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        強化鐵路工程路基壓實施工的技術(shù)措施

        2022-10-28 08:18:00陳曉博
        四川建材 2022年10期
        關(guān)鍵詞:作業(yè)檢測施工

        陳曉博

        (中鐵二十一局集團(tuán)第四工程有限公司,陜西 西安 710000)

        1 工程概況

        本文以某鐵路建設(shè)工程為研究案例,該項目建設(shè)總長度設(shè)計為45.27 km,其中,路基工程是整個項目的重中之重,主要包括浸水路堤、高路堤、黃土路基、深路塹和邊坡防護(hù)。施工前利用檢測技術(shù)對地基的沉降和變形狀況進(jìn)行檢測,結(jié)合實際檢測結(jié)果合理選擇施工方法,保證路基縱向剛度均勻分布。

        2 路基壓實施工技術(shù)

        2.1 沖擊碾壓機(jī)械設(shè)備

        通常情況下,沖擊碾壓機(jī)都是拖動式設(shè)備,通過匹配功率進(jìn)行運轉(zhuǎn)。沖擊碾壓機(jī)的結(jié)構(gòu)組成比較簡單,主要由沖擊輪、機(jī)架和連接架構(gòu)成。

        1)沖擊輪。圖1所示為3種常規(guī)性的沖擊輪,沖擊輪的重量保持在100~120 kN,直徑保持在1 800~2 000 mm。三(五)瓣凸輪是使用三(五)塊鋼板加工制作而成。實際運行過程中,沖擊輪不斷轉(zhuǎn)動,當(dāng)凸輪與地面的接觸點及沖擊輪軸心保持在同一個垂直線上時,沖擊輪會轉(zhuǎn)動至最高部位,形成重力沖擊,在這個過程中沖擊輪會對地面造成巨大的沖擊。在沖擊輪不斷轉(zhuǎn)動過程中,對前側(cè)的土體造成擠壓作用力,導(dǎo)致土體產(chǎn)生較大的作用力。在升力牽引力的作用下,會產(chǎn)生力偶作用,導(dǎo)致中心接觸角變?yōu)橥馆喌亩c部位,形成持續(xù)性的激發(fā)過程。

        圖1 沖擊碾壓機(jī)瓣狀凸輪形狀

        車輪在地面移動過程中,閥凸輪的數(shù)量會對沖擊頻率造成直接性影響。在實踐過程中,凸輪瓣的數(shù)量主要取決于粒度,簡單說,當(dāng)粒徑越小時,則凸輪的數(shù)量會隨之增多。沖擊能量主要是來源于滾輪重心的勢能及沖擊輪的動能。沖擊能量主要受瓣數(shù)、輪廓幾何尺寸、中心高度以及牽引輪速度的影響。若輪重相同、牽引輪的運行速度相同,則勢能的大小主要由缺口的深度決定,當(dāng)缺口的深度越大時,重心會越高。在這種情況下,凸輪數(shù)量也會增多,相應(yīng)的勢能就會越小。結(jié)合實驗結(jié)果來看,牽引速度不得低于10 km/h。

        2)機(jī)架。機(jī)架主要由搖臂和底架構(gòu)成,如圖2所示。

        (a)沖壓輪處于低位狀態(tài)

        (b)沖壓輪處于高位狀態(tài)1-沖擊輪;2-機(jī)架;3-連接機(jī)構(gòu);4-小擺臂;5-搖臂;6-緩沖蓄能器;7-雙彈簧;8-萬向軸;9-行走輪;10-沖擊輪升降缸;11-滾軸圖2 沖擊碾壓機(jī)結(jié)構(gòu)組成

        圖2(a)是沖壓實機(jī)沖壓輪正處于低位勢的情形。這時擺臂帶動支搖臂蓄能,搖臂的水平臂與限位器接觸。當(dāng)牽引車移動過程中,沖擊輪會從低位向高位移動,具體情況如圖2(b)所示。緩沖器會釋放前期蓄存的能量,同時牽動沖擊輪轉(zhuǎn)動,在這種情況下,搖臂剛好位于最大轉(zhuǎn)角部位,擺臂因沖擊輪不斷上升而逐漸上提,從而產(chǎn)生圖2(b)中顯示的形狀,其會對下側(cè)的土體造成巨大的沖擊作用。如果表面壓實不平整,則兩側(cè)的沖擊輪轉(zhuǎn)動過程中可能無法保持協(xié)調(diào)性。這種情況可以通過調(diào)整滾軸與沖擊輪的橡膠墊進(jìn)行處理。

        3)連接機(jī)構(gòu)。為了降低沖擊輪對牽引車造成的沖擊作用力,可以使用雙彈簧連接件進(jìn)行連接。因土體的阻力促使沖擊輪牽引車造成的沖擊作用力發(fā)生變化,前側(cè)的彈簧會被壓縮,后側(cè)的彈簧處于拉伸狀態(tài),這樣設(shè)計可以協(xié)調(diào)前后輪的速度差異。

        2.2 沖擊碾壓排壓方案

        對于沖擊碾壓壓路機(jī),因壓路機(jī)自身的凸形瓣數(shù)存在一定差異性,所以壓路機(jī)對地基不同部位的壓實效果可能會呈現(xiàn)出一定的差異性。圖3所示為三瓣式壓路機(jī),車輪轉(zhuǎn)動1圈,會對地基造成3次碾壓。這就意味著需要來回移動6次才可以保證所有區(qū)域被碾壓密實。進(jìn)一步分析,當(dāng)路基要求碾壓3遍,那么使用沖擊碾壓機(jī)需要碾壓20遍。

        圖3 沖擊碾壓施工工藝

        如以上文介紹的方法進(jìn)行碾壓時,當(dāng)沖擊碾壓作業(yè)完成以后,對于粗粒式土層,其表面基本上均勻,高度差保持在5~8 mm;對于細(xì)粒式土層,其表面基本上均勻,高度差保持在15~18 mm。結(jié)合壓實要求來看,在進(jìn)行最后一層碾壓作業(yè)時,對于土層變形量超過4 cm的路段,需要進(jìn)一步進(jìn)行碾壓處理,碾壓至變形量控制在4 cm以內(nèi)即可。否則無法保證路基的壓實質(zhì)量。

        對于路基部分而言,不管是回填土還是原土,對路基進(jìn)行沖擊碾壓的次數(shù)不得低于6次。因此在6次碾壓作業(yè)完成后需要進(jìn)行灑水處理,當(dāng)表層水滲入土層以后開始沖擊碾壓作業(yè)。若不灑水直接進(jìn)行碾壓,可能促使路基表面形成松散層,松散層的厚度一般保持在8~13 cm。

        2.3 沖壓作業(yè)參數(shù)的選擇

        1)在對路基進(jìn)行碾壓作業(yè)之前,應(yīng)選對被碾壓區(qū)域的土層進(jìn)行取樣送檢,結(jié)合送檢結(jié)果來確定碾壓的速度、次數(shù)。

        2)在對濕陷性軟土路基進(jìn)行碾壓作業(yè)過程中,為保證碾壓次數(shù)的合理性,要結(jié)合實際情況選擇合適的施工方法對軟土進(jìn)行處理,通過實驗來確定出科學(xué)的壓實度及碾壓層厚度以及沖擊碾壓次數(shù)、碾壓速度。檢測內(nèi)容主要涉及碾壓之前的土體密實度、土層的含水量、土層干密度等質(zhì)量控制指標(biāo)。

        3)結(jié)合回填之前的碾壓實驗結(jié)果數(shù)據(jù)來看,當(dāng)碾壓次數(shù)大于40次時,路基的沉降量非常小,壓實度增大量也不是很大。因此將沖擊碾壓的次數(shù)確定為40次比較合理。

        4)在振動碾壓作業(yè)完成以后,補壓實驗的結(jié)果為:沖壓補強的次數(shù)為20次時,路基壓實度增大的幅度比較大,土層干密度提高10.4%,彈性模量提升30 MPa,沉降量為4 cm。當(dāng)沖壓的次數(shù)達(dá)到40次時,沉降量和干密度的增長量都顯著降低,這一點屬于正常變化。因此在分層碾壓之后,將土層的補壓碾壓次數(shù)確定為20次比較合理。

        2.4 沖壓法濕陷性黃土地基處理施工步驟

        1)首先對地基進(jìn)行勘察。

        2)結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況,對地面進(jìn)行平整處理,然后開始測量、灑水,自然沉降,測量地基表面的標(biāo)高并記錄,開始沖擊碾壓作業(yè)。

        3)當(dāng)沖擊碾壓進(jìn)行6遍時,對土層的沉降量與壓實度進(jìn)行檢測。結(jié)合檢測結(jié)果來確定灑水量,再次測量標(biāo)高后繼續(xù)碾壓。

        4)當(dāng)沖壓碾壓作業(yè)結(jié)束以后,使用平地機(jī)進(jìn)行平整處理,靜壓1~2遍,保證路基表面足夠平整。

        因沖擊輪轉(zhuǎn)動1圈會對土層造成3次碾壓、3次沖擊。所以,沖擊輪對任意一點的沖擊次數(shù)的概率均為1/6。正式碾壓過程中,沖擊碾壓機(jī)由邊坡以外3 m部位向路基中間部位進(jìn)行碾壓,縱向移動時,輪機(jī)重疊寬度為車輪寬度的1/2;壓路機(jī)碾壓的速度保持在12~15 km/h,提升沖擊力對土層的碾壓效果,保證每一個部位均獲得碾壓。當(dāng)碾壓6次以后,對0~150 cm深度的土層進(jìn)行力學(xué)檢測,然后使用平地機(jī)進(jìn)行平整處理,適當(dāng)灑水,再次進(jìn)行碾壓。

        2.5 沖壓法路基填筑施工

        黃土路基分層進(jìn)行回填,逐層碾壓,并進(jìn)行檢測。采用沖擊壓機(jī)消除填料的潰散性,以提高路基的強度。實際施工應(yīng)該避免降雨天氣,提前查看天氣預(yù)報,同時設(shè)置排水系統(tǒng),避免出現(xiàn)橡皮土現(xiàn)象。具體施工工藝如下。

        1)施工測量。測量并設(shè)置線點,線點需加密處理,并設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)點。結(jié)合回填的高度來計算回填的寬度、中心線的位置。

        2)填土。當(dāng)回填土的有機(jī)質(zhì)含量超過4%、塑性指數(shù)超過26時則不得將其作為回填土。采用自卸汽車來運輸回填土,按照網(wǎng)格法進(jìn)行斜土。

        3)刮平。斜土作業(yè)完成以后,使用推土機(jī)初步性平整,然后使用平地機(jī)進(jìn)行精細(xì)化平整處理,由路基中間向兩側(cè)緩慢均速平整[1]。反復(fù)平整3次即可,在平整作業(yè)過程中遇到5~10 cm的土塊時,需要將土塊破碎,然后繼續(xù)平整。此外,平整過程中還需要將樹根、草皮等其他雜物清理干凈。

        4)碾壓。大部分都是選擇使用輕型壓路機(jī)進(jìn)行碾壓,然后換用強振壓實進(jìn)行處理,碾壓的重疊寬度控制為車輪寬度的1/3~1/2,壓路機(jī)碾壓遍數(shù)一般控制在7~9遍。實際碾壓過程中,應(yīng)該按照“先穩(wěn)后振、先輕后重、先低后高、先邊后中、先慢后快”的基本原則進(jìn)行作業(yè)。靜壓時按照2 km/h速度移動,避免擾動虛土,在虛土穩(wěn)定以后開始使用平地機(jī)對路基表面進(jìn)行平整,然后振動壓路機(jī)按照3.5 km/h的速度進(jìn)行碾壓。

        5)檢測。壓實度檢測是一項必不可少的工作,主要是為了保證土層的壓實度滿足設(shè)計及規(guī)范要求,只有在檢測合格情況下才可以進(jìn)行下一步施工[2]。

        6)補壓。補壓作業(yè)使用沖壓壓路機(jī)完成,碾壓次數(shù)確定為20次,分為2次進(jìn)行作業(yè)。單次碾壓10遍以后,使用平地機(jī)進(jìn)行平整,并適量灑水,然后開始第二次沖壓作業(yè),再次碾壓10遍。二次碾壓時壓路機(jī)碾壓的速度控制為10 km/h。壓路機(jī)碾壓過程中可以結(jié)合現(xiàn)場實際情況小幅度調(diào)整碾壓速度。路基表面的平整度必須控制在20 mm以內(nèi)。為了提高濕陷性黃土的碾壓效果,需加大觀測頻率,并形成記錄,對沖壓效果進(jìn)行分析總結(jié)。

        7)沉降觀測。對于回填高度超過20 m的路段,按照50 m或是100 m的間隔設(shè)置沉降觀測點。沉降觀測點通常都是設(shè)置在道路中心位置,內(nèi)設(shè)觀測板,外設(shè)水準(zhǔn)控制點。

        8)檢測。觀測碾壓前后的土層平整度、高程,由專業(yè)人員檢測碾壓后的土層壓實度。結(jié)合檢測結(jié)果計算出土層厚度,單層土體強振以后,使用灌砂法進(jìn)行作業(yè)。對于土層碾壓的整個過程,監(jiān)理工程師需全程旁站監(jiān)管質(zhì)量。

        3 強化路基壓實施工的技術(shù)措施

        1)在實際施工過程中,路基回填質(zhì)量控制及壓實度檢測可以同時進(jìn)行,施工單位可以結(jié)合壓實度檢測獲取到的壓實度、穩(wěn)定性、均勻度,對施工質(zhì)量進(jìn)行整體評估。通常情況下,路基的壓實質(zhì)量檢測與持續(xù)壓實檢測之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)超過0.7以后,二者之間才會產(chǎn)生關(guān)聯(lián)性,由此對后續(xù)路段的壓實質(zhì)量進(jìn)行檢測。

        2)將剩余路段按照長度進(jìn)行分段施工,單段施工的長度控制為100 m,每段施工質(zhì)量應(yīng)該獨立驗收。將每m2作為一個連續(xù)壓實檢測單元,檢測單元的壓實度、均勻性、穩(wěn)定性全部符合相關(guān)管理規(guī)范的情況下,才可以確定其質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

        3)結(jié)合上文提到的檢測結(jié)果,對區(qū)域范圍內(nèi)的路段采取合理的措施進(jìn)行處置,且重復(fù)以上步驟,直至路基壓實檢測合格為止。

        4)對于黃土路基,在實際碾壓過程中,應(yīng)該結(jié)合土層內(nèi)水分?jǐn)U散情況以及土層的土質(zhì),對土體進(jìn)行壓實處理。并在碾壓過程中合理控制沖壓次數(shù),以保證土層中的含水量達(dá)到理想化的狀態(tài)。但是需要注意路堤下滑問題,緩慢均勻地沿著路堤方向進(jìn)行作業(yè)。對于土質(zhì)濕度較大的情況,在施工過程中,可以結(jié)合設(shè)計值以及既往施工經(jīng)驗,將壓實度適當(dāng)降低2%~3%,從而減少土層的稠度。實際施工過程中,盡量選擇使用輕型壓路機(jī)。在回填下路床部位的回填料時,可以通過向回填料內(nèi)摻加生石灰,優(yōu)化回填料的整體性能。使得回填作業(yè)完成以后,土層具備良好的吸水性,保證路基壓實度滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

        4 結(jié) 語

        鐵路橋梁是整個鐵路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分,路基壓實質(zhì)量會對整個項目的整體質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響。同時還涉及到人們的人身安全。在實際施工過程中,結(jié)合現(xiàn)場實際情況,以施工質(zhì)量合格為導(dǎo)向,合理選擇施工方法,確保鐵路路基壓實質(zhì)量滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

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