冲击碾压法在黄土路基施工中的应用.docx
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冲击碾压法在黄土路基施工中的应用
冲击碾压法在黄土路基施工中的应用
王玉贵张海燕
(中铁十四局集团第三工程有限公司)
【摘要】:
结合青海境内某高速公路有段路基为中压缩性、II级非自重湿陷性黄土的地质情况。
提出了大面积冲击碾压的施工方案,介绍该段地基采用冲击碾压法处理措施及技术要点。
【关键词】:
冲击碾压黄土路基应用
一、工程概况:
本标段内有多处II级非自重湿陷性黄土,根据勘察设计部门提供的工程地质勘察报告,湿陷性黄土厚0.5~2.6米,天然含水量ω=10.0%。
由于地质条件差,要保证工程质量,地基必须进行处理。
其预期要达到的目的是:
消除地基土的湿陷性,提高地基土的承载力,避免填方路基的差异沉降,保持路面平整完好。
二、冲击碾压原理简介及特点:
冲击碾压是采用冲击式压实机(一种新型压实设备),配备压实轮,压实轮在牵引机拖动行驶滚动中产生集中的冲击能并辅以滚压、揉压的综合作用,使土石颗粒之间发生位移、变形和剪切,从而使土体深层随着冲击波的传播得到压实。
压实轮在牵引机的拖动下连续作用于地面,使大面积地基得以压实。
冲击碾压技术的突出特点是影响深,一般在3M,速度快,12-15KM/h,压实质量高。
三、压实机的标定和冲击力的计算:
1.冲击式压实机的标定:
25KJ冲击式压实机是以压实轮与内组件的质量M,压实轮向量半径差h所产生的势能E来标定的。
E=Mgh
M—动力部件的质量(Kg),M=12t
g—重力加速度,取g=9.8m/s2
h—轮子外半径同内半径的差值h=R-r(m)=0.22m
其压实能力标定值E=12*9.8*0.22=25(KJ)
2.冲击力的计算
压实机在行走中压实轮对地面的冲击力与压实轮转动的线速度有关,牵引车的牵引速度一般在12-15Km/h,计算出冲击的速度为3.33m/S,取作用路程为0.0333m,则冲击作用的时间t=0.01S,按动量与冲量的原理计算冲击力N:
N=M(V0ˊ-V0)/t
V0ˊ_冲击初速度,m/s;
V0_冲击末速度,m/s,此处为0;
t-冲击作用时间,s。
N≈400T
实际上V和t是变量,N一般在250T~400T之间,以这样大的低频高幅冲击能力作用于土体,使土体得到极大限度的压实。
四、冲击碾压设备的选择:
A、主要设备:
采用南非蓝派公司研制开发的25KJ冲击式压实机,配备三边形压实轮。
B、辅助设备:
平地机、洒水车、光轮压路机。
五、施工参数的确定
1、冲击碾压试验
冲击碾压法采用的是一种新型压实设备,目前还没有一套成熟的理论和设计计算方法,用冲击碾压法处理湿陷性黄土地基,一定要根据现场的地质条件和工程的使用要求,正确选用各个施工参数,才能达到有效而经济的目的。
本工程取100米长的范围为试验区。
2、冲击碾压试验
通常湿陷性黄土地基较多地采取强夯法处理,这次本标段路基的湿陷性黄土地基采用25KJ冲击压实机在地表面冲碾20遍处理。
冲击式压路机为高振幅低频率,对深层产生较强的冲击能量,随着土石密实度增加,其影响深度也逐渐增加。
冲击压实以实测沉降量的变化为主,同时进行灌砂法密实度检测,确定合理的碾压遍数。
为了总结施工经验,收集基础数据,指导大面积非自重湿陷性黄土地区路基的施工,试验段共布设10个测试横断面(10米一个测试断面),每断面三个测点(左、中、右)。
分0~10遍、11~15遍、16~20遍、21~25遍进行测试。
冲击碾压20遍、25遍后,分别用水准仪检测沉降量法、环刀法、灌砂法、表面波、贝克曼梁、承载板(CBR)、动态圆锥贯入仪(DCP)和落锤式弯沉仪(FWD)等检测手段对该段路基基底进行了地基下沉量、干密度,湿陷系数、弹性模量等指标的检测。
检测数据如下:
A、下沉量检测
沉降量S的观测值(单位:
厘米)
冲压遍数
0~10遍
11~15遍
16~20遍
21~25遍
累计下沉量
一断面
左
16.3
4.6
1.9
1.4
24.2
中
10.3
2.7
1.2
0.25
14.45
右
14.2
3.8
1.0
0.4
19.4
二断面
左
27.1
5.4
1.3
-0.2
33.6
中
14.3
2.9
0.9
0.5
18.6
二断面
右
10.0
3.1
1.9
0.6
15.6
三断面
左
17.2
5.4
1.8
0.3
24.7
中
12.3
2.8
0.9
-0.4
15.6
右
19.7
4.6
2.4
0.6
27.3
四断面
左
11.5
2.6
1.9
0
16.0
中
17.2
3.8
2.0
0.4
23.4
右
9.8
2.5
1.3
0.6
14.2
五断面
左
6.7
1.3
0.6
0.2
8.8
中
14.2
2.9
1.8
1.0
19.9
右
19.4
3.8
1.0
0.2
24.4
六断面
左
5.6
1.2
0
0.5
7.3
中
15.6
6.4
2.1
0.8
24.9
右
29.0
5.4
2.3
1.0
37.7
七断面
左
16.8
5.6
1.4
0.8
24.6
中
12.3
4.6
1.3
0.6
18.8
右
11.6
2.8
2.3
0
16.7
八断面
左
8.4
3.2
1.3
-0.8
12.1
中
23.1
5.8
2.3
1.2
32.4
右
4.2
2.3
1.0
0.6
8.1
九断面
左
17.4
5.2
1.7
0.4
24.7
中
6.3
2.8
2.1
1.2
12.4
右
9.2
3.0
2.7
1
15.9
十断面
左
3.4
2.1
2.0
1.0
8.5
十断面
中
5.6
2.3
2.0
1.5
11.4
右
6.7
2.4
1.8
0.9
11.8
线路左侧10测点平均沉降量S20=18.09cm,S25=18.45cm,△S=0.36cm
中间10测点平均沉降量S20=18.48cm,S25=19.19cm,△S=0.71cm
右侧10测点平均沉降量S20=18.52cm,S25=19.11cm,△S=0.59cm
B、密实度检测。
冲击碾压20遍后,采用灌砂法测定地面以下20CM、70CM、90CM、120CM深度处的压实度、干密度、含水量,数据如下表。
指标
干密度ρd(g/cm3)
含水量W%
压实度Kh%
20cm深度以下
1.90
10.8
98.6
70cm深度以下
1.87
11.3
96.2
90cm深度以下
1.85
11.4
93.0
120cm深度以下
1.84
11.4
90.6
冲击碾压25遍后,采用灌砂法测定地面以下20CM、70CM、90CM、120CM深度处的压实度、干密度、含水量,数据如下表。
指标
干密度ρd(g/cm3)
含水量W%
压实度Kh%
20cm深度以下
1.91
10.8
98.7
70cm深度以下
1.88
11.3
96.2
90cm深度以下
1.87
11.4
93.4
120cm深度以下
1.84
11.4
90.6
以上数据说明:
土体冲碾20遍后,土的沉降量基本稳定,土的压实度、干密度等性能指标都得到很大提高,满足要求。
湿陷系数由0.0438降为0.0022,消除了湿陷性,地表下土基1m内平均弹性模量E达到80MPa以上,在路基基底而下2m内经冲击压实,形成连续、均匀、密实的加固硬层,其技术指标已完全符合黄土地基加固的质量要求。
由此可得:
采用冲击碾压法进行湿陷性黄土地基处理是切实可行的,能高深度压实原地基。
因此确定施工参数为:
冲击碾压遍数为20遍。
六、湿陷性黄土路基基底的处理
通常湿陷性黄土地基较多地采取强夯法处理,这次本标段路基的湿陷性黄土地基采用25KJ冲击压实机在地表面冲碾20遍处理。
冲击碾压20遍、25遍后,分别用水准仪-标尺检测沉降量法、环刀法、灌砂法、表面波、贝克曼梁、承载板(CBR)、动态圆锥贯入仪(DCP)和落锤式弯沉仪(FWD)等检测手段对该段路基基底进行了地基下沉量、干密度,湿陷系数、弹性模量等指标的检测,结果表明冲碾20遍后在地表下110cm内土基平均压实度达到Kh=91%,即黄土的干密度由原来的pd=1.35g/cm3提高到1.70g/cm3,其湿陷系数由0.0438降为0.0022,消除了湿陷性,地表下土基1m内平均弹性模量E达到80MPa以上,在路基基底而下2m内经冲击压实,形成连续、均匀、密实的加固硬层,其技术指标已完全符合黄土地基加固的质量要求。
由此可得:
采用冲击碾压法进行湿陷性黄土地基处理是切实可行的,能高深度压实原地基。
七、冲击碾压的施工:
1、施工工序:
场地放样→场地清理→场地周边防护→碾压前密实度、高程测量、记录→洒水车洒水、平地机刮平、压路机静压(场地长度不小于100米)→冲击碾压3遍(时速>12km/h)→平地机刮平,洒水均匀,压路机静压→冲击碾压5-8遍(时速>12km/h)→平地机刮平,压路机静压→冲击碾压累计至20遍→平地机刮平、压路机静压处理→20cm、70cm、90cm、120cm深度密实度检测及高程测量→符合设计值进入下道工序(低于设计值增加冲击遍数)
2、施工注意事项:
A、该段路基属填方地段,地势平缓,冲击碾压施工前要做好清表,范围要依据边线放样进行。
B、冲击碾压前,记录好清表前地面高程,水准点,中桩位置原始资料,以便以后用前后数据进行对比以确定冲击压实后的沉降量。
C、为防止振动及土体侧向变形对构筑物的挤压破坏,冲击压实时冲压机距涵洞边缘保持2米的净距,与明涵台保持5米的净距,本路段两侧30米内均有民房数处,所以在施工段两侧挖深1米,宽30CM的防震沟。
D、冲击碾压若干遍后,地面成波浪状,严重时会产生跳车现象,继而影响车速和冲击效果,应及时进行整平处理,并视土质含水量和扬尘状态适时洒水。
E、按要求碾压20遍后,考虑到地面下有15CM的扰动层,因此适时进行整平、静压处理。
八、关于冲击碾压施工的几点体会
1、施工中平地机、洒水车要配合到位,一次性处理长度要尽可能大,确保机车行驶速度,从而保证处理深度。
2、碾压施工完成后,要用光轮压路机再次碾压,并精平,进一步提高表层土的压实度。
3、冲击碾压对II级自重湿陷性黄土的压实效果比较明显,极大地提高工作效率,降低劳动强度,缩短工期降低成本,与传统设备相比,冲击压实机速度快、冲击力强、影响深度大,可适当放宽对含水量的要求、成本低、工后沉降小。
4、冲击碾压施工必须保证一定的机车行驶速度,因此很适合大面积作业,如果今后再遇到大面积自重湿陷性黄土特殊土路基,采用冲击碾压处理实属首选方案。
5、冲击碾压处理的效果是否理想,与冲击碾压的设备有很大关系。
从我标段施工效果来看采用蓝派(Lanpad)冲击碾机(南非产)效果较好。
6、冲击碾压的效果与表层的(30cm)平整度和含水量也有较大关系。
平整度好,表层的含水量接近最佳含水量则效果显著。
7、从各种测试手段来看,在路基底面下2米内经冲碾压实,形成连续、均匀、密实的加固硬层,其技术指标已接近路基上路床指标,完全符合黄土地基加固质量要求。
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- 冲击 碾压 黄土 路基 施工 中的 应用