淺論沖擊碾壓改建路面施工如何影響路基的動(dòng)力作用

董壽保

摘 要:我國近年來,多利用沖擊碾壓技術(shù)應(yīng)對(duì)改建路面項(xiàng)目進(jìn)行施工,沖擊碾壓技術(shù)憑借其優(yōu)良的實(shí)用價(jià)值和顯著的經(jīng)濟(jì)收益,受到了公路養(yǎng)護(hù)部門的青睞,在改建路面項(xiàng)目中表現(xiàn)了廣闊的使用前景。可是,目前沖擊碾壓技術(shù)在我國還處于初級(jí)研究階段,關(guān)于理論分析、實(shí)驗(yàn)操作沖擊碾壓的荷載很少研究,因此在沖擊碾壓技術(shù)應(yīng)用過程中存在著一些問題。本文以沖擊碾壓改建路面施工如何影響路基的動(dòng)力作用為中心,討論了沖擊碾壓技術(shù)定義,沖擊碾壓技術(shù)在改建路面施工中的應(yīng)用,沖擊碾壓改建路面施工對(duì)路基的動(dòng)力影響。

關(guān)鍵詞:沖擊碾壓沖擊壓路機(jī)改建路面

中圖分類號(hào):U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào)1672-3791(2012)05(b)-0113-01

1 沖擊碾壓技術(shù)概述

沖擊壓路機(jī)利用非圓形輪沿著地面靜壓、揉搓、沖擊土石材料的持續(xù)周期性作業(yè),能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊力量,下面是沖擊碾壓技術(shù)的特點(diǎn)。

1.1 降低工后沉降率

利用模擬實(shí)驗(yàn)及測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)路堤沉降,路基處于規(guī)定要求的壓實(shí)程度,得出其工后的沉降概率為0.4%左右。高填的方路基利用沖擊碾壓技術(shù)可以使工后沉降率變?yōu)?.1%～0.5%,能夠很好的防止差異變形產(chǎn)生的裂縫,這也是對(duì)高填方路堤產(chǎn)生變形的很好解決手段。

目前很多國內(nèi)高速公路的路基在達(dá)到壓實(shí)要求后,利用沖擊壓路機(jī)進(jìn)行20遍的檢驗(yàn)性補(bǔ)壓后,經(jīng)過測(cè)量獲得平均的沉降值為5.0～7.0cm,這個(gè)數(shù)據(jù)說明原路基具有優(yōu)良的壓實(shí)質(zhì)量,假如沉降量超出7.0cm,則表示原路基壓實(shí)不充分,壓實(shí)度沒有達(dá)到規(guī)定要求。很多5m以下的路堤經(jīng)過沖擊補(bǔ)壓之后,經(jīng)測(cè)量得到的沉降量已經(jīng)超出正常情況下工后路基的沉降量。由此可以看出沖擊碾壓技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上可確保路基的穩(wěn)定性,尤其路基屬于斜坡形的應(yīng)用此技術(shù)將會(huì)取得更加顯著的效果。

1.2 提升整體路基的均勻性

利用沖擊壓路機(jī)對(duì)高路堤實(shí)行沖擊碾壓與補(bǔ)壓,這樣做能夠很好的提升整體高路基的均勻性和強(qiáng)度,有效防止早期路面發(fā)生的損壞,提升公路的服務(wù)水平。某風(fēng)化花崗巖含塊石細(xì)粒土砂礫路基,沖碾20遍之后,經(jīng)過分析計(jì)算出在地表以下的1.5m之內(nèi),使用彎沉儀進(jìn)行檢測(cè),彈性平均模量值從沖碾之前的180MPa提升至228MPa。對(duì)某段進(jìn)行沖擊碾壓試驗(yàn),使用解放車檢測(cè)經(jīng)過20遍沖碾之后的彎沉數(shù)值分別是141和66,折合為黃河標(biāo)準(zhǔn)車的彎沉數(shù)值為219和102,也就是說從沖碾之前的55.8MPa提升至95MPa。

一般情況下,沖碾20遍路基之后,在1.5m層厚的范圍之內(nèi)均勻增加的厚實(shí)度為3～5個(gè)百分點(diǎn)。因?yàn)闆_擊壓路機(jī)采用的是均勻的全面積的路床頂面的沖擊碾壓,符合全路基的直接檢驗(yàn)和追加補(bǔ)充壓實(shí),在路床的頂面以下位置均勻、連續(xù)、緊密的形成了加固層,進(jìn)而加強(qiáng)了路基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

2 沖擊碾壓技術(shù)在改建路面施工中的應(yīng)用

2.1 加固處理特殊地基

針對(duì)軟土的地基沖擊碾壓發(fā)揮了重要的降沉和穩(wěn)固作用,當(dāng)碾壓次數(shù)超過33遍時(shí),孔隙中的水壓從11.27MPa增加至16.76MPa。結(jié)果表明由于沖擊壓路機(jī)施加壓力給地面,使得土地承受了壓、拉效用,軟土中的自由水通過排水板至地表,增加了土體的緊密度,對(duì)軟基形成了一個(gè)快速固結(jié)作用。路堤填筑假如在軟基上,利用碾壓分層技術(shù),在整個(gè)施工過程中可加快固結(jié)的速率。

2.2 加快改建路面施工

當(dāng)公路需要升級(jí)進(jìn)行路面改建時(shí),必須提升路基的質(zhì)量,符合新路要求的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn),一般情況下應(yīng)對(duì)路面、路堤重新開挖,分層重新回填并且壓實(shí),符合規(guī)定壓實(shí)程度的要求,如果是水泥或者是瀝青路面需進(jìn)行破碎、開挖與清理。而使用沖擊碾壓的技術(shù)后對(duì)路面及路基不需要進(jìn)行開挖,可以直接使用沖擊壓路機(jī)在路面上實(shí)行沖碾作業(yè),可使路基符合要求標(biāo)準(zhǔn),有效利用了舊路面。這種新技術(shù)的應(yīng)用能夠盡量節(jié)省修路的材料,更好的保護(hù)環(huán)境,確保工程的整體質(zhì)量。

3 沖擊碾壓改建路面施工對(duì)路基的動(dòng)力影響

3.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

實(shí)驗(yàn)研究的依據(jù)是某省內(nèi)的施工項(xiàng)目:改建路面的寬度是9m,混凝土水泥面板厚度是24m,基層厚度是30cm,路基天方是砂性土。采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)使用的是動(dòng)態(tài)多路采集數(shù)據(jù)裝置。研究對(duì)象選擇了美國四楞沖擊壓路機(jī)。埋設(shè)動(dòng)態(tài)的土壓力盒,對(duì)土壓力測(cè)量準(zhǔn)確度的影響因素有很多,主要有土介質(zhì)的應(yīng)力、傳感器的大小、埋設(shè)的相關(guān)條件。本次實(shí)驗(yàn)埋設(shè)傳感器時(shí),先要填土至高出傳感器埋設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)高度,使土的密度保持在原始狀態(tài),之后修成水平面,采用比較細(xì)膩的土填平。放置傳感器,水平校準(zhǔn),使用土介質(zhì)填平。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

沖擊壓路機(jī)在實(shí)驗(yàn)過程中保持正常速度行駛。在傳感器埋設(shè)一側(cè)初步擬定路面板橫向的距離。縱向選擇傳感器埋設(shè)的中心位置,沖擊壓路機(jī)的活動(dòng)范圍控制在兩側(cè)50m,在50m縱向位置開始啟動(dòng)沖擊壓路機(jī),30m位置開始加速直至正常的工作狀態(tài),動(dòng)土壓力采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)。當(dāng)沖擊壓路機(jī)行駛至30m位置時(shí),采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)停止工作。沖擊壓路機(jī)開始調(diào)頭,準(zhǔn)備下一次沖擊,采集數(shù)據(jù)的頻率是200Hz。本次實(shí)驗(yàn)根據(jù)不同的行駛線路、不同的沖擊次數(shù)、不同的行駛速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)52次。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

路面遭受沖擊壓路機(jī)的每一次擊打均會(huì)對(duì)路基造成一個(gè)完整的振動(dòng)壓力,沖擊碾壓對(duì)地面造成的振動(dòng)具有瞬間沖擊性,通過測(cè)量振動(dòng)波的多個(gè)等距離波動(dòng),體現(xiàn)了沖擊壓路機(jī)多次從遠(yuǎn)至近的重復(fù)沖擊過程,對(duì)路基產(chǎn)生的土壓力作用同其他類型的壓路機(jī)有著本質(zhì)的區(qū)別。經(jīng)過測(cè)試表明,單次造成的沖擊振動(dòng)發(fā)生了極快的衰減,同傳感器距離較遠(yuǎn)的土體,在振動(dòng)沖擊下一次發(fā)生以前,單次造成的振動(dòng)已經(jīng)降至0。

從整個(gè)過程分析,因?yàn)樾旭傔^程中的沖擊壓路機(jī)同傳感器之間發(fā)生了距離變化,動(dòng)態(tài)路基土壓力會(huì)出現(xiàn)一個(gè)增加至減少的變化過程。行駛中,當(dāng)沖擊壓路機(jī)水平行駛至傳感器30m時(shí),振動(dòng)就會(huì)影響到傳感器,直至距離傳感器15m前后的水平距離內(nèi)影響逐漸明顯。

研究發(fā)現(xiàn),沖擊發(fā)生時(shí),因?yàn)闆_擊壓路機(jī)與傳感器的距離逐漸拉近,沖擊產(chǎn)生的能量也不斷增加,振動(dòng)周期開始變長,造成土中壓力產(chǎn)生了爬升的現(xiàn)象。此時(shí),動(dòng)土壓力產(chǎn)生的兩次沖擊壓力并不是零,當(dāng)沖擊壓路機(jī)與傳感器之間的距離越來越近時(shí),動(dòng)土壓力沖擊間隔產(chǎn)生的非零數(shù)值逐漸增大,伴隨著沖擊壓路機(jī)的逐漸遠(yuǎn)離,非零現(xiàn)象也會(huì)消失。

實(shí)驗(yàn)表明,傳感器的規(guī)律在豎向和側(cè)向上相似,動(dòng)土側(cè)向壓力值伴隨著沖擊壓路機(jī)的行駛方向逐漸增大,直至接近傳感器附近時(shí),動(dòng)土壓力數(shù)值成為增值最高峰。

4 結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可以看出,沖擊碾壓對(duì)改建路面施工的路基產(chǎn)生的動(dòng)力作用非常復(fù)雜。路基承受的動(dòng)力作用與土質(zhì)、路面構(gòu)成及沖擊荷載等都存在著聯(lián)系,同時(shí)沖擊碾壓的次數(shù)也是逐漸變化的。沖擊碾壓對(duì)改建路面造成的實(shí)際影響是顯而易見的,因此深入開展項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)和理論研究非常重要。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉海峰.沖擊碾壓技術(shù)在公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2008,(7):11～12.