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        沖擊式壓路機(jī)在舊路利用中的應(yīng)用

        2011-03-02 02:33:46孟祥馬
        黑龍江交通科技 2011年1期
        關(guān)鍵詞:高速公路檢測(cè)施工

        孟祥馬

        (河北路橋集團(tuán)有限公司)

        1 工程概況

        京承高速公路第十一合同全長(zhǎng)8.285 km,新建高速公路有2.12 km路段為利用原舊有的京承旅游路,由于舊路全寬10m,而高速公路全寬25m,在新加寬路基與老路之間存在沉降不均的影響。如何克服新舊路的不均勻沉降,選擇經(jīng)濟(jì)合理的處理方式是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

        沖擊式壓路機(jī)自1995年引入我國(guó)以來(lái),大多數(shù)省、區(qū)、市均采用了沖擊式碾壓技術(shù),在沖擊壓路機(jī)高振幅、低頻率沖擊碾壓下,使工作面下的深層土石密度不斷增加,受壓土體逐漸接近彈性狀態(tài),具有克服路基隱患的技術(shù)優(yōu)勢(shì),是土石工程壓實(shí)技術(shù)的新發(fā)展,為此,京承高速公路建設(shè)管處要求在舊路利用段增加沖擊壓實(shí)補(bǔ)強(qiáng)。

        2 沖擊壓路機(jī)的壓實(shí)機(jī)理

        沖擊式壓路機(jī)的壓實(shí)特點(diǎn)是利用一定質(zhì)量的物體,從一定的高度處落下,沖擊被壓實(shí)的材料,使材料產(chǎn)生很大的應(yīng)力變化速度。與普通振動(dòng)壓實(shí)所不同的是,沖擊壓實(shí)將振動(dòng)壓路機(jī)的高振頻、低振幅的“振動(dòng)拍打”壓實(shí)方式改變?yōu)榈驼耦l、高振幅的“高能量沖擊”壓實(shí)方式。沖擊式壓路機(jī)以其巨大的沖擊力沖擊填筑體,并輔以滾壓、揉壓等綜合作用,舊路原有瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層,以及結(jié)構(gòu)層下土石混填路基被剪切、破碎而互相填充、緊密,隨著沖擊波的傳播,使路面下形成一個(gè)2~4m厚的連續(xù)穩(wěn)定的加強(qiáng)層,從而形成更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。這對(duì)提高高速公路的壽命極為重要。

        現(xiàn)有沖擊壓路機(jī)沖擊輪的質(zhì)量范圍在6000~13000kg之間,計(jì)算靜態(tài)能量范圍在12~30kJ之間,本項(xiàng)目所用YCT25型沖擊壓路機(jī)沖擊輪質(zhì)量為12000㎏。

        (1)靜態(tài)能量(N1)計(jì)算公式為

        其中:M為沖擊輪質(zhì)量,1000kg;R為沖擊輪外接圓半徑,m;r為沖擊輪內(nèi)接圓半徑,m。

        工作狀態(tài)的沖擊壓路機(jī)的沖擊能量有三部分組成。

        (1)式討論了靜態(tài)能量,總沖擊能量其實(shí)還包括平動(dòng)能量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣性能量。

        (2)沖擊壓路機(jī)總能量N的計(jì)算公式為

        其中:V為沖擊輪水平速度,m/s;M為沖擊輪輪質(zhì)量,1000kg;I為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,1000kg·m2;ω 為角速度,rad/s。

        根據(jù)部分沖擊輪的有關(guān)數(shù)據(jù)按(2)計(jì)算:YCT25型沖擊壓路機(jī)當(dāng)牽引水平速度為8 km/h,12 km/h,15 km/h時(shí),其總能量可達(dá)到 71 kJ,131 kJ,188 kJ。

        3 沖擊壓路機(jī)的沖擊力

        目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所提出的超重型振動(dòng)壓路機(jī)的激振力上限為450kN,超重型拖式振動(dòng)壓路機(jī)的激振力上限為1000kN。以YCT25為例,生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品廣告上稱其沖擊力達(dá)到250~400t(2 453~3 924 kN),還有文章論證為880t(8 633 kN)。沖擊壓路機(jī)的沖擊力與沖擊輪接地時(shí)的加速度、與地表接觸時(shí)間、土壤的彈塑性等多種參數(shù)密切相關(guān)。確定其沖擊力應(yīng)保證在一種工況下,這樣才可能有較穩(wěn)定的數(shù)值,才可能有對(duì)比試驗(yàn)的再現(xiàn)性。

        一般25 kJ沖擊壓路機(jī),作業(yè)行駛速度為12 km/h(工作輪質(zhì)量12000kg),當(dāng)與已壓實(shí)地面沖擊作用時(shí)間為0.02 s時(shí),根據(jù)沖量定理計(jì)算,其沖擊力約為2000kN(約200t)。

        2001年在浙江嘉興施工工地曾采用應(yīng)變盒埋入法對(duì)25 kJ沖擊壓路機(jī)壓實(shí)影響深度進(jìn)行了測(cè)定。壓路機(jī)行駛15 km/h時(shí),在距地面0.8m深處的壓力應(yīng)變盒反應(yīng)出的壓力值1000kPa以上,最大值為1 632 kPa。根據(jù)土力學(xué)中的Boussinesq公式(3),推算出其沖擊力在1341.7~2189.7 kN之間。

        其中:σz為地基土中一點(diǎn)的Z向應(yīng)力;P為地基表面的集中載荷;Z為地基深度;R為地基中一點(diǎn)到力作用點(diǎn)之間的距離。

        4 沖擊壓實(shí)的目的及過(guò)程

        由于原有舊路為二級(jí)路,在高速公路利用原舊有路基時(shí),需提高原舊路路基、路面的密實(shí)度及承載力,如采用普通振動(dòng)式壓路機(jī)需將原舊路挖開后再分層壓實(shí),而采用沖擊式壓路機(jī)可直接對(duì)舊路沖擊壓實(shí),使施工速度加快。

        首先選取150m長(zhǎng)路段作為試驗(yàn)段,設(shè)置觀測(cè)斷面,確定沖擊壓實(shí)的遍數(shù)、速度、沉降量等參數(shù),查看沖擊壓實(shí)的效果。

        沖擊壓實(shí)過(guò)程中注意距路肩外緣宜保持1m的安全間距,沖壓時(shí)要注意沖擊波峰,錯(cuò)峰壓實(shí),沖壓5遍后應(yīng)改變沖壓方向。

        舊路的壓實(shí)過(guò)程也是舊路的破碎過(guò)程,由于沖擊輪外形曲線平緩,與地面接觸面較大,作用力不集中,為增強(qiáng)舊路破碎效果,可在沖擊輪著地表面上焊接凸出鐵條(可選用Φ32的鋼筋),經(jīng)計(jì)算,加焊鐵條后,其沖擊瞬間可過(guò)200MPa,實(shí)踐證明,采用此辦法,沖壓作用力集中,舊路破碎情況非常好。

        沖壓前,應(yīng)對(duì)機(jī)手、配合人員、記錄員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底,施工過(guò)程中,由專人負(fù)責(zé)記錄沖擊壓實(shí)遍數(shù),沖壓時(shí)從邊緣往中間順序破碎,由于舊路寬僅10m,長(zhǎng)卻達(dá)1.6 km,加上沖擊式壓路機(jī)與牽引設(shè)備長(zhǎng)達(dá)10多m,施工寬度小于沖擊機(jī)械的轉(zhuǎn)彎半徑,沖擊壓路機(jī)的行駛路線最好以分車道沖擊為主,壓實(shí)采用“∝”路線,在舊路利用段的起、終點(diǎn)須設(shè)置轉(zhuǎn)彎處。

        5 沖擊壓實(shí)的質(zhì)量檢測(cè)和加固效果

        為達(dá)到?jīng)_擊壓實(shí)效果,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)進(jìn)行沉降量檢測(cè)、壓實(shí)度檢測(cè)、彎沉檢測(cè)、破碎檢測(cè)。

        (1)沉降量檢測(cè)包括沖壓前及每沖壓5遍后的標(biāo)高,第10遍后,每2遍測(cè)量一次,水準(zhǔn)儀的測(cè)量精度不大于1mm,計(jì)算采用算術(shù)平均值,經(jīng)沖碾的路段沉降量在0~4 cm之間,平均沉降3 cm。

        (2)壓實(shí)度檢測(cè)平面點(diǎn)數(shù)不少于4個(gè),豎向檢測(cè)位置分別為表面下30、50、80cm處,密實(shí)度提高0~3個(gè)百分點(diǎn)。

        (3)彎沉檢測(cè)采用5.4m貝克曼梁,每個(gè)車道檢測(cè)20個(gè)點(diǎn),彎沉值均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        (4)由于沖擊壓路機(jī)是在舊路全面積內(nèi)均勻沖碾壓實(shí),達(dá)到了對(duì)路基的直接檢測(cè)現(xiàn)補(bǔ)充追加壓實(shí)效果。

        通過(guò)舊路破碎沖碾20遍后,可以看出,舊面結(jié)構(gòu)層全部破碎,并將下層土石混合料中的原有的水分和空氣被擠出,土石顆粒在強(qiáng)大的沖擠力下重排列,較少的顆粒被到大顆粒的縫隙中,形成二次沉降,從而使舊路路面、路基形成密度很高的板塊,提高了舊路的承載能力,有效地減少路基工后的沉降變形,更重要的是高速公路可直接施工,不必再進(jìn)行挖除或換填工作,大大減少投入。

        6 沖擊壓實(shí)中對(duì)建筑物的保護(hù)

        由于沖擊式壓路機(jī)沖擊勢(shì)能高達(dá)25 kJ,沖擊影響深度達(dá)4~5m,為此要盡量遠(yuǎn)離構(gòu)造物、導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)、地下管線、互通立交橋、建筑物等,一般至少保證5~10m,普通民房建筑物要保證在30m以上。

        為此,在沖擊壓實(shí)前應(yīng)認(rèn)真查明現(xiàn)場(chǎng)施工情況,附近及地下是否存在構(gòu)造物,如存在是否滿足安全距離,施工前要對(duì)擬保護(hù)的構(gòu)造物在保護(hù)范圍的外圍設(shè)置明顯的標(biāo)記物。臨近安全距離時(shí)要降低沖擊壓路機(jī)的行駛速度,可增加沖壓遍數(shù)。

        在沖壓時(shí),應(yīng)注意對(duì)沖壓區(qū)構(gòu)造物的觀察,一旦發(fā)現(xiàn)有墻體開裂、構(gòu)造物變形等情況時(shí),要立即采取措施。另外,距離居民較近時(shí),還要考慮噪音與振動(dòng)影響,在施工時(shí)應(yīng)合理安排時(shí)間。

        7 結(jié)束語(yǔ)

        本文僅對(duì)舊路利用段采用沖擊式壓路機(jī)壓實(shí)作了簡(jiǎn)單描述,目前,沖擊壓實(shí)工藝正在逐漸在高速公路路基施工中普及,但由于各地高速公路施工受土質(zhì)狀況、自然條件、施工環(huán)境等情況影響,還需要對(duì)沖擊式壓實(shí)注意積累資料,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

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