姚宏武

摘要:沖擊式壓路機的開發(fā)應(yīng)用可加速路基土體固結(jié),有效地減少路基的工后沉降與差異沉降,保證路基的整體穩(wěn)定。正確地選擇和使用壓實機械,不僅影響工程的質(zhì)量和進度,而且是發(fā)揮配套機械能力和降低工程造價所必需的。文章對碾壓機械在路基施工中的應(yīng)用進行了分析闡述。

關(guān)鍵詞:碾壓機械;路基施工;壓實機理;沖擊碾壓

中圖分類號:U416文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)24-0128-02

隨著我國公路事業(yè)的不斷發(fā)展,特別是高速公路建設(shè)迅猛增加,對公路工程技術(shù)標準提出了更高的要求,對工程質(zhì)量的要求也進一步提高,不論是在科研、設(shè)計,還是在施工上的技術(shù)工作者,都在保證工程質(zhì)量上做出自己的努力、不斷地探求和摸索,做出了不少成績,確保了公路的使用質(zhì)量。

在公路工程施工中,需要壓實土、碎石、水泥(石灰、粉煤灰)穩(wěn)定粒料、瀝青混凝土、水泥混凝土等道路填筑材料。這些材料的組成結(jié)構(gòu)千差萬別,所表現(xiàn)的物理力學(xué)性質(zhì)也異常復(fù)雜。由于被壓實材料不同的性質(zhì)與含水量,以及不同的鋪裝厚度與施工工藝將涉及到采用何種壓實機械最有效最合理的問題,因此,正確地選擇和使用壓實機械,不僅影響工程的質(zhì)量和進度,而且是發(fā)揮配套機械能力和降低工程造價所必需的。不合理的機械組合及過多的壓實遍數(shù)不但使生產(chǎn)率下降,而且還會導(dǎo)致壓實質(zhì)量變差。

一、碾壓機械工作原理

沖擊式壓路機的開發(fā)應(yīng)用,可加速路基土體固結(jié),有效地減少路基的施工后沉降與差異沉降,保證路基的整體穩(wěn)定。以土壤為例對壓實機械進行施力分析。所謂土壤,是指工程施工所需要的除大石快以外的所有砂土混合物料。壓實機械對土壤施加外力,能夠提高其密實度的作用在于:迫使土壤顆粒重新排列與相互靠近;大小顆粒能相互摻合以減少體積;碾碎大顆粒的棱角以減少空隙;擠出水分與空氣以減少土壤的孔隙率。

利用機械力使土壤、碎石等填層密實的土方機械廣泛用于地基、道路、飛機場、堤壩等工程。壓實機械按工作原理分為:靜力碾壓式,沖擊式,振動式和復(fù)合作用式等。

(一)靜力碾壓式壓實機械

利用碾輪的重力作用,使被壓層產(chǎn)生永久變形而密實。其碾輪分為:光碾、槽碾、羊足碾和輪胎碾等。光碾壓路機壓實的表面平整光滑,使用最廣,適用于各種路面、墊層、飛機場道面和廣場等工程的壓實。槽碾、羊足碾單位壓力較大,壓實層厚,適用于路基、堤壩的壓實。輪胎式壓路機輪胎氣壓可調(diào)節(jié),可增減壓重,單位壓力可變,壓實過程有揉搓作用,使壓實層均勻密實,且不傷路面,適用于道路、廣場等墊層的壓實。

(二)沖擊式壓實機械

依靠機械的沖擊力壓實土壤。有利用二沖程內(nèi)燃機原理工作的火力夯,利用離心力原理工作的蛙夯和利用連桿機構(gòu)及彈簧工作的快速沖擊夯等。其特點是夯實厚度較大,適用于狹小面積及基坑的夯實。

(三)振動式壓實機械

以機械激振力使材料顆粒在共振中重新排列而密實,如板式振動壓實機。其特點是振動頻率高,對粘結(jié)性低的松散土石,如砂土、碎石等壓實效果較好。

(四)復(fù)合作用壓實機械

有碾壓和振動作用的振動壓路機,碾壓和沖擊作用的沖擊式壓路碾等。

振動作用的振動式壓路機,系在壓路機上加裝激振器而成,為目前發(fā)展迅速的機型,有取代靜力碾壓式壓實機的趨勢。

二、壓實機理

目前關(guān)于振動壓路機壓實機理的研究已經(jīng)取得了一定進展,工程技術(shù)界提出了幾種有關(guān)振動壓實機理的觀點,如共振壓實觀點、最小摩擦力觀點等。這些觀點各自可以解釋某一類振動壓實現(xiàn)象,但是不能全面解釋各種振動壓實現(xiàn)象,說明這些觀點還需完善和補充。在壓實過程中無論是靜碾壓實還是振動壓實,只有當(dāng)土中產(chǎn)生的剪切應(yīng)力τ大于土的抗剪強度τf時,才能夠使土顆粒重新排列,土體壓密變實。對于集料基層靜碾壓路機是利用靜荷載克服松散材料中固體顆粒間的滑動摩擦力、粘附力,排出空氣,使各顆粒間相互靠近,而振動壓實骨料之間移動除要克服滑動摩擦外還要克服咬合摩擦, 咬合摩擦是由于骨料與相鄰骨料脫離咬合而產(chǎn)生移動的。即:

ф=фu+ф1 (1)

式中:фu——滑動摩擦角;ф1——咬合摩擦角。

三、沖擊碾壓施工

(一)施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)

1.沖擊碾壓工藝流程。采用三邊形和五邊形兩種沖擊式壓實機,沖擊碾壓能量由低逐漸過渡到高。沖擊碾壓初始階段采用五邊形沖擊壓實機,然后采用三邊形沖擊壓實機,最后采用五邊形沖擊壓實機。沖擊碾壓步驟為:(1)先用五邊形沖擊壓實機在12km/h行駛速度下沖擊碾壓3遍:再用擊壓實機在12km/h行駛速度下沖擊碾壓5遍;(2)整平,檢測高程,計算沉降量,根據(jù)孔隙水壓力和“彈簧”傾向,確定間歇時間;(3)用三邊形沖擊壓實機在15km/h行駛速度下沖擊碾壓5遍:整平,檢測高程,計算沉降量,根據(jù)孔隙水壓力和“彈簧”傾向,確定間歇時間;(4)用三邊形沖擊壓實機在15km/h行駛速度下沖擊碾壓5遍:整平,檢測高程,計算沉降量,此時沉降量若已為1cm左右辦可進行第(5)步施工,否則再進行(4)步1～2遍直至沉降量達到1cm左右時,三邊形沖擊壓實機作業(yè)收斂;(5)用五邊形沖擊壓實機在15km/h行駛速度下沖擊碾壓2遍:整平,根據(jù)表面平整度及擾動情況決定是否由振動壓路機配合碾壓2～3遍,然后質(zhì)檢,驗收。

2.沖擊碾壓與強夯的間歇時間控制標準。沖擊碾壓與強夯的間歇時間,結(jié)合超孔隙水壓力消散70%～80%的時間,一般為3天。

3.沖擊碾壓能量由低逐漸過渡到高,通過采用三邊形、五邊形兩種沖擊式壓實機和沖擊速度組合實現(xiàn)。

4.沖擊碾壓收斂準則。最后5通沖擊碾壓的沉降量不大于1cm。

5.振動壓路機碾壓找平。用人工配合機械清除高于設(shè)計標高多余的山皮石墊層,對于低于設(shè)計標高的面層,采用粒徑小于5mm的碎石找平,并按照施工技術(shù)規(guī)范的要求整平碾壓基礎(chǔ)處理面。

整平碾壓采用振動壓路機碾壓,碾壓時需灑水,直至表面平整、堅實、穩(wěn)定和無明顯輪跡為止。

碾壓時,先慢后快,由弱振至強振。壓路機的最大碾壓行駛速度不超過4km/h,碾壓時由兩邊向中間進行,橫向接頭重疊0.4～0.5m。前后相鄰兩區(qū)段應(yīng)縱向重疊1.0～1.5m,達到無漏壓、無死角,確保碾壓均勻。

(二)特殊情況處理

1.施工搭接的處理。針對山皮石墊層在施工過程中采取分塊施工產(chǎn)生的搭接問題,采取的相應(yīng)處理措施是對前一作業(yè)面預(yù)留5.0m左右的墊層面鋪筑后不進行沖碾施工,待下一作業(yè)面沖碾時一起壓實。對于沖碾機械轉(zhuǎn)彎時未能沖碾到的局部位置,采用振動壓路機補充碾壓密實。

2.“橡皮土”現(xiàn)象的處理。因沖擊碾壓的沖擊能量大,表面一定深度的土體含水量對沖擊碾壓的效果具有較大影響。當(dāng)含水量過大時,容易形成彈簧、翻漿等現(xiàn)象。因此在沖碾施工時,需要嚴格控制底面一定深度的土體內(nèi)的含水量。出現(xiàn)“橡皮土”現(xiàn)象時,采取翻曬或換填方式處理。

3.表面波浪的處理。沖擊碾壓若干遍后,可能在山皮石墊層上形成波浪狀表面,嚴重時會產(chǎn)生壓實機械跳車現(xiàn)象,繼而影響車速和沖擊效果,應(yīng)及時進行整平處理,并視土質(zhì)含水量和揚塵狀況適當(dāng)灑水。

4.表面推移的處理。當(dāng)土體表面含水量較大時,沖碾過程中易形成表面推移,土體間產(chǎn)生脫離現(xiàn)象,因此,在雨后或表面含水量較大時,采取晾曬或挖溝降水措施降低表面含水量后進行沖碾施工。

四、結(jié)語

用沖擊式壓路機沖碾過的路基,可達到加強補壓的效果而且降低路基的沉降量,提供路基穩(wěn)定性及承載力。在高速公路施工中,特別是高填方路段、軟弱地基路段可以減少工后沉降,保證路基施工質(zhì)量。

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