路基冲击碾压施工工法

核工业西南建设集团有限公司路基冲击碾压施工工法路基冲击碾压施工工法王汝俊核工业西南建设集团有限公司6100211前言冲击压路机是一种新式路基压实机械，通过冲击碾压对路基压实质量的提高产生了很强的推动作用。路基冲击碾压施工工艺在高速公路中的运用，是高速公路压实技术的最新发展。近年来，在高速公路施工中，为提高路基施工质量，加速路基沉降，减小路基工后沉降，一般都要求对路基进行冲击碾压。我公司在本辽高速公路路基工程第19合同段及伊墩高速第二合同段施工中，通过施工实践、总结，对该施工工艺已经熟悉、掌握并形成了本工法。2工法特点2.1冲击碾压的施工速度快，效率高，冲击碾的速度一般在12—20km/h，尤其对较长、较宽的路基段落，效率更高。2.2作用范围大，冲击碾的压实影响深度在1—1.5m，比传统的压实机械有更好的压实功效，有效解决普通压路机需要严格控制层厚的问题。2.3工费较低，按冲击25遍计算，每平方米费用约2.5元。2.4控制工后沉降和不均匀沉降，提高路基的整体强度，保证公路的使用质量。3适用范围3.1本工法适用于地基冲碾，各种填土、填石的各级公路路基分层碾压，路堤（床）补压。3.2自行式冲击压路机单块最小冲压施工面积不宜小于1000m2,牵引式冲击压路机单块施工面积不宜小于1500m2。较窄的工作面但设置了转弯道的最短直线距离不宜小于100m,宽度不宜小于6m。此处所指的工作场地面积是指排除了需避让的构造物之后的能够冲压的净面积。3.3如下情况不宜采用冲击碾压3.3.1加筋土挡墙路段不宜采用冲击碾压；核工业西南建设集团有限公司路基冲击碾压施工工法3.3.2旧路改建中遇到的挡墙、桥梁和涵洞等的承载力不足以承受冲击碾压荷载需加固的路段；3.3.3含水量超出范围经试验验证效果不明显的路段；3.3.4路堤（床）增强补压试验段冲击碾压20遍后平均下沉量≤3cm的路段。4工艺原理冲击碾是由牵引车带动非圆形轮滚动，多边形滚轮的大小半径产生位能落差与行驶的动能相结合沿地面对土石材料进行静压、搓揉、冲击的连续冲击碾压作业，形成高振幅、低频率的冲击压实原理。目前以25KJ三边形双轮冲击压路机使用最多，其双轮静重12t，行驶最佳速度为12km/h，对地面产生集中冲击力2000～2500KN，相当于1111～1543kPa。这种高能量冲击力周期性连续冲击地面，产生强烈的冲击波，向下具有地震波的传播特性，产生的冲击碾压功能达到超重型击实功，可使地下深层的密实度不断累积增加，视不同土石材料性状达1.0～1.5m，比现有振动压实机械有更好的压实功效，使被冲压的土石填料更接近于弹性状态，显示出克服土石路基隐患的技术优势,是土石工程压实技术的最新发展。三边形双轮冲击碾在工作中，当牵引车拖动三边弧形轮子向前滚动时，压实轮重心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，通过三边弧形轮连续均匀的冲击地面，使土体达到均匀密实。在冲击碾压过程中，三边弧形轮每旋转一周，其重心抬高和降低三次，对地面产生夯实冲击和振动作用三次。具体冲击作用过程为：在牵引的作用下，压实轮依靠与地面的摩擦力沿外廓曲线向前滚动，重心处于曲线最低点时，再向前滚动，重心开始上移，牵引力带来的动能转化成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。当压实轮重心处于曲线最高点向前滚动时，压实轮的势能开始转化为动能，蓄能器缓冲液压缸伸张，蓄能器中的压力能释放，转化为压实轮的动能。由于压实轮的特殊结构，其重心除了具有向前的线速度外，还有一个向下的线速度，直至压实轮另一条曲线与地面接触时，开始对地面产生冲击夯实作用。牵引车的工作速度越大，蓄能器的缓冲液压缸收缩越大，蓄能越多，释放的能量转化为压实轮的动能也越大，对地面产生冲击夯实的动能也越多，激振的效果也越好。根据经验和25KJ三边形双轮冲击压核工业西南建设集团有限公司路基冲击碾压施工工法路机设计行车速度要求，碾压速度以10-12km/h为宜。对于一般路基的非饱和土，冲压轮着地时由于动能释放，在冲压轮下的局部面积产生瞬时的冲击动荷载，向下传递快速挤密深层土颗粒，同时冲击能量以震动波的形式在弹性半空间中传播，使土颗粒相互靠拢，排出空隙中的气体与水，土颗粒重新排列而挤压密实。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程见图5.1不合格不合格合格图5.1施工工艺流程图5.2施工方法及主要工序操作要点5.2.1施工准备施工准备测量放样修转弯道冲压路段清理整平冲压碾压整平、压路机碾压压实度及高程检测下道工序冲压碾压试验确定施工参数增加冲击碾压遍数检测含水量密实度洒水或晾晒埋设高程观测点核工业西南建设集团有限公司路基冲击碾压施工工法对需要进行冲击碾压的地段，进行清理整平，以保证均匀传递较大的冲击力，使冲击碾压达到最佳效果，在无法转弯的地段还要修筑转弯道，以利冲击压路机转弯行驶。同时，对冲击碾压机械的性能进行了解、熟悉。然后在现场实际布置沉降观测点，可以通过白灰布点，也可以利用全站仪实际测量坐标，这样更加准确。选定试验路段进行冲击工艺探索，确定最佳冲击碾压遍数。5.2.2测量放样对已整平的路基进行放样测量，测量冲压前的标高，以确定冲压后的冲压沉降量。5.2.3试验段布置无论是地基冲碾，还是路基分层碾压，其冲击碾压工作段的长度一般要求宽度大于24m，长度大于250m。按照每20m设置一个检测断面。每个沉降检测断面布置3点，分别为路基的左、中、右三点（边点距离路基边1m）。用全站仪测量沉降观测点的坐标并记录，以便冲击完成后按照此坐标进行放样和标高测量。在碾压过程中按照每5遍检测一次压实度及沉降，并详细记录数据，同时对检测数据进行整理分析，确定最佳碾压遍数以指导冲击碾压施工。5.2.4其余段落施工按照试验段确定的施工工艺进行冲击碾压，施工过程中可根据各个段落的试验检测情况对冲击遍数进行调节。最终以试验检测数据为准来确定是否完成冲击碾压。5.2.5具体冲碾过程1)冲碾时压路机先从路基一侧边缘行驶，行至终点时转弯反向沿线路中心向起点行驶，行至起点再转向路基边侧行驶，牵引车行驶使压实轮的轮迹应重叠二分之一以上，以保证弧形轮中间的部分被冲碾到，就这样一环一环的进行。当压路机轮迹到达另一侧边缘时完成冲碾一遍，如图5.2示。由于压实轮弧形的构造特点，冲碾一遍结束时仍有部分路基未被冲碾到，此时应接着进行第二遍、第三遍……，每冲击5遍，试验检测检测沉降量、压实度、含水量、最大干密度、孔隙比等数据。如果此时的土体含水量小于土体的最佳含水量时，则要用推土机、核工业西南建设集团有限公司路基冲击碾压施工工法平地机整平，根据计算补充洒水，保证土体处于最佳含水量、地基湿润、不出现松散层、水分充分渗透后再继续冲压，进行压实度和高程检测。2)冲击碾压10遍、15遍、20遍、25遍、30遍后分别检测一次压实度、湿密度、最大干密度、孔隙比、湿陷系数、总的沉降量等数据。3)各种数据整理汇总后得出结论以便指导大面积施工。4)冲碾注意事项⑴当冲击压路机冲压若干遍后，若场地波浪起伏过大，立即停止施工，用推土机推平整以后再继续施工。当表层土的含水量过少，扬尘情况严重时，则停止施工，用洒水车进行喷洒后再继续施工。压实过程中表层产生波浪形起伏后，碾压时要有意识地调整转弯半径，冲击波峰，即进行错峰压实，以做到压实质量的均匀、满压。在每碾压五遍后要调整为反方向冲击碾压。对于含水量较高的情况注意防止施工中出现“弹簧”现象，如果出现弹簧现象可暂停施工，待含水量降低、强度恢复后再施工或采用挖除换填方式处理。⑵测点平面位置保持不变，在施工过程中，应保证测点位置的固定。5.3冲击碾压遍数5.3.1冲击碾压遍数的定义：双轮冲击压路机的冲击轮宽度为0.9m，两轮隙宽度为1.16m，双轮外边缘的宽度为2.96m时，冲碾1次的计算碾压宽度为2m，经错一个轮宽碾压，冲碾1个来回后，计算碾压宽度4m，按此方法计算，整个场地全部压完1次算一遍。5.3.2对于软基地段上面铺筑石碴的路基（石渣厚度一般在50～70cm左右），一般要冲击碾压一次，冲击碾压遍数为15～20遍。图5.2碾压示意图11222211线路中心线核工业西南建设集团有限公司路基冲击碾压施工工法5.3.3对于一般路段（路堤高度4m以下）的Ⅱ级（含Ⅱ级）以下的湿陷性黄土地基处理，要冲击碾压20～25遍。5.3.4对于地基为路基填土高度在3～6m者，在路基填筑至路床顶20cm时进行冲击碾压一次，冲击碾压遍数为10～15遍；路基填土高度在6～10m者，在路基高度填筑到一半时冲击第一次，填筑到路床顶20cm时冲击第二次，每次冲击碾压遍数为15～20遍。5.4劳动力组织劳动力配备表表5.4人员分类人数工作备注现场负责1负责施工现场指挥、协调生产副经理技术员1负责施工现场技术技术主管测量人员3负责施工测量试验人员4负责试验检测和控制机械司机根据现场实际操作冲击碾杂工2协助试验挖坑6材料与设备6.1路基填土材料用于路基土方填筑时，黏性土、砂砾石和土石混合填料宜采用冲击碾压，冲击碾压前要做试验段，根据实验结果确定碾压遍数和沉降量，砂性土质段不能采用冲击碾压，对掺石灰或水泥改良的路基土方，改良后不应再进行冲击碾压。6.2机械设备工程机械配备表表6.280推土机1台ZL50装载机1台PY180自行式平地机1台20t振动压路机1台25KJ冲击压路机1台洒水汽车1辆8T以上自卸车4台卡特320挖机1台核工业西南建设集团有限公司路基冲击碾压施工工法试验仪器配备表表6.3ф150灌砂筒4套土工标准筛1套精度0.1g电子天平1台10kg案秤1台全站仪1台50m钢尺1个水准仪1台7质量控制7.1做好试验路7.1.1试验路的检测项目见表7.1.1试验路的检测项目表表7.1.1应用范围项目地基与路堑冲压土石混填、填石路堤分层冲压路基冲击补压层厚必做沉降量必做必做必做压实度必做必做必做土的物理力学参数选做选做选做贯入值（DN）必做选做选做承载力选做土质振动速度测量选做选做7.1.2检测项目要求与频数1）沉降量定点沉降量检测包括冲碾前及每冲压5遍后的标高，检测样本数不少于20个，水准仪的测量精度不大于1mm。对于地基冲碾、分层压实、路基（或路床）的补压应根据试验大纲的图示要求宜用长6cm铁钉系红布条作明确标记，准确定点。平地机刮平对应注意保护”带有红布条铁钉的检测点,即在检测点周围20cm的地方不得扰动。2）DN值粒径大于5mm的含量不超过30%时可采用DCP检测，DN值的检测频率与压核工业西南建设集团有限公司路基冲击碾压施工工法实度相同，测点数6个左右。3）压实度压实度检测的样本数不少于4个，具体的检测位置见表7.1.2压实度检测位置表表7.1.2项目测点竖向位置检测时间地基和路堑冲压表面下20cm、50cm、80cm、120cm冲击前及每冲压10遍土石混填、填石路堤分层冲压表面下20cm、层厚的中间、层底上10cm冲击前10遍及以后每冲压5遍路基增强补压表面下20cm、50cm、80cm冲击前10遍及以后每冲压5遍注：本表所指的测点位置指的是灌砂或环刀的中间位置。4）土的物理力学参数土的物理力学参数根据土质类型与工程要求确定，其基本物理参数有：天然含水量(%)、液塑限、天然密度(g／cm3)、粒径组成；力学参数有：压缩系数α、压缩模量Es、粘聚力c、内摩擦角φ、湿陷系数δs。检测项目与数量可根据工程需求确定。5）层厚压实层厚在60cm—l00cm之间，根据具体情况选择2-3个不同的松铺厚度试验。7.1.3控制路基土冲压含水量，做好试验结果分析1）对各参数试验结果的分析按试验目的进行。各检测参数应及时进行整理分析，汇总成图表，表7.1.3是不同冲压用途的各关系曲线。核工业西南建设集团有限公司路基冲击碾压施工工法不同冲压用途所包括的关系曲线表7.1.3用途地基和路堑冲压土石混填、填石路堤分层冲压路基冲击补压关系曲线A、B、C、DA、BA、B、C备注：A：冲压遍数-沉降量曲线；B：冲击遍数-压实度曲线；C：冲压遍数-DN值曲线；D：压实度-湿陷系数曲线（仅对