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软土路基处理的冲击式碾压

时间:2018-09-29 14:57:25

一、软土地基的特征
软土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填上、杂填土及其它高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软土地基。
淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土,其工程特性如下:
(1)含水量较高,孔隙比较大。根据统计,软土的含水量一般为35%~80%,孔隙比为1~2。
(2)压缩性较高,软土的压缩系数在0.5—1.5MPa-1之间,有些高达4.5MPa-1,且其压缩性往往随着液限的增大而增加。
(3)抗剪强度很低。软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa。其变化范围约在5~25kPa。
(4)渗透性较差。软土的渗透系数一般在i×10-5至i×10-7mm/s (i=l,2…,9)之间。因此软土层在自重或荷载作用下达到完全固结所需的时间很长。
(5)具有显著的结构性。特别是滨海相的软土,一旦受到扰动(振动、搅拌或搓揉等),其絮状结构受到破坏,土的强度显著降低,甚至呈流动状态。软土受到扰动后强度降低的特性可用灵敏度表示。我国东南沿海软土的灵敏度约为4~10,属高灵敏土。
(6)具有明显的流变性。软土在不变的剪应力的作用下,将连续产生缓慢的剪切变形,并可能导致抗剪强度的衰减。在固结沉降完成之后,软土还可能继续产生可观的次固结沉降。

二、冲击压路机的实用
从1995年开始,冲击式压实技术广泛用于我国的建筑,交通,水利,机场等各类工程中,该技术不同于传统的静碾压实,振动压实和打夯压实,它是集这3种压实功能一身的压实技术,冲击压实采用的冲击压路机与传统压路机相比,最大特点是其非圆形的冲击轮外形,为了行驶的平稳和最低的能量消耗,其外形主要为三边形,五边形,一般采用大功率专用牵引机进行牵引,冲击压实技术在路基方面的应用主要是;
1.高路堤,路基,填挖交界路记的冲击增强补压;
2.湿陷性黄土等软弱路基的线上彩票处理;
3.路堤分层填筑冲压;
4.旧砂石路,旧沥青路的线上彩票与加宽部分的增强补压。
5.冲击压实的基本原理和其在市政工程中深厚软土路基的应用情况。其适用的注意事项。

(1)冲击压实的基本原理和技术特点
冲击压实通过三,五边形冲击轮,在行进时由于轮面于地面阻力的作用,轮轴反复抬升和落下使钢轮冲击夯压路基,此种冲击方式兼具有揉,挤冲击等多种作用,在这种作用下很容易使土体产生大量的微裂缝,这些裂缝的存在可大大加速地基土中空隙水的排出以加速土体固结,冲压施工相当于一种连续夯拍过程,具有波浪起伏及周期间歇等特点。可使得动力固结过程持续高效,并可大大缩短固结周期,冲压的冲击能量较低,在其作用下没土体的侧向变形相对较小,在一定程度上仍可保持原有的结构强度,并此基础上进一步密实提高。
(2)在软土路基中的应用
冲击压实在浙江地区应用十分广泛,为探寻其在该地区软土路基的应用,以降低路基处理费用,缩短处理时间,我们于2014年12月在温州轻工特色园纵七路开展了路基浅层动力固结+堆载预压处理实验。

三、工程概况
1、轻工特色园区纵七路工程位于温州市中心区西北约15km处的浦江南岸,用地基为农田,纵七路已经填筑矿渣1.2m堆载预压时间超6个月,据设计目标高100cm,总实验面积约为2000m场地高程为4.20m,场地平坦,处理区域两侧挖设排水明沟。
2、工程地质情况
轻工特色园区属滨海淤积平原,地形平坦,地形标高一般均在4.0m,根据工程地质考察报告,拟建场地地基上可划分6个工程地质层,自上而下为,素填土,黏土,含砂淤泥。
3、利用现有120cm左右矿渣填垫层,采用哈威YP3三边形冲击压路机将进行冲压,根据行驶的速度是否正常来确定冲压遍数,一旦出现弹簧现象,或行驶速度达不到规定的12km/h时,应立即停止冲压,放置一周或更长一段时间,消散超静水压力后,再次冲压,直到每遍冲压沉降量稳定收敛为止,根据设计标高,再铺设70~120cm矿渣垫层,再进行冲压。冲击压路机采用轨迹交错法进行,即行走中轮隙交错推进,直至完整覆盖处理区域为1遍,依次完成设计遍数,在冲击试验中找到合适的遍数。一般第一次冲压遍数一般不超过12遍,

4、沉降分析
经冲压处理后,一定深度土层固结程度增加,可压缩性降低,局部土层处于超固结状态,其归结压力若与上不附加荷载相近或更大,则在附加荷载施加过程中是处理回弹在压缩变形,可在较短时间内完成。而工后沉降则主要发生在固结程度较低的土层,或在工后仍在进行固结过程中,通过对冲压实验的表面沉降观测,在冲压面层处理后总共沉降了27.4cm。其中垫层的压密沉降量约为18cm,则下伏土体经冲击压实的浅层动力固结作用发生沉降20cm说明浅层动力归结起到一定作用,场地原土基在经过冲压处理后一定深度范围土体的密度增加,空隙比减小,压缩模量增加,可压缩性降低,并在沉降速率满足设计要求进行下步施工,以确保工程的质量。
四、冲击压实原理
压路机在工作中,当牵引车拖动三边弧形轮子向前滚动时,压实轮重心离地面的高度上下交替变化,产生的势能和动能集中向前、向下碾压,形成巨大的冲击波,通过三边弧形轮连续均匀的冲击地面,使土体均匀致密。在此过程中,三边压实轮每旋转一周,其重心抬高和降低三次,对地面产生夯实冲击和振动作用三次具体冲击作用过程可分为两个阶段:
第一阶段
在牵引的作用下,压实轮依靠与地面的摩擦力沿外廓曲线向前滚动,重心处于曲线最低点时,再向前滚动,重心开始上移,牵引力带来的动能转化成压实轮的势能和动能,并且缓冲机构开始作用,使蓄能器的缓冲液压缸收缩,蓄能器蓄能,具体表现为压实轮的运动滞于机身运动。

第二阶段

当压实轮重心处于曲线最高点向前滚动时,压实轮的势能开始转化为动能,蓄能器缓冲液压缸伸张,蓄能器中的压力能释放,转化为压实轮的动能。具体表现为压实轮的运动快于机身运动,补偿前一阶段滞后的位移,而且由于压实轮的特殊结构,其重心除了具有向前的线速度外,还有一个向下的线速度,直至压实轮另一条曲线的最低点接触地面,向下的线速度达到最大,动能达到最大。当压实轮的另一条曲线与地面接触时,开始对地面产生冲击夯实作用。牵引车的工作速度越大,使在第一阶段中蓄能器的缓冲液压缸收缩越大,蓄能越多。在第二阶段中释放的能量转化为压实轮的动能越大,对地面产生冲击夯实的动能也越多,激振的效果也越好。根据经验和冲击式压路机设计行车速度要求,碾压速度以10~12km/h为宜。

对于一般路基的非饱和土,冲压轮着地时由于动能释放,在冲压轮下的局部面积(约0.60m×0.80m)产生瞬时的冲击动荷载,向下传递快速挤密深层土颗粒;同时冲击能量以震动波的形式在弹性半空间中传播,使土颗粒相互靠拢,排出孔隙中的气体与水,土颗粒重新排列而挤密压实。

由此可见,冲击压路机的压实原理可归类为轻型强夯,这种夯法结合了压路机连续工作的特点,即把强夯用夯锤一点一点上下夯击方式变连续滚动式的夯击,故有方便简单的特点及较高的工作效率。

冲击压路机与强夯、普通压路机的路基适用性、经济指标的对比

项目

冲击压路机(YP30)

强夯

普通压路机

压实

原理

冲击轮滚动产生的动势能转换成冲击路基的动能,压实路基、冲压能量为25KJ。压实原理与强夯相同。有效压实深度1~1.50m。

用具有较大势能的重锤(1000~8000KJ)下落转变成动能,对地基产生动荷载及震动波,挤密压实土体。有效加固深度4~15m。

静力压路机为轮下的静压力对路基产生压应力压实土体,有效压实厚度为0.2~0.25m。振动压路机为振动压力波向深层传递,压实路基,有效压实深度0.3-0.5m。

压实

工效

工作速度12~20km/h。每小时可压实面积为:20000㎡/h。按有效压实厚度1.00~1.50m,压实20遍计,压实工效为:1000~1500m3/h。

每小时的夯实面积为:15~25㎡/h。按轻型强夯加固深度4m计,压实工效为:60~100m3/h。

工作速度3~6km/h。按压实厚度0.4m,压实遍数5遍计,压实工效为:240~360m³/h。

对路基的适用性

适用于路基补强及土方填筑(需普通压路机预压),压实厚度对路基比较合理,施工速度快。最大压实度可超过95%,可形成一层密实硬壳。

仅能适合于路基的原始基础处理及有比较宽工作面的路基处理,施工速度很慢,加固厚度在多数情况有浪费,压实度可超过95%。

适合于各种情况下的路基填筑压实,但须严格按平行作业法分层碾压。最大压实度可达95%。

经济

指标

施工单价6元/㎡。每套机械单价80~100万元。机械构造简单,维修方便。

施工单价9元/㎡。每套机械单价约20~40万元。起吊夯锤的起重量设备利用率较低。

施工单价约3元/㎡。每台机械单价约30~50万元。机械可靠性较好,维修较复杂。

 

结语:
根据实验可以发现,冲击压实机完全能满足路基浅层处理的要求,在合理的施工参数指导下,可以达到加厚场土,硬壳层,增加路基均匀性,改良各项物力学指标,提高土层回弹模量,在一定范围内提高土层的摩擦和端阻的目的,冲击压实机在深厚软土路基沉降处理方面,效果明显,大大节约成本,时间,而冲击压路机只需往装载机一挂就可正常运行。

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