中铁二十局集团第四工程有限公司 山东省青岛市 266101
摘要:本文针对银百高速(G69)甜永段某项目黄土路基湿陷性的地质特点及情况,提出采用冲击碾压技术进行地基处理及路基填筑的施工方案;介绍了冲击碾压技术的工艺流程及技术要点,并结合甜永段高速公路建设实际环境情况、业主要求等,对冲击碾压技术、工艺质量、控制要点进行总结,为类似工程施工提供了借鉴。
关键词:高速公路、冲击碾压、湿陷性黄土、路基
1 概述
甜水堡至庆城至永和高速公路是国家高速公路银百高速(G69)的一部分,路线北接宁夏规划的银川至环县甜水堡镇(宁甘界)高速公路,南与陕西咸旬高速公路延伸段衔接,形成北通银川,南接西安的省际间快速联络通道。甜永试验二标合同段线路总长11.874km,其中路基长度6.91km,占路线总长的58.3%。
本项目建设地点位于甘肃省庆阳市环县境内。工程区湿陷性黄土分布广泛,岩性主要为第四系全新统的冲洪积黄土状土及第四系上更新统的马兰黄土层,孔隙含量高,地基湿陷性等级为Ⅰ~Ⅳ级自重及非自湿陷性(Ⅰ、Ⅱ级为主)。地基处理是路基填筑最重要的环节,尤其影响后期路基填筑质量及下沉量的控制。
本文结合银百高速甜永段施工实际情况及甘肃省公航旅集团文件要求,对大部分湿陷性黄土地基处理采取了冲击碾压处理方法,并在施工中不断总结、优化,形成成熟的施工工艺技术,为同类型湿陷性黄土路基施工提供施工参考经验。
2 黄土特性及冲击碾压原理
2.1 黄土特性
甘肃地区黄土宏观特性为第四系沉积物,粉粒为主,具有多孔性、大孔性,垂直节理和架空孔隙发育,透水性较强;微观特性由单粒、集粒或凝块等骨架单元共同形成的空间结构体系;天然状态的工程特性为密实度较低,孔隙比大,抗水性弱,压缩性中等,水敏感性强,易产生湿陷变形。
2.2 冲击碾压原理
冲击碾压是采用冲击压路机的非圆形(一般是由曲线为边而构成的三、四、五等正多边形)压实轮在牵引或自行驱动力作用下滚动,对碾压面进行周期性冲击碾压,压实轮在滚动中产生集中的冲击能并辅以滚压、揉压的综合作用,使土石颗粒之间发生位移、变形和剪切,从而使土体深层随着冲击波的传播得到压实。压实轮在牵引机的拖动下连续作用于地面,使大面积地基得以压实。冲击碾压技术的突出特点是影响深,一般在1.5m左右,速度快,10-12km/h,压实质量高。冲击压路机冲击能量以25kJ为基本型号,还有15kJ、20kJ、30kJ等型号。冲击压路机具体形式见图1。
冲击压路机能量以kJ计,按下式计算:
E = mgh
m — 非圆形冲击轮的质量(kg);
g — 重力加速度常数(9.81m/s2);
m — 冲击轮外半径(R)同内半径(r)的差值,h = R - r(m)。
本文所述冲击碾压施工工艺拟采用25kJ型号双轮冲击压路机,两冲击轮的外部宽度为296cm,轮宽90cm,轮迹宽度116cm。采用的辅助设备有平地机、洒水车及光轮压路机等。施工前先施工试验段,选取的路基长度不宜小于100m,拟定碾压30遍(80cm内压实度达到90%)。以达到确认采用的冲击压路机型号是否合适,冲击碾压能否达到预期效果,确定冲击碾压的合适施工工艺,确定合适的质量检测方法,确定合理的质量控制标准的试验目的,并为大面积开工提供理论依据。
3 施工工艺
3.1 工艺流程
冲击碾压施工工艺流程见图3。
图3
3.2 施工准备
采用推土机清表30cm,地质不良段按实际腐殖土厚度清表,并用推土机大致整平。检测冲击碾压前的路基含水量,细粒土含量大于等于50%时,含水量(w)范围:Wopt-4%≤W≤Wopt+2%。当含水量超过以上范围时,采取翻晒、补水等措施。埋设沉降板观测,冲碾前测量一次埋设沉降板顶的标高,以后每冲碾5次测量一遍标高,以计算沉降量,直至冲碾30遍。
布置检测断面:在各检测断面内合理、均匀布置高程监控点(20m一个断面,每个断面左、中、右三个点),并在施工前对各监控点高程初始值进行测量,做好测量记录,以便对冲击碾压地基下沉量进行监测,检验冲击碾压效果。冲击碾压工作段长度每100m,设置五个检测断面,20m一个断面。沉降检测每个断面布置3个检测点。高程监控点布置示意图如图4所示。
压实度检测的平面点数不少于4个,每个点不同深度的检测位置为:地表下20cm、50cm、80cm(根据设计文件要求,冲击碾压30遍后地面以下80cm范围内土体压实度最低应达到90%),检测时间为冲压前及每冲压10遍。试验段为收集数据,压实度检测在图中高程监测点周围2m范围内检测。
开工前经试验室检测土场土质各项指标如下:天然含水率7.9%,液限为30%,塑限为18%,塑性指数为12,最大干密度为1.88g/cm3,最佳含水率为12.6%。
3.3 冲击碾压路线
根据路基面宽度,确定循环冲击碾压的轮迹走向,用灰线洒出,压路机行进速度应控制在10~12km/h左右。冲碾顺序应符合“先两边、后中间”的次序,以路基中心线为对称轴从一侧向另一侧采取错轮回转法且轮迹不得重叠。冲压采用错轮的方式,轮迹之间不重叠,三边形双轮冲击压路机错轮冲压1次的计算压实宽度为2m,经错一个轮宽冲压1个来回后,计算冲压宽度4m,按此方法计算,整个场地全部压完为1遍。压实过程中表层产生波浪起伏将产生谷峰,碾压每一遍后在调头端向内错一车位调整转弯半径、冲击波峰,进行错峰压实,压路机轮的周长4.8m两谷或峰之间的距离为2.4m,每遍错轮1/6,长度为80cm,三遍错峰完成,即四遍为一轮回,达到压实质量的均匀、满压。4遍后调整为反方向进行反循环冲击。
4 结束语
冲击碾压技术是一种新技术新工艺,它在我国大部分黄土地区的黄土路基施工中得到了广泛的应用,尤其是对Ⅰ、Ⅱ级自重湿陷性黄土的压实效果比较明显,极大地提高工作效率,降低劳动强度,缩短工期降低成本,与传统设备相比,冲击压实机速度快、冲击力强、影响深度大,可适当放宽对含水量的要求、成本低、工后沉降小。
冲击碾压技术适应了湿陷性黄土路基的施工需要,具有良好的经济社会效益,可在我国北方大部分黄土区域高速公路建设中值得进一步推广和运用。
参考文献
[1] 交通部公路科学研究院.公路冲击碾压技术应用指南.北京:人民交通出版社,2006.03.
[2] 付国云.冲击碾压技术在高速公路路基施工中的应用[J].交通世界,2012(11):94-95.
论文作者:李冰凝
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/9
标签:路基论文; 黄土论文; 压路机论文; 压实论文; 断面论文; 地基论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;