浅论冲击碾压改建路面施工如何影响路基的动力作用

董寿保

摘 要:我国近年来,多利用冲击碾压技术应对改建路面项目进行施工,冲击碾压技术凭借其优良的实用价值和显著的经济收益,受到了公路养护部门的青睐,在改建路面项目中表现了广阔的使用前景。可是,目前冲击碾压技术在我国还处于初级研究阶段,关于理论分析、实验操作冲击碾压的荷载很少研究,因此在冲击碾压技术应用过程中存在着一些问题。本文以冲击碾压改建路面施工如何影响路基的动力作用为中心,讨论了冲击碾压技术定义,冲击碾压技术在改建路面施工中的应用,冲击碾压改建路面施工对路基的动力影响。

关键词:冲击碾压冲击压路机改建路面

中图分类号:U416.1 文献标识码:A 文章编号1672-3791(2012)05(b)-0113-01

1 冲击碾压技术概述

冲击压路机利用非圆形轮沿着地面静压、揉搓、冲击土石材料的持续周期性作业,能够产生强烈的冲击力量,下面是冲击碾压技术的特点。

1.1 降低工后沉降率

利用模拟实验及测量现场路堤沉降,路基处于规定要求的压实程度,得出其工后的沉降概率为0.4%左右。高填的方路基利用冲击碾压技术可以使工后沉降率变为0.1%～0.5%,能够很好的防止差异变形产生的裂缝,这也是对高填方路堤产生变形的很好解决手段。

目前很多国内高速公路的路基在达到压实要求后,利用冲击压路机进行20遍的检验性补压后,经过测量获得平均的沉降值为5.0～7.0cm,这个数据说明原路基具有优良的压实质量,假如沉降量超出7.0cm,则表示原路基压实不充分,压实度没有达到规定要求。很多5m以下的路堤经过冲击补压之后,经测量得到的沉降量已经超出正常情况下工后路基的沉降量。由此可以看出冲击碾压技术的应用在一定程度上可确保路基的稳定性,尤其路基属于斜坡形的应用此技术将会取得更加显著的效果。

1.2 提升整体路基的均匀性

利用冲击压路机对高路堤实行冲击碾压与补压,这样做能够很好的提升整体高路基的均匀性和强度,有效防止早期路面发生的损坏,提升公路的服务水平。某风化花岗岩含块石细粒土砂砾路基,冲碾20遍之后,经过分析计算出在地表以下的1.5m之内,使用弯沉仪进行检测,弹性平均模量值从冲碾之前的180MPa提升至228MPa。对某段进行冲击碾压试验,使用解放车检测经过20遍冲碾之后的弯沉数值分别是141和66,折合为黄河标准车的弯沉数值为219和102,也就是说从冲碾之前的55.8MPa提升至95MPa。

一般情况下,冲碾20遍路基之后,在1.5m层厚的范围之内均匀增加的厚实度为3～5个百分点。因为冲击压路机采用的是均匀的全面积的路床顶面的冲击碾压,符合全路基的直接检验和追加补充压实,在路床的顶面以下位置均匀、连续、紧密的形成了加固层,进而加强了路基的稳定性和强度。

2 冲击碾压技术在改建路面施工中的应用

2.1 加固处理特殊地基

针对软土的地基冲击碾压发挥了重要的降沉和稳固作用,当碾压次数超过33遍时,孔隙中的水压从11.27MPa增加至16.76MPa。结果表明由于冲击压路机施加压力给地面,使得土地承受了压、拉效用,软土中的自由水通过排水板至地表,增加了土体的紧密度,对软基形成了一个快速固结作用。路堤填筑假如在软基上,利用碾压分层技术,在整个施工过程中可加快固结的速率。

2.2 加快改建路面施工

当公路需要升级进行路面改建时,必须提升路基的质量,符合新路要求的压实标准,一般情况下应对路面、路堤重新开挖,分层重新回填并且压实,符合规定压实程度的要求,如果是水泥或者是沥青路面需进行破碎、开挖与清理。而使用冲击碾压的技术后对路面及路基不需要进行开挖,可以直接使用冲击压路机在路面上实行冲碾作业,可使路基符合要求标准,有效利用了旧路面。这种新技术的应用能够尽量节省修路的材料,更好的保护环境,确保工程的整体质量。

3 冲击碾压改建路面施工对路基的动力影响

3.1 实验现场

实验研究的依据是某省内的施工项目:改建路面的宽度是9m,混凝土水泥面板厚度是24m,基层厚度是30cm,路基天方是砂性土。采集数据系统使用的是动态多路采集数据装置。研究对象选择了美国四楞冲击压路机。埋设动态的土压力盒,对土压力测量准确度的影响因素有很多,主要有土介质的应力、传感器的大小、埋设的相关条件。本次实验埋设传感器时,先要填土至高出传感器埋设的标准高度,使土的密度保持在原始状态,之后修成水平面,采用比较细腻的土填平。放置传感器,水平校准,使用土介质填平。

3.2 实验方法

冲击压路机在实验过程中保持正常速度行驶。在传感器埋设一侧初步拟定路面板横向的距离。纵向选择传感器埋设的中心位置,冲击压路机的活动范围控制在两侧50m,在50m纵向位置开始启动冲击压路机,30m位置开始加速直至正常的工作状态,动土压力采集数据系统同时启动。当冲击压路机行驶至30m位置时,采集数据系统停止工作。冲击压路机开始调头,准备下一次冲击,采集数据的频率是200Hz。本次实验根据不同的行驶线路、不同的冲击次数、不同的行驶速度进行实验52次。

3.3 实验结果

路面遭受冲击压路机的每一次击打均会对路基造成一个完整的振动压力,冲击碾压对地面造成的振动具有瞬间冲击性,通过测量振动波的多个等距离波动,体现了冲击压路机多次从远至近的重复冲击过程,对路基产生的土压力作用同其他类型的压路机有着本质的区别。经过测试表明,单次造成的冲击振动发生了极快的衰减,同传感器距离较远的土体,在振动冲击下一次发生以前,单次造成的振动已经降至0。

从整个过程分析,因为行驶过程中的冲击压路机同传感器之间发生了距离变化,动态路基土压力会出现一个增加至减少的变化过程。行驶中,当冲击压路机水平行驶至传感器30m时,振动就会影响到传感器,直至距离传感器15m前后的水平距离内影响逐渐明显。

研究发现,冲击发生时,因为冲击压路机与传感器的距离逐渐拉近,冲击产生的能量也不断增加,振动周期开始变长,造成土中压力产生了爬升的现象。此时,动土压力产生的两次冲击压力并不是零,当冲击压路机与传感器之间的距离越来越近时,动土压力冲击间隔产生的非零数值逐渐增大,伴随着冲击压路机的逐渐远离,非零现象也会消失。

实验表明,传感器的规律在竖向和侧向上相似,动土侧向压力值伴随着冲击压路机的行驶方向逐渐增大,直至接近传感器附近时,动土压力数值成为增值最高峰。

4 结语

结合现场试验可以看出,冲击碾压对改建路面施工的路基产生的动力作用非常复杂。路基承受的动力作用与土质、路面构成及冲击荷载等都存在着联系,同时冲击碾压的次数也是逐渐变化的。冲击碾压对改建路面造成的实际影响是显而易见的,因此深入开展项目实验和理论研究非常重要。

参考文献

[1] 刘海峰.冲击碾压技术在公路改扩建工程中的应用[D].哈尔滨工业大学,2008,(7):11～12.