浅析碾压机械在路基施工中的应用

摘要:冲击式压路机的开发应用可加速路基土体固结,有效地减少路基的工后沉降与差异沉降,保证路基的整体稳定。正确地选择和使用压实机械,不仅影响工程的质量和进度,而且是发挥配套机械能力和降低工程造价所必需的。文章对碾压机械在路基施工中的应用进行了分析阐述。

关键词:碾压机械;路基施工;压实机理;冲击碾压

中图分类号:U416文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)24-0128-02

随着我国公路事业的不断发展,特别是高速公路建设迅猛增加,对公路工程技术标准提出了更高的要求,对工程质量的要求也进一步提高,不论是在科研、设计,还是在施工上的技术工作者,都在保证工程质量上做出自己的努力、不断地探求和摸索,做出了不少成绩,确保了公路的使用质量。

在公路工程施工中,需要压实土、碎石、水泥(石灰、粉煤灰)稳定粒料、沥青混凝土、水泥混凝土等道路填筑材料。这些材料的组成结构千差万别,所表现的物理力学性质也异常复杂。由于被压实材料不同的性质与含水量,以及不同的铺装厚度与施工工艺将涉及到采用何种压实机械最有效最合理的问题,因此,正确地选择和使用压实机械,不仅影响工程的质量和进度,而且是发挥配套机械能力和降低工程造价所必需的。不合理的机械组合及过多的压实遍数不但使生产率下降,而且还会导致压实质量变差。

一、碾压机械工作原理

冲击式压路机的开发应用,可加速路基土体固结,有效地减少路基的施工后沉降与差异沉降,保证路基的整体稳定。以土壤为例对压实机械进行施力分析。所谓土壤,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。压实机械对土壤施加外力,能够提高其密实度的作用在于:迫使土壤颗粒重新排列与相互靠近;大小颗粒能相互掺合以减少体积;碾碎大颗粒的棱角以减少空隙;挤出水分与空气以减少土壤的孔隙率。

利用机械力使土壤、碎石等填层密实的土方机械广泛用于地基、道路、飞机场、堤坝等工程。压实机械按工作原理分为:静力碾压式,冲击式,振动式和复合作用式等。

(一)静力碾压式压实机械

利用碾轮的重力作用,使被压层产生永久变形而密实。其碾轮分为:光碾、槽碾、羊足碾和轮胎碾等。光碾压路机压实的表面平整光滑,使用最广,适用于各种路面、垫层、飞机场道面和广场等工程的压实。槽碾、羊足碾单位压力较大,压实层厚,适用于路基、堤坝的压实。轮胎式压路机轮胎气压可调节,可增减压重,单位压力可变,压实过程有揉搓作用,使压实层均匀密实,且不伤路面,适用于道路、广场等垫层的压实。

(二)冲击式压实机械

依靠机械的冲击力压实土壤。有利用二冲程内燃机原理工作的火力夯,利用离心力原理工作的蛙夯和利用连杆机构及弹簧工作的快速冲击夯等。其特点是夯实厚度较大,适用于狭小面积及基坑的夯实。

(三)振动式压实机械

以机械激振力使材料颗粒在共振中重新排列而密实,如板式振动压实机。其特点是振动频率高,对粘结性低的松散土石,如砂土、碎石等压实效果较好。

(四)复合作用压实机械

有碾压和振动作用的振动压路机,碾压和冲击作用的冲击式压路碾等。

振动作用的振动式压路机,系在压路机上加装激振器而成,为目前发展迅速的机型,有取代静力碾压式压实机的趋势。

二、压实机理

目前关于振动压路机压实机理的研究已经取得了一定进展,工程技术界提出了几种有关振动压实机理的观点,如共振压实观点、最小摩擦力观点等。这些观点各自可以解释某一类振动压实现象,但是不能全面解释各种振动压实现象,说明这些观点还需完善和补充。在压实过程中无论是静碾压实还是振动压实,只有当土中产生的剪切应力τ大于土的抗剪强度τf时,才能够使土颗粒重新排列,土体压密变实。对于集料基层静碾压路机是利用静荷载克服松散材料中固体颗粒间的滑动摩擦力、粘附力,排出空气,使各颗粒间相互靠近,而振动压实骨料之间移动除要克服滑动摩擦外还要克服咬合摩擦, 咬合摩擦是由于骨料与相邻骨料脱离咬合而产生移动的。即:

ф=фu+ф1 (1)

式中:фu――滑动摩擦角;ф1――咬合摩擦角。

三、冲击碾压施工

(一)施工工艺及关键技术

1.冲击碾压工艺流程。采用三边形和五边形两种冲击式压实机,冲击碾压能量由低逐渐过渡到高。冲击碾压初始阶段采用五边形冲击压实机,然后采用三边形冲击压实机,最后采用五边形冲击压实机。冲击碾压步骤为:(1)先用五边形冲击压实机在12km/h行驶速度下冲击碾压3遍:再用击压实机在12km/h行驶速度下冲击碾压5遍;(2)整平,检测高程,计算沉降量,根据孔隙水压力和“弹簧”倾向,确定间歇时间;(3)用三边形冲击压实机在15km/h行驶速度下冲击碾压5遍:整平,检测高程,计算沉降量,根据孔隙水压力和“弹簧”倾向,确定间歇时间;(4)用三边形冲击压实机在15km/h行驶速度下冲击碾压5遍:整平,检测高程,计算沉降量,此时沉降量若已为1cm左右办可进行第(5)步施工,否则再进行(4)步1～2遍直至沉降量达到1cm左右时,三边形冲击压实机作业收敛;(5)用五边形冲击压实机在15km/h行驶速度下冲击碾压2遍:整平,根据表面平整度及扰动情况决定是否由振动压路机配合碾压2～3遍,然后质检,验收。

2.冲击碾压与强夯的间歇时间控制标准。冲击碾压与强夯的间歇时间,结合超孔隙水压力消散70%～80%的时间,一般为3天。

3.冲击碾压能量由低逐渐过渡到高,通过采用三边形、五边形两种冲击式压实机和冲击速度组合实现。

4.冲击碾压收敛准则。最后5通冲击碾压的沉降量不大于1cm。

5.振动压路机碾压找平。用人工配合机械清除高于设计标高多余的山皮石垫层,对于低于设计标高的面层,采用粒径小于5mm的碎石找平,并按照施工技术规范的要求整平碾压基础处理面。

整平碾压采用振动压路机碾压,碾压时需洒水,直至表面平整、坚实、稳定和无明显轮迹为止。

碾压时,先慢后快,由弱振至强振。压路机的最大碾压行驶速度不超过4km/h,碾压时由两边向中间进行,横向接头重叠0.4～0.5m。前后相邻两区段应纵向重叠1.0～1.5m,达到无漏压、无死角,确保碾压均匀。

(二)特殊情况处理

1.施工搭接的处理。针对山皮石垫层在施工过程中采取分块施工产生的搭接问题,采取的相应处理措施是对前一作业面预留5.0m左右的垫层面铺筑后不进行冲碾施工,待下一作业面冲碾时一起压实。对于冲碾机械转弯时未能冲碾到的局部位置,采用振动压路机补充碾压密实。

2.“橡皮土”现象的处理。因冲击碾压的冲击能量大,表面一定深度的土体含水量对冲击碾压的效果具有较大影响。当含水量过大时,容易形成弹簧、翻浆等现象。因此在冲碾施工时,需要严格控制底面一定深度的土体内的含水量。出现“橡皮土”现象时,采取翻晒或换填方式处理。

3.表面波浪的处理。冲击碾压若干遍后,可能在山皮石垫层上形成波浪状表面,严重时会产生压实机械跳车现象,继而影响车速和冲击效果,应及时进行整平处理,并视土质含水量和扬尘状况适当洒水。

4.表面推移的处理。当土体表面含水量较大时,冲碾过程中易形成表面推移,土体间产生脱离现象,因此,在雨后或表面含水量较大时,采取晾晒或挖沟降水措施降低表面含水量后进行冲碾施工。

四、结语

用冲击式压路机冲碾过的路基,可达到加强补压的效果而且降低路基的沉降量,提供路基稳定性及承载力。在高速公路施工中,特别是高填方路段、软弱地基路段可以减少工后沉降,保证路基施工质量。

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