淺論沖擊碾壓改建路面施工如何影響路基的動力作用

董壽保

摘 要:我國近年來,多利用沖擊碾壓技術應對改建路面項目進行施工,沖擊碾壓技術憑借其優良的實用價值和顯著的經濟收益,受到了公路養護部門的青睞,在改建路面項目中表現了廣闊的使用前景。可是,目前沖擊碾壓技術在我國還處于初級研究階段,關于理論分析、實驗操作沖擊碾壓的荷載很少研究,因此在沖擊碾壓技術應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力作用為中心,討論了沖擊碾壓技術定義,沖擊碾壓技術在改建路面施工中的應用,沖擊碾壓改建路面施工對路基的動力影響。

關鍵詞:沖擊碾壓沖擊壓路機改建路面

中圖分類號:U416.1 文獻標識碼:A 文章編號1672-3791(2012)05(b)-0113-01

1 沖擊碾壓技術概述

沖擊壓路機利用非圓形輪沿著地面靜壓、揉搓、沖擊土石材料的持續周期性作業,能夠產生強烈的沖擊力量,下面是沖擊碾壓技術的特點。

1.1 降低工后沉降率

利用模擬實驗及測量現場路堤沉降,路基處于規定要求的壓實程度,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可以使工后沉降率變為0.1%～0.5%,能夠很好的防止差異變形產生的裂縫,這也是對高填方路堤產生變形的很好解決手段。

目前很多國內高速公路的路基在達到壓實要求后,利用沖擊壓路機進行20遍的檢驗性補壓后,經過測量獲得平均的沉降值為5.0～7.0cm,這個數據說明原路基具有優良的壓實質量,假如沉降量超出7.0cm,則表示原路基壓實不充分,壓實度沒有達到規定要求。很多5m以下的路堤經過沖擊補壓之后,經測量得到的沉降量已經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的應用在一定程度上可確保路基的穩定性,尤其路基屬于斜坡形的應用此技術將會取得更加顯著的效果。

1.2 提升整體路基的均勻性

利用沖擊壓路機對高路堤實行沖擊碾壓與補壓,這樣做能夠很好的提升整體高路基的均勻性和強度,有效防止早期路面發生的損壞,提升公路的服務水平。某風化花崗巖含塊石細粒土砂礫路基,沖碾20遍之后,經過分析計算出在地表以下的1.5m之內,使用彎沉儀進行檢測,彈性平均模量值從沖碾之前的180MPa提升至228MPa。對某段進行沖擊碾壓試驗,使用解放車檢測經過20遍沖碾之后的彎沉數值分別是141和66,折合為黃河標準車的彎沉數值為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層厚的范圍之內均勻增加的厚實度為3～5個百分點。因為沖擊壓路機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和追加補充壓實,在路床的頂面以下位置均勻、連續、緊密的形成了加固層,進而加強了路基的穩定性和強度。

2 沖擊碾壓技術在改建路面施工中的應用

2.1 加固處理特殊地基

針對軟土的地基沖擊碾壓發揮了重要的降沉和穩固作用,當碾壓次數超過33遍時,孔隙中的水壓從11.27MPa增加至16.76MPa。結果表明由于沖擊壓路機施加壓力給地面,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,對軟基形成了一個快速固結作用。路堤填筑假如在軟基上,利用碾壓分層技術,在整個施工過程中可加快固結的速率。

2.2 加快改建路面施工

當公路需要升級進行路面改建時,必須提升路基的質量,符合新路要求的壓實標準,一般情況下應對路面、路堤重新開挖,分層重新回填并且壓實,符合規定壓實程度的要求,如果是水泥或者是瀝青路面需進行破碎、開挖與清理。而使用沖擊碾壓的技術后對路面及路基不需要進行開挖,可以直接使用沖擊壓路機在路面上實行沖碾作業,可使路基符合要求標準,有效利用了舊路面。這種新技術的應用能夠盡量節省修路的材料,更好的保護環境,確保工程的整體質量。

3 沖擊碾壓改建路面施工對路基的動力影響

3.1 實驗現場

實驗研究的依據是某省內的施工項目: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。采集數據系統使用的是動態多路采集數據裝置。研究對象選擇了美國四楞沖擊壓路機。埋設動態的土壓力盒,對土壓力測量準確度的影響因素有很多,主要有土介質的應力、傳感器的大小、埋設的相關條件。本次實驗埋設傳感器時,先要填土至高出傳感器埋設的標準高度,使土的密度保持在原始狀態,之后修成水平面,采用比較細膩的土填平。放置傳感器,水平校準,使用土介質填平。

3.2 實驗方法

沖擊壓路機在實驗過程中保持正常速度行駛。在傳感器埋設一側初步擬定路面板橫向的距離。縱向選擇傳感器埋設的中心位置,沖擊壓路機的活動范圍控制在兩側50m,在50m縱向位置開始啟動沖擊壓路機,30m位置開始加速直至正常的工作狀態,動土壓力采集數據系統同時啟動。當沖擊壓路機行駛至30m位置時,采集數據系統停止工作。沖擊壓路機開始調頭,準備下一次沖擊,采集數據的頻率是200Hz。本次實驗根據不同的行駛線路、不同的沖擊次數、不同的行駛速度進行實驗52次。

3.3 實驗結果

路面遭受沖擊壓路機的每一次擊打均會對路基造成一個完整的振動壓力,沖擊碾壓對地面造成的振動具有瞬間沖擊性,通過測量振動波的多個等距離波動,體現了沖擊壓路機多次從遠至近的重復沖擊過程,對路基產生的土壓力作用同其他類型的壓路機有著本質的區別。經過測試表明,單次造成的沖擊振動發生了極快的衰減,同傳感器距離較遠的土體,在振動沖擊下一次發生以前,單次造成的振動已經降至0。

從整個過程分析,因為行駛過程中的沖擊壓路機同傳感器之間發生了距離變化,動態路基土壓力會出現一個增加至減少的變化過程。行駛中,當沖擊壓路機水平行駛至傳感器30m時,振動就會影響到傳感器,直至距離傳感器15m前后的水平距離內影響逐漸明顯。

研究發現,沖擊發生時,因為沖擊壓路機與傳感器的距離逐漸拉近,沖擊產生的能量也不斷增加,振動周期開始變長,造成土中壓力產生了爬升的現象。此時,動土壓力產生的兩次沖擊壓力并不是零,當沖擊壓路機與傳感器之間的距離越來越近時,動土壓力沖擊間隔產生的非零數值逐漸增大,伴隨著沖擊壓路機的逐漸遠離,非零現象也會消失。

實驗表明,傳感器的規律在豎向和側向上相似,動土側向壓力值伴隨著沖擊壓路機的行駛方向逐漸增大,直至接近傳感器附近時,動土壓力數值成為增值最高峰。

4 結語

結合現場試驗可以看出,沖擊碾壓對改建路面施工的路基產生的動力作用非常復雜。路基承受的動力作用與土質、路面構成及沖擊荷載等都存在著聯系,同時沖擊碾壓的次數也是逐漸變化的。沖擊碾壓對改建路面造成的實際影響是顯而易見的,因此深入開展項目實驗和理論研究非常重要。

參考文獻

[1] 劉海峰.沖擊碾壓技術在公路改擴建工程中的應用[D].哈爾濱工業大學,2008,(7):11～12.