沖擊壓實技術在舊路改建中的應用

馬海龍，齊 輝

(1.綏滿高速公路牡丹江至哈爾濱段大修工程建設指揮部;2.中咨公路養護檢測技術有限公司)

綏滿高速公路牡丹江至哈爾濱段是在1997年建成通車二級公路的基礎上改擴建項目，全線分三期建成，一期工程為尚志至亞溝段(K337+420～K431+390);二期工程為亞布力至尚志段(K265+472～K337+420);三期工程為海林至亞布力段(K179+980～K265+472)，項目分別于2004年、2006年、2008年交工通車;牡丹江至海林段(K166+610～K179+980)為1997年交工通車的高速公路。由于沿線交通量大，超載現象嚴重，導致路面病害較多，影響了行車安全，降低了服務水平，目前牡哈公路的現狀已遠遠滿足不了“通暢、舒適、安全”的高速公路使用要求。近年來雖進行了數次中小維修養護，但仍未從根本上解決問題。維修費呈逐年遞增趨勢，道路現狀每況日下，病害面積逐年遞增，公路的服務水平和使用功能明顯的下降。2011年經研究決定對K165+120～K431+390.3段進行徹底大修，以改善行車條件。在大修過程中，采用沖擊壓實技術對原水泥混凝土進行破裂處理，作為新路面的基層，采用該技術可以解決原路面沉降問題，加快原路面的穩定，并且降低工程造價。

1 前言

沖擊碾壓(又稱為沖擊夯)作為一種高效率、高壓實能量的壓實、打裂機械，20世紀80年代在國外投入生產以來，得到了廣泛的應用。沖擊輪在位能落差與行駛動能下對工作面進行靜壓、搓揉、沖擊，使工作面不斷加固。其基本原理是利用動能轉化為沖擊能來壓實土體，其特征是將巨大的動能在很短時間內轉化為沖量，進而形成瞬時作用的巨大沖擊力，在土體中產生很大的剪切應力和法向應力，從而有效地克服土壤的內聚力，壓縮土體并排除土體中的空氣和水分，達到壓實土體的最終目的。由于其具有巨大的動能，本次采用該技術對原水泥混凝土路面進行打裂穩壓處理。

2 沖擊壓實技術作用機理

沖擊壓路機是將當前振動壓實高頻率、低振幅改為高振幅、低頻率。沖擊壓路機是用五邊形“輪子”來產生集中的沖擊能量達到打裂穩壓的目的。沖擊壓路機可由配套的牽引機在前方牽引。

打裂效果與打擊能量有關，當打擊能量大時，被壓水泥板的應力也大，因而打裂效果較好。沖擊壓路機以其靜能量來標定，能量以千焦耳計算;總的來說：沖擊壓路機工作時所具有的能量由三部分組成

N1為靜態能量，其大小為壓實輪轉動過程中質心升高所具有的勢能;它與多邊形壓實輪的質量m、外切圓半徑R、內接圓半徑r有關

式中：N1為能量，kJ;m為動力部件的質量，kg;g為重力常數(9.81 m/s);h為輪子外半徑與內半徑的差值，h=R-r。

N2為壓實輪平動所具有的動能;與壓路機行進速度V有關

N3為壓實輪轉動慣性所具有的能量;與壓實輪轉動慣量I和旋轉角速度w有關

3 沖擊前準備

3.1 沖壓設備的選擇

該工程選用藍派GQ380五邊形沖擊壓路機，沖壓前要對沖擊壓路機及其配套設備進行檢查，確保機械設備處于完好狀態。

3.2 安全距離

(1)進行沖擊破碎工作前，首先要檢查清楚施工路段上的涵洞，通道，橋臺的位置，用明顯標記標明需要進行破碎處理的范圍和控制點，檢測人員做好相關準備工作，在舊水泥混凝土路面進行藍派沖擊破裂穩固的施工時，對于橋涵構造物應進行保護，水平安全距離不小于10 m，垂直安全距離不小于1.5 m，路側建筑物水平安全保護距離不小于30 m。

(2)沖擊壓路機行駛速度一般為7～12 km/h，轉彎半徑一般為8 m，破碎遍數根據沉降量和原水泥混凝土面板的破碎情況來確定。

3.3 監測點布置

為觀測路面沉降量，在試驗路段設置監測點，監測點的布置如圖1所示。

圖1 監測點布置圖

4 試驗路段施工

由于各路段的水泥路面板塊狀況及路基狀況各不相同，所以，不同路段的施工工藝也不一樣。試驗的主要目的是通過試驗路段的施工，確定合適的沖壓工藝和質量控制標準，以便后續的施工與質量管理。

4.1 舊水泥混凝土路面的沖壓控制標準

(1)舊水泥混凝土路面板塊宜破碎成60 cm左右的板塊，各板塊之間應互相嵌鎖，不應過度破碎松散。

(2)沖壓后的沉降應趨于穩定，一般以最后兩遍平均沉降量不超過5 mm為準，或者其平均沉降量為總沉降量的5% ～10%。

(3)控制沖壓遍數，一般五邊形沖擊壓路機的沖壓遍數為5遍，沖壓5遍仍達不到要求時應停止沖壓，采取其他技術措施。

4.2 沖壓順序

根據水泥混凝土路面的特點，原水泥混凝土面板所受的約束力越少，破裂效果越好。所以，先處理路肩部分，后處理行車道和超車道，這樣可解除對原路面行車道和超車道破碎處理的側向約束，有利于原面板的破碎。

4.3 沖壓效果檢測

對不同沖壓破碎遍數下的沉降量、破碎板塊尺寸及形狀的監測觀察，平均沉降量、破碎情況檢測結果如表1。

表1 平均沉降量、破碎情況與破碎遍數的關系

5 結論

通過應用沖擊壓實技術對原水泥混凝土路面打裂穩壓處理，得出以下結論。

(1)應根據不同的路面狀況確定不同的壓實遍數，通過兩種不同路況的檢測得出，路面較差的路段沉降量較大，壓實3遍后路面網狀結構基本形成，然而沉降量還較大，壓實5遍后，沉降達到設計要求，但是板塊脫落嚴重;路況良好的路面，壓實5遍后才能達到設計要求，破碎板塊狀況良好。綜合考慮各方面因素，最終對路況較差的路段壓實3遍，對路況較好的路面壓實5遍。

(2)壓實時，應注意沿線構造物的安全距離，以免破壞沿線構造物，造成不必要的修補。

(3)對打裂后有局部板角破碎松動、出現唧泥及脫空嚴重的板塊，由于板塊之間不能嵌擠，容易造成路面損壞。所以，要進行挖除舊水泥混凝土板塊后再重新填補處理。

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