路基施工中沖擊碾壓技術的應用研究

李 燕

我國20世紀90年代竣工的高速公路相繼進入大修階段,高填方路段、零填挖路段、軟弱地基換填處理地段仍然成為大修的主要處治路段,路基的工后沉降、不均勻沉降是導致路面開裂、路基損毀的主要原因。90年代國內路基施工,對于高填方路段路基填筑主要從填料選擇、壓實層厚等方面控制,對于零填挖路段和軟弱地基,主要采取排水(如塑料排水板)、固結(如旋噴水泥樁)、換填等措施,面對大修中反映出來的并不理想的質量,近年來,設計和施工單位開始從提高路基土體壓實密度這個根本問題入手,提高路基施工質量,沖擊碾壓施工得到了較為廣泛的運用。

1 沖擊碾壓的壓實原理

沖擊碾壓施工就是采用沖擊式壓實機(一種高振幅低頻率的新型壓實設備),配備壓實輪,在運動的過程中沖擊碾質心交替升降,巨大的沖擊碾不斷地向前連續沖擊地面,把高位時的勢能和瞬時動能轉化為在低位能時對地面的沖擊能,同時輔以滾壓、揉壓的綜合作用,使土石顆粒之間發生位移、變形和剪切,隨著土石密實度增加,其影響深度也逐漸增加,從而使土體深層隨著沖擊波的傳播得到壓實,見圖1。

2 沖擊碾壓在道路工程中的應用

2.1 高填方的補強處理

高填方路段的工后沉降問題一直是路面下沉開裂的主要原因,并一度被視為“靠時間來解決的問題”,國內曾出現通車高速公路余留某些高填方路段不驗收的情況。在高填方路基施工中,主要采用普通振動壓實設備,每隔2 m的層厚進行沖擊碾壓的補壓將能以較小的經濟成本獲得較好的壓實效果,可以較好地解決高路堤的工后差異沉降,增強路床的整體性與均勻性。

2.2 上路床和零填挖地段處理

上路床和零填挖地段由于與路面質量密切相關,壓實度要求往往高達95%甚至98%,盡管普通壓實設備也能達到這個要求,但其壓實度沿層厚方向的下降較為明顯。沖擊碾壓由于影響深度可以達到1 m,將會使整個路基各層的密實度曲線趨于平緩,路床頂面以下約1 m深度內形成連續、均勻、密實的加固層,從而提高路基的綜合強度和承載力。

2.3 軟土地基加固處理

軟土地基的處理,當采用排水固結處理時,沖擊碾壓對軟土地基具有加速沉降加固的作用。當碾壓達到33遍時,孔隙水壓力由11.27 kPa增為16.766 kPa。監測結果表明,沖擊壓路機對地面施加沖擊能量后,土體受拉、壓作用,軟土中自由水經塑料排水板排出的速度明顯加快,加速了軟基的沉降固結。某些軟土地段,在排水處治階段壓實設備無法就位工作,可以在路堤填筑過程中采用沖擊壓路機分層碾壓工藝,可在施工過程中加快軟基的固結速度,有利于軟基的沉降固結。

2.4 舊路改造工程

在舊路改造工程中,利用原路基能減少占地,節約填料,但如何滿足新路等級的壓實標準以及加寬部分與老路基的連接是技術難題。通常的做法是開挖路面與路床、路堤,重新回填分層壓實,以達到規定的壓實度,對瀝青或水泥路面需要破碎、翻挖與清除,這樣利用原路基,并沒有真正減少工程造價。采用沖擊碾壓技術則不必開挖路面與路基,可以直接在原路面上用沖擊壓路機進行沖碾施工,使路基達到質量要求。當新加寬路基分層壓實到路床后,對新老路結合部與新路床進行了沖擊碾壓檢驗性補壓,再視完成路基的具體狀況,必要時在結合部路床內加鋪土工格柵,這樣處理后能較好地避免因新老路結合所引發的沉降變形裂縫。

3 施工工藝

沖擊壓路機較常規壓路機有不同的壓實工藝,基本上不采用現有壓路機壓半輪或部分重疊碾壓的施工方法,而是按沖擊力向土體深層擴散分布的性狀,提出新的沖擊碾壓方法與施工工藝。

3.1 碾壓行走路線

沖碾按“先兩邊、后中間”的次序進行,以輪跡搭接但不重疊,覆蓋整個路基表面為一遍沖碾。碾壓采用橫向排壓法,YCT25沖擊壓路機雙輪各寬0.9 m,兩輪內邊距1.17 m,行駛兩次為一遍,形成4 m寬碾壓帶。其中每遍第二次的單輪由第一次兩輪內邊距中央通過,形成理論沖碾間隙雙邊各0.13 m。當第二遍的第一次向內移動0.2 m沖碾后,將第一遍的間隙全部碾壓。碾壓橫向排壓法行駛軌跡示意圖見圖2。

每遍縱向相錯1/6的輪間距進行碾壓,在碾壓6遍完成后,回復到第一遍位置開始第二輪6遍碾壓。依次從一側向另一側推移完成全部碾壓遍數。縱向碾壓過程如圖3所示。

沖擊碾壓過程中,如果因輪跡過深而影響壓實機的行進速度,可用推土機平整后再繼續沖碾。若沖擊碾壓過程中路基表面揚塵,可用灑水車適量灑水后繼續沖碾。

3.2 質量驗收

沖擊碾壓法采用的是新型壓實設備,目前還沒有一套成熟的理論和設計計算方法,用沖擊碾壓法處理地基,一定要根據現場的地質條件和工程的使用要求,正確選用各個施工參數,以實測沉降量的變化為主(反映整體密實程度),同時進行灌砂法密實度檢測(反映面層密實程度),確定合理的碾壓遍數,才能達到有效而經濟的目的。為達到一定的平整度要求,沖擊碾壓完成后應用振動壓路機或光輪壓路機碾壓1次～3次。

4 施工的注意事項

4.1 合理選用牽引車和機型

沖擊碾壓必須用專用牽引車,因為壓實機的沖擊力與牽引速度成正比,用普通的裝載機牽引,發動機的動力不能滿足壓實機,其結果是小馬拉大車,短期內裝載機將被損壞。

目前國內生產沖擊壓路機有20多個型號,類別繁多,使用不當很難達到預期的目的。對于路堤、路床的檢驗補壓與填石、土石混填路堤的分層壓實,經全國現有的工程實踐證明,宜使用25 kJ三邊形雙輪沖擊壓路機。對水泥路面改建與土質路堤分層壓實,宜使用25 kJ五邊形雙輪沖擊壓路機。

4.2 注意碾壓時的含水量范圍

由于沖擊壓路機具有高能量的壓實功能,相當于超重型擊實標準的擊實功,達到重型壓實度的含水量僅在小于最佳含水量范圍內擴大,其大于最佳含水量的范圍不會擴大。因此,含水量視土的塑性指數大小,宜控制稠度不小于1.1～1.2,否則厚80cm～100cm土層沖壓會形成彈簧土,無法壓實。

4.3 控制構造物的安全距離

在采用沖擊壓實機碾壓路基時,為了避免對結構物造成破壞,必須制定嚴格的措施,控制沖擊壓實的范圍。搭板邊緣要保持2 m凈距,擋土墻及護坡砌體應保持1.5 m凈距;當管涵、箱涵以上的填方大于3 m,板涵頂上土大于3.5 m時,方可進行沖壓;鋪有土工格柵的路基段落,沖壓時填土高度應大于2 m,填高小于2 m以下禁止沖壓。

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