冲击压实技术在公路路基施工中的应用

2022-09-12

冲击压实技术不同于传统的静碾压实、振动压实以及打夯压实技术, 是集中技术的结合。它利用非圆形压实轮在行走过程中靠质心位置的变化来对路基进行压实, 在压实轮行走过程中凸块不断太高和下落形成了地频率大振幅的夯击, 其具有穿透力强、影响深度大的优点同时吸取了滚动压实效率高、机动性好的优点。

1 冲击压实技术原理及特性

1.1 技术原理

冲击压实是通过正多边形的冲击轮在行进中由轮面与地面阻力的作用而对路基进行夯实, 冲击轮轮轴的反复抬升和下落形成的重力来对路基夯实。该种压实过程具有揉挤、冲击等多方面作用, 该种混合作用非常容易使土体产生大量的微小裂缝, 这些裂缝可以大大加速地基内孔隙水的排放从而加速土体固结, 其工作原理是多边形轮子的一系列的交替排列的凸点和冲压面, 在压路机行进过程中配套的大功率牵引车带动“凸轮”前进, 压实轮的凸点形成交替的抬升与下落, 在抬升及下落过程中产生的集中冲击能量相当于连续夯拍过程, 既能使得动力固结过程连续高效又能大大缩短固结周期, 同时较低的冲击能量对土体产生较小的侧向变形, 因此可以在很大程度上保持原来的土体结构等特点[1]。

冲击压实技术适用于对深层土及岩石填方及含水量较高的粘性土进行压实, 其与传统压实技术相比较省略了更换原来土质不好的地基土的过程, 可直接在原土上直接压实, 且其压实深度可达1m以上。

1.2 技术特性[2]

冲击能量。冲击能量即指冲击压路机冲击轮内外半径之差与冲击轮本身质量之积, 即其形成的静态能量。大量数据表明, 冲击压实机能使其形成的冲击波深入压实层3-5m, 并使被压实层形成能量团和增厚其弹性层, 其对压实材料的冲击作用比同吨位的震动压实机具有更为明显的效果。

冲击力。冲击压实机械对压实层所产生的冲击力与压实轮转动中形成的线速度有关, 其在工作中的行驶速度一般为12~1 5 k m/h, 一般压实轮的公称外径为2 m, 其形成的冲击速度为3.34m/s。一台冲击力为25k J的冲击压路机在正常工作中形成的冲击力约为2000k N, 远远超过了超重型振动压路机的激振力上限450k N和拖式震动压路机的激振力上限1000k N, 因此可以说冲击压路机的冲击力远远高于一般重型压路机的冲击力。

含水量。传统的压实技术要求填料具有最佳的含水量, 而冲击压实技术对填料含水量要求范围可上下放宽3~5个百分点, 在施工过程中填料基本上可以保持其天然含水量进行回填碾压, 即使在干旱或半干旱地区其填料含水量较低填料回填后只在其表面喷洒少量水之后即可进行碾压, 因此可以大大减少施工用水, 降低施工费用。

填方厚度增加。传统的压实技术需对原地表进行处理后才可分层进行回填碾压, 其回填厚度一般为30cm~50cm, 而冲击压实技术在对原路面进行直接碾压后进行填料碾压, 且其每层回填厚度可增加到60cm~100cm, 缩短了施工周期;同时冲击压路机工作中的行驶速度即碾压遍数都远远超过震动压路机, 冲击压路机每台班一般可完成1~2万方, 而震动压路机一般可完成2000方, 其震动效率是震动压路机的5倍。

2 冲击压实技术的应用

事实中许多干线路段通过丘陵、山区等地带, 在路基修筑过程中需使用碎石、块石等作为填方材料, 对于该种填料其压实度是施工质量的主要控制点, 只有密实、均匀、稳定的路基才能保证路面处于良好的工作状态, 因此如何改进压实工艺、增加碾压功能、提高压实密实度, 保证该种路基的压实标准、施工适量控制以及施工检测也成为公路建设的主要课题。大量试验表明冲击压实技术具有可以减少路基工后沉降, 提高路基整体强度, 延长路面服务期限等优点, 其具体表现为:

减少路基工后沉降。八达岭高速公路路堤填料为风化花岗岩行成的含块石细粒土砂砾, 原来采用震动压路机进行路基填筑分层碾压, 每层回填厚度为20cm, 其压实度一般在90%~93%范围之内, 后补压冲击碾压20遍, 其计算有效压实深度为1.5m, 压实度也平均提高到95%;原路基高度为4.5m采用冲击碾压技术后其填方路基高34m。由此可以证明该种压实方法可以在很大程度上减小路基工后沉降量[3]。

提高路基整体强度。冲击压路机在分层碾压高路堤与补压振碾达标路床工程中都能较好的提高路基整体强度, 在上述八达岭高速公路花岗岩风化含块石细粒土砂砾路基中, 在经过20遍冲击压实的路基用落锤式弯沉仪检测, 其平均弹性模量在很大幅度上得到提高, 并且部分路段不仅其强度有所提高, 且使原来采用震动压实工艺施工的路基产生了5cm~7cm的下沉, 当冲击碾压20遍后在1.5m范围深度内其压实度平均增加3%~5%, 即充分实现了在路床顶层下1.5m范围内形成连续、均匀的密实加固层, 大大提高了路基的强度及稳定性[4]。