2022年冲击碾压施工工艺 .pdf

冲击碾压施工工艺1、概论：冲击压路机是一种新式路基压实机械，1997年5月首次在北京八达岭高速公路补强中应用，同时，国内的科研及工程机械单位也开始研制生产，并将产品投放市场，对路基压实质量的提高产生了很强的推动作用。2005年10月，河南山岛机械有限公司生产的山岛冲击式压路机成套压实设备，首次应用于重庆遂渝无碴高速铁路试验段路基施工，取得明显效果。为了有效提高路基压实度，太原铁路局在新建太原至兴县铁路（太原至静游段）采用山岛冲击压实机械进行路基补强，通过路基试验段施工取得试验参数，分析冲击压路机在路基补强中的作用。2、工程简介：太兴铁路TXXS-2标段多为黄土路基，湿陷等级级，湿陷性质分自重与非自重两种。根据设计要求，非自重湿陷性黄土路基基底处理措施为：挖方地段：基底冲击碾压20遍; 填方地段：基底冲击碾压40遍。自重湿陷性黄土路基基底处理措施为：挖方地段：基底冲击碾压 40遍，填方地段：基底采用重锤夯实。以黄土作为填料的路堤，每填筑1.0m 追加冲击碾压 20遍。本标段冲击碾压面积286639平方米。结合本标段实际情况，在大面积进行冲击碾压作业前，在娄烦车站站场填方进行试验段施工，冲击碾压选择DK78+293 DK78+430 段的冲沟内进行。该段为级自重湿陷性黄土，填方地段基底采用重锤夯实。使用挖方土作为填料，按照设计要求黄土路基每填筑1.0m 追加冲击碾压 20遍。冲击碾压试验在黄土路基填筑完成 1.0m 后进行。3本标段采用的河南山岛机械有限公司生产的的SD30（三边）冲击式压路机，牵引机械选用60型冲击压路机牵引机。其冲击轮宽度为2900mm ，质量为16T，最大冲击力能达到25千焦，处理深度最大为5m ，动力为 400马力。它是集传统的静碾压实、振动压实和打夯机压实三种功能于一身的新型压实设备。3.1 冲击压路机的主要机械构造组成山岛冲击式压路机主要由“拖架、摇臂、三叶凸形轮”三部分组成，在这三部份之间的相互联结中间设置了多级缓冲结构，牵引轴处采用缓冲弹簧，摇臂限位处采用缓冲橡胶块，另一端采用缓冲油缸和贮能器，冲击轮与拖架之间采用橡胶套连结，摇臂轴处设举升后，冲击轮由拖架上的四个橡胶轮支撑，作为短途转场及跨越桥涵构筑物之用。现国内所使用的冲击压路机多以“三叶形”为主，由轮式或履带式的大马力牵引车拖动，行驶速度 915km/h。由于冲击的能量及运行的动力均来自于牵引机械的动力输出，故牵引功率较大，在 240 480马力范围内。3.2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，蓄能器缓冲液压名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 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。根据经验和山岛冲击式压路机设计行车速度要求，碾压速度以10 12km/h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0.60m0.80m） 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， 山岛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。4冲击压路机的压实功效及经济性能冲击压路机由于较大地增加了压实功，25KJ三叶形山岛冲击压路机的压实功是振动压路机的10倍，所以压实影响深度及有效压实度都有成倍增加。压实影响深度是5m ，有效压实厚度1.0 1.5m, 可广泛应用于土石路基的填筑及补强，尤适合于补强( 详见下表 4-1) 。表4-1 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(YCT25)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 11.50m。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415m 。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1220km/h。 每小时可压实面积为：20000/h 。 按有效压实厚度1.00 每小时的夯实面积为:15 25/h型强夯加固深度 4m计，压实工效为:60 100m3/h。工作速度 36km/h。按压实厚度 0.4m, 压实遍数 5遍计，压实工效为:240 360m3/h。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 1.50m,压实20遍计 ,压实工效为:1000 1500m3/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80100万元。机械构造简单，维修方便。施工单价 9元/ 。每套机械单价约 2040万元。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3050万元。机械可靠性较好，维修较复杂。通过表 4-1的对比分析可看出: 冲击压路机是一种比较适合于路基的高效压实机械，综合技术经济指标在土石路基上优于普通压路机。5在太兴铁路路基补强工程中的应用情况为了有效提高路基压实度, 确保太兴铁路的路基质量，结合施工现场实际，选择在娄烦站路基填方施做试验段，对冲击压实的规律进行了一系列的试验研究。5.1 试验段的选择及机械选型1、根据补强施工路段的实际情况、试验任务要求并结合现场施工进展情况，将试验段选择在无埋设涵洞等构造物的地段。试验段两端留有足够的转弯减速与加速长度。试验段长度137m ，全幅宽度 172m 。2、 碾压参数和检测次数山岛冲击压实施工机械采用河南山岛机械有限公司制造的SD30 型冲击压路机，自重16t 。两个冲碾轮为三瓣式凹凸轮，冲击能量25KJ。牵引机械选用 60 型冲击压路机牵引机，碾压机械行驶速度为 10 12km/h冲碾机械行驶一圈后，根据实测轮迹分析，每个轮瓣产生的轮迹( 夯坑) 长 a=0.7m 左右，宽度 b=0.8m，双轮外缘总宽 2.70m。辗轮每转动一圈前进6.30m 左右，产生 3个 ab=7080cm名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 矩形轮迹 (夯坑 ) ，碾压第一遍时, 前后轮迹中心点纵向排距S1=3，a=2.10m，平行轮迹中心点横向行距S2=2.375 ，b=1.90m。第二圈右轮迹插入第一圈双轮迹之间时，则形成横向排距S1=0.95，a=0.76m，纵行距 S2=1.25，b=0.875m 的梅花状轮迹。在冲击碾压前原始状态下先检测一次， 每冲击碾压一遍进行一次检测与观测，试验段共碾压 20遍。采用多种综合手段进行试验检测 , 每遍检测内容为：压沉量观测、核子密度仪检测、灌砂试验。5.2 试验段检测结果述评试验段为高填方路堤，该地段位于横向大冲沟内，冲沟底口宽92m ，上口宽 137m ，路堤坡脚全宽172m 。路基填料为挖方利用土，为第四系上更新统砂质黄土，具湿陷性。1碾压前 (0 遍) 和碾压 8、 16、20遍时各检测点平均压实度随深度及碾压遍数变化统计结果见表5.2-1 。指标 / 深度压实度 K0遍8遍16遍20遍0.2 0.40.911110.4 0.60.910.930.950.980.6 0.80.920.920.930.970.8 1.00.920.930.940.95表5.2-1 压实度与碾压遍数统计结果(1) 冲碾前采用普通振动压路机碾压方法施工后，成型路基压实度满足规范要求的0.9 压实度(2) 冲碾后在 0.8m 深度内，压实度随碾压遍数增加而明显增大，深度愈浅，压实度增长幅度愈大。 1.0m 深度处，压实度随碾压遍数增加增长不明显。碾压20遍以后， 1.0m 以上深度路基压实度达到 0.95 以上的质量标准。说明该试验段冲击碾压在1.0m 加固深度内是有效。(3) 碾压 20遍后 ,有效加固深度范围内压实度没有明显增长, 说明冲击碾压对路基补强施工采用20遍是适宜的。2碾压前和碾压8、16、20遍时各观测点平均压沉量统计结果见表5.2-2断面号8遍16遍20遍累计值DK78+3203.571.420.495.48DK78+3603.451.340.074.86DK78+4003.83-0.611.764.98平均值3.620.720.77累计值3.624.345.11表5.2-2测试结果表明:(1) 检测段为填方路堤, 已经振动压路机压实,冲击碾压后有一定的压沉量。碾压20遍后，一般最终压沉量累计达4.86 5.48cm(2) 随着碾压遍数的增大，压沉量有不断增大的明显规律，碾压8遍压沉量增长幅度最大，8遍(3) 由于冲击碾压期间时逢降雨，路堑排水渠道积水侧渗导致DK78+400 处含水量增大 , 在碾压16遍后即出现反复鼓胀隆起，经冲碾后局部含水量偏高区产生橡皮土。说明冲击碾压可以检名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3试验区原砂质黄土具湿陷性，湿陷性土层分布厚度大于2.0m, 冲击碾压处理范围为1m,为评价冲碾补强路基在饱水条件下的稳定性，将采取的冲碾前和冲碾8、16、20遍后路基 1.0m 深度内的原状样进行室内湿陷性试验。将试样在天然湿度下逐级加压至200KPa稳定后浸水，测表5.2-3 路堤各深度平均湿陷系数深度 (m)0遍8遍16遍20遍0.2 0.40.0130.0110.0060.0040.4 0.60.0160.0110.0100.0090.6 0.80.0210.0180.0160.0110.8 1.00.0190.0150.0140.012试验结果表明， 冲碾补强前路基土0.6m 以上不具湿陷性， 0.6 1.8m 深度湿陷系数s 均大于0.015 ，具轻微湿陷性。经碾压20遍后， 1.0m 以上地基土的湿陷性基本消除，说明冲击碾压对 1m深度范围内路基土的水稳性有明显提高。6结束语冲击碾压作为路基补强的重要手段，从机械设备的选择，冲击碾压的遍数，到冲击压路机的合理走行速率，冲击碾压后的处理，后续的质量检查等环节，都必须严格按照标准操作。通过太兴铁路路基试验段的工程实践表明，冲击碾压工艺与普通振动压实相比，可以明显提高路基的密实度，基本消除湿陷性黄土的湿陷量。在同等施工条件下，经过试验检测证实，其压实度由原来的90% 92% 提高到 95% 100% ，湿陷系数由原来的0.013 0.021 降低到0.004 0.012 。通过对太兴铁路黄土路基试验段冲击碾压工作的实践，初步掌握了冲击碾压的施工经验，可为后续大面积黄土路基冲击碾压施工提供借鉴。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -