李志俊
(廣深港客運(yùn)專線有限責(zé)任公司,廣州 510623)
目前以牛頓力學(xué)為壓實(shí)理論基礎(chǔ)的壓路機(jī)較為成熟,可分為滾壓、振壓、夯壓等類型,近幾年在新壓實(shí)理論的指導(dǎo)下也開發(fā)了沖擊、振蕩、垂直振動(dòng)、混沌振動(dòng)和高頻振動(dòng)等許多新機(jī)型[1]。目前國際市場上各種振動(dòng)壓實(shí)設(shè)備占?jí)簩?shí)機(jī)械的60% ~80%,歐洲、美國和日本振動(dòng)壓路機(jī)的年產(chǎn)量占?jí)郝窓C(jī)總產(chǎn)量的70%以上[2]。振動(dòng)壓實(shí)己成為筑路工程最常用的壓實(shí)方式。隨著無砟軌道技術(shù)在我國鐵路的大量應(yīng)用,路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)越來越高,對(duì)路基壓實(shí)特性的分析尤顯重要[3-4]。
試驗(yàn)針對(duì)現(xiàn)場振動(dòng)壓路機(jī)在碾壓過程中的動(dòng)應(yīng)力及其傳遞進(jìn)行測試,埋設(shè)動(dòng)土壓力盒兩個(gè),1#土壓盒埋設(shè)于加筋碎石墊層頂面0.15 m,2#埋設(shè)于1#垂直上方1.05 m處?,F(xiàn)場壓路機(jī)為18 t徐工YZ18JC型單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī),工作質(zhì)量為18 t,靜線壓力為390 N/cm,激振力為330/190 kN(高/低振幅),振動(dòng)輪直徑為1.523 m,振動(dòng)輪寬度為2.178 m,振動(dòng)頻率28 Hz。測試過程中壓路機(jī)均采用高振幅、Ⅱ擋速度進(jìn)行工作。
測試斷面路基填土采用碎石土填筑,部分物理力學(xué)指標(biāo)測試結(jié)果平均值見表1。
振動(dòng)壓實(shí)的基本原理主要是通過對(duì)填料產(chǎn)生振動(dòng)沖擊作用達(dá)到壓實(shí)的目的,為測試動(dòng)應(yīng)力沿深度的分布及其傳遞,壓實(shí)每層填料時(shí)均進(jìn)行測試,共測試9次,路基產(chǎn)生豎向動(dòng)應(yīng)力典型時(shí)程曲線見圖1。本次測試過程中,壓路機(jī)距離土壓盒最近距離為0.45 m,從圖中可以看出,達(dá)到75%最大動(dòng)應(yīng)力的作用次數(shù)達(dá)到12次。
表1 測試斷面部分物理力學(xué)指標(biāo)平均值
圖2和圖3為路基不同深度處壓路機(jī)振動(dòng)不同次數(shù)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力。由于前三次碾壓時(shí)填料壓密較為明顯,碾壓層厚度縮小較為顯著,壓力盒與壓路機(jī)的距離顯著變小,應(yīng)力逐漸增大,從第三次開始,碾壓層厚度變化不顯著,壓力盒與壓路機(jī)距離較為穩(wěn)定,動(dòng)應(yīng)力也隨振動(dòng)次數(shù)變化不大。從圖中可知,距離壓路機(jī)1 m深度范圍內(nèi),第三次后路基受到的豎向動(dòng)應(yīng)力隨振動(dòng)次數(shù)增加略有波動(dòng),經(jīng)過約8次碾壓后應(yīng)力趨于穩(wěn)定,而對(duì)于距離壓路機(jī)超過1 m深度時(shí),豎向應(yīng)力則隨碾壓次數(shù)的增加而增大。
第三次后的最大動(dòng)應(yīng)力沿深度變化情況見圖4和圖5。碾壓層初始狀態(tài)較為松散,相比已經(jīng)過良好碾壓的下層而言模量較小,此時(shí)上下層模量差異較大,所以應(yīng)力較為集中,靠近碾壓層的深度范圍內(nèi)應(yīng)力在碾壓初期較大,較深范圍路基應(yīng)力較小,同時(shí)吸收的能量較多,隨著碾壓次數(shù)的增加,該碾壓層模量逐漸提高,相對(duì)下層路基而言,碾壓層模量已經(jīng)接近或超過下層路基模量,此時(shí)上下層模量比較大,應(yīng)力傳遞較為均勻,壓路機(jī)振動(dòng)對(duì)下層路基產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力逐漸增大,影響較深,碾壓層吸收能量相對(duì)較少。因此,碾壓層吸收的能量與上下層模量比有關(guān),下層模量相對(duì)越大,碾壓層壓實(shí)效果越好;為保證上層碾壓層的壓實(shí)效果,下層模量應(yīng)達(dá)到一定的模量值。
圖1 振動(dòng)壓路機(jī)工作時(shí)對(duì)路基產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力
圖2 1#壓力盒在不同埋深時(shí)不同次數(shù)的動(dòng)應(yīng)力
圖3 2#壓力盒在不同埋深時(shí)不同次數(shù)的動(dòng)應(yīng)力
圖4 動(dòng)應(yīng)力沿深度變化(1#壓力盒)
圖5 動(dòng)應(yīng)力沿深度變化(2#壓力盒)
現(xiàn)場實(shí)測振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)壓實(shí)層以下路基產(chǎn)生的振動(dòng)表明,一次碾壓過程中達(dá)到75%最大動(dòng)應(yīng)力的作用次數(shù)達(dá)到10~12次;碾壓達(dá)到8次后引起的豎向應(yīng)力基本趨于穩(wěn)定,不隨碾壓次數(shù)增加而增加;碾壓層吸收的能量與上下層模量比有關(guān),下層模量相對(duì)越大,碾壓層壓實(shí)效果越好;為保證上層碾壓層的壓實(shí)效果,下層模量應(yīng)達(dá)到一定的模量值。
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