 取9.81m/s2;h为压实轮外半径与其内半径的相差数值。
3.3 关于压实轮的计算方法
冲击压路机的压实轮在工作状态时产生的总冲击能量还包含平动能量和转动惯性能量, 总冲击能量的表达公式为:
式中, N为总冲击能量;M为压实轮质量;V为压实轮水平速度;I为转动惯性能量;ω为压实轮的转动速度。
3.4 压实轮产生的冲击力
压实轮对道路路基所生成的冲击作用与多种参数具有紧密的关联性。具体参数包括与轮子转动的线速度、路面接触的时间长短、路面土体的弹塑性等。依据Boussinesq公式, 道路路基中某一点的z向应力表达式为:
式中:σz为道路路基中某一点的z向应力;P为道路路面的集中力承载负荷;Z为道路路基深度;R为道路路基中一点至力作用点的距离长度。
3.5 对路基有效影响的深度
根据相关技术规范, 结合目前国内具体施工情况, 综合考虑土体参数的影响作用, 其有效影响深度公式为:
式中, H为加固深度;m为夯锤质量;h为落锤高度;a为加固系数;g为引力常数, 取9.81m/s2
4 工程概况
该项工程项目全长5.0km, 国家一级公路, 公路路基的宽度为35m, 中央隔离带宽2.2m, 双向六车道。该工程处于华北平原中南部区域, 为多种河流冲积而成的平原地带。工程沿线的土体结构为冲击粉质亚黏土与轻质亚黏土混合而成, 黏土层较厚。选取某一路段使用冲击压路机进行路基压实质量的试验, 具体参数设置为:压路机功率380k W, 势能20J, 压实轮质量5t, 压实轮宽度为0.9m, 牵引碾压速度为10km/h。通过核子密度仪对路基进行钻孔, 取样检测路基压实度, 通过水准仪对路基进行沉降量的检测, 在公路中央的隔离带外缘两侧6m的位置分别布设测试点, 对两点分别进行测量, 得出的平均值为最终结果。进而分析压实轮碾压遍数对道路路基的压实度及沉降量所产生的影响作用。
5 对道路路基压实度的试验分析
为切实掌握冲击压路机的碾压遍数对道路路基的压实质量的规律性, 本工程试验对不同路基深进行钻孔取样, 对路基压实度进行检测, 测试结果见表1。
对测试结果进行分析最后得出, 对于同一路基深度, 随着冲击压路机的碾压遍数的增多, 道路路基的压实度也相应提高, 当压实次数达到32遍时, 路基压实度渐趋向稳定状态。对于冲击压路机同一压实次数, 路基的深度越浅, 路基压实度所受到的冲击能力的影响就越大。比如在深度为0~0.6m的路基部位进行碾压时, 当压实次数达到24遍时, 路基压实度就已达到最大值;在深度为1.0~1.5m的路基部位碾压时, 压实次数达到40遍时, 路基压实度仅达到90%。随着压实轮对路基压实次数的增多, 所影响的路基深度由上到下渐渐降低[3]。
6 对道路路基沉降量的试验分析
为切实掌握冲击压路机对道路路基的实际碾压效果, 在压实轮不同碾压遍数的前提下, 对道路路基顶面的沉降量进行检测并作出分析。对布设的两个测试点分别记录测试数据, 测试结果见图1。
通过对具体数据的分析得出, 当压实轮的压实次数越多时, 道路路基的累积沉降量随之增大, 初次碾压到8次时, 沉降量的效果极为明显, 当沉降量达到5.5mm的时候, 仍然增加压实次数, 其沉降量基本保持在1.5~2.0mm范围内, 沉降效果不显著。随着压实轮对路基压实次数的增多, 沉降量先大后小, 渐趋向稳定状态。对两个测试点分别进行检测观察, 得出两个路基部位的沉降量的规律大体一致。
7 结语
公路路基压实的影响因素很多, 其中碾压对路基压实的影响作用不容忽视, 冲击压路机在碾压过程中的质量控制直接决定着公路路基压实度的质量。而在实际施工过程中, 冲击压路机对路基的碾压遍数越多并不代表压实质量就越好, 如果一味追求碾压遍数, 这样不但会增加压实功率, 导致施工成本的增高, 另外对道路路基的强度会产生不利影响, 出现一系列的橡皮泥现象, 使道路的承载能力降低[4]。所以, 应结合实际施工情况, 合理选择压实机械, 科学确定道路碾压遍数, 从而保证道路路基压实度达到国家相关标准要求, 加强道路的使用性能以及延长道路的使用时间。
参考文献
[1]杨娥, 廖利伟.冲击压路机破裂稳固旧水泥混凝土路面力学效应分析[J].中外公路, 2014 (2) :101-104.
[2]卢达, 邓家喜, 郝纯中, 等.冲击压路机在填石路基中补强压实的应用[J].中国岩溶, 2005 (2) :152-155.
[3]贺杰, 张润利, 逢宏波, 等.冲击压路机的发展趋势[J].工程机械, 2002 (2) :35-37.
随着城市规模的扩展,城市主干路在不断地向市区外延伸,在遇到杂填土、垃圾坑时,需做路基处理。常规的路基处理办法有换填法和强夯法,换填法适宜在杂填土不深,更换土方量不大时使用,否则会因造价过高而被否决;强夯法作用深度大,但因其有较大的噪音,震动传播远扰民等缺点,适宜在远离居民区的地段实用。在居民小区附近修建城市主干路时,其路基处理方案便成了棘手的问题。
冲击碾压技术自1995年由南非传入我国,以前多用在公路高填方路段应用。下面以我市某主干路的施工实例,探讨冲击碾压技术在市政道路的应用。
1 工程概况
本工程是建华大街北延道路工程B标段,途径北二环向北,全长960米,经过的地段原为农田,现在道路两侧已建起了居民小区。根据地质勘察报告,道路路基范围内有杂填土,厚度分布为0.7-4.7米,以粉土为主,含有大量砖块、瓦砾等杂物,因其结构疏松,性质变化大,不处理不能作为天然地基持力层,勘查报告建议换填厚杂填土。本工程首先施工排水管道时,从开挖的沟槽壁即可发现一堆堆的砖块、瓦片等,与勘察报告相符。现场召集各方专家从技术和经济性方面论证路基处理方案。全部更换杂填土的土方量太大、费用高,因此否定了勘察报告建议的换填1.5米厚的方案,考虑到地下杂填物多为无机物,道路距居民小区近的特点,决定路基下0-0.8米范围内的杂填土全部挖掉换填,对0.8米以下的杂填土采用冲击压实,并建议先做一段试验段,以验证处理效果。
2 冲击碾压原理
冲击式压路机是由牵引车带动非圆型轮滚动行驶,多边形滚轮的大小半径产生的位能差与行驶的动能相结合,沿地面对土石材料进行静压、搓揉、冲击的共同作用,形成高振幅、低频率的冲击压实效果。因此,冲击式压路机的压实是依靠冲击力、振动力和碾压重压力三者共同作用的,可使地下深层的密实度不断累积增加,达到比现有振动压路机更好的压实功效。冲击式压路机的技术特性决定其较普通压路机有不同的压实工艺,不是采用普通压路机压半轮重叠的施工方法,而是按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。以25KJ三边形双轮冲击式压路机为例,双轮各宽0.9米,双轮内边距1.2米,行驶两次为一遍,其冲碾宽度4米。冲击式压路机向前行驶时在地面形成峰谷状态,以单双两遍为一冲压单元,当双数遍冲压时,调整转弯半径,达到对形成的峰浪与波谷进行交替冲碾,使地面峰谷减少,表面接近平整。冲击式压路机按顺时针与逆时针方向每五遍进行交替作业,各种土石路基冲碾20-40遍可以使路基形成厚1.0-1.5米的均匀加固层。资料表明,其有效压实深度达1.5-2.0米,压实影响深度达5.0米。
3 施工工艺
现场选定120米长一段路床作为试验段,采用一台CYZ 25型三边形双轮冲击式压路机施工。施工前,沿道路桩号每10米,按宽度每5米打白灰方格,用水准仪测量方格交叉点的高程,冲击碾压10、15、20遍后分别检测出同一地方的高程及压实度,并与冲压前作比较,得出路基在冲击碾压下的沉降和压实效果,从而总结出最佳碾压方法及碾压遍数。冲击碾压时准备平地机一台,如果表面出现较大起伏,则用平地机整平后再冲击碾压,以免高低起伏影响冲击碾压速度和压实效果,冲击式压路机行驶速度控制在10-15Km/h。本试验段冲击20遍,记录并检测不同冲击遍数下,地基沉降量、压实度和承载力的变化。数据整理结果为:冲击10遍后,沉降量平均为9.1厘米,冲击20遍后,沉降量平均为8.4厘米,累计沉降量为17.5厘米。冲击完成后,不同深度的压实度为,-0.2米处为85%,-0.5米处为82.1%,-0.8米处为80%,地基承载力特征值>210KPa,回弹模量平均为21Mpa,地基承载力达到设计要求。将路床表面用平地机整平,用静三轮碾碾压两遍后,在地基顶面做弯沉值检测,其数据在54-97(0.01mm)之间,满足设计要求。因此,按试验段工艺在本标段大面积推广。
4 施工注意事项
(1)正确使用冲击碾压参数。由试验段确定碾压遍数,压路机行走方式。应注意路基土方填筑时,黏性土、砂砾石和土石混合填料适宜采用冲击碾压,砂性土质不能采用冲击碾压。(2)注意土壤含水量。冲击压路机具有高能量的压实功能,相当于超重型标准的击实功,其土体含水量可以小于最佳含水量,但不宜大于最佳含水量。在我市农田土质以粘土为主的情况下,冲击10遍以上,极易形成弹簧土,一般可采用压压停停,晾几天再压。(3)注意对已做管道的保护。若道路两侧已铺设雨、污水等市政管道,冲击压路机的边际与管道间应留有1.2米宽的水平安全距离。
5 结语
