冲击碾压方案说明

国家高速公路网成渝地区环线乐山至雅安段公路1/3填方路床冲击碾压补强、普夯补强压实设计说明一、概述1、冲击碾压技术冲击碾压是岩土工程压实技术的最新发展。冲击压路机由牵引车带动非园形轮滚动，多边形滚轮的大小半径产生位能落差与行驶的动能相结合沿地面对土石材料进行静压、搓揉、冲击的连续冲击碾压作业，形成高振幅、低频率的冲击压实原理。目前以25KJ三边形双轮冲击压路机使用最多，其双轮静重12t，行驶最佳速度为12km/h，对地面产生集中冲击力200～250t，相当于1111～1543kPa。据国家海洋局第二海洋研究所在杭金衢高速公路的宕渣、砂砾路基上经25KJ三边形双轮冲击压路机以12km/h速度冲碾30遍后，实测深度0.8、1.5、2.0、2.5m的平均垂直动土压力分别为：1366、306、272、138kPa。这种高能量冲击力周期性连续冲击地面，产生强烈的冲击波，向下具有地震波的传播特性，产生的冲击碾压功能达到超重型击实功，可使地下深层的密实度不断累积增加，满足重型标准90%压实度以上的有效压实厚度视不同土石材料性状达1.0～1.5m，比现有振动压实机械有更好的压实功效，使被冲压的土石填料更接近于弹性状态，显示出克服土石路基隐患的技术优势。2公路冲击碾压的技术效果（1）、减小路堤的工后沉降率通过室内模型试验与现场路堤沉降量试验观测，路基在达到规范要求的压实度时，其工后沉降率为0.4%左右。一般在斜坡地形的路基断面会加大沉降量的差异，若路堤压实层厚度与填料不均匀，压实不足或均匀性不好，受到土石自重压密变形，会形成拉伸与压缩应变区，使差异沉降加大。当两点沉降量梯度大于0.6%以上，有可能产生变形裂缝，山区高填方路基上常见到纵向或横向裂缝。高填方路堤采用冲击碾压技术施工可使工后沉降率接近0.1～0.15%，能较好地避免差异变形所引发的裂缝，这是解决土石高填方路堤变形病害的有效技术措施。北京八达岭高速公路34m高填方路基填料为风化花岗岩形成的含块石细粒土砂砾，冲击碾压每层压实厚度1m，平均压实度为重型标准95%，路基宽10.5m，两个断面设左、中、右沉降观测点，完工一年后沉降量为：K10+260断面32、37、32mm，路基中心填方高度26.4m，沉降率0.14%；K10+300断面41、41、44mm，路基中心填方高度33.12m，沉降率0.12%。差异沉降量梯度均小于0.1%。表明路堤工后沉降率减小，冲碾密实，有很好的均匀性。广西六水线36m、34m石灰岩填石路堤的振碾与冲压对比观测，施工期沉降量为振碾76cm，冲压22cm，表明冲击碾压的密实度增强。在国内高速公路振碾达到压实要求的路基上，用冲击压路机对路床进行检验性补压20遍后的平均沉降量为：北京八达岭线5.4cm；河北宣大线3.9cm；福建福泉线5.0～7.0cm；湖南湘耒线3.0～7.2cm；重庆渝黔线4.8～7.3cm；浙江杭金衢线2.0～3.4cm；江西梨温线5.0～6.0cm等。综合分析不同土石路基路床上通过冲击补压20遍后，原来路基已经达到压实度规定的沉降量为5.0～7.0cm。当沉降量在5.0cm以下，是原路基压实质量优良，如河北宣大黄土路床原来压实度96%，浙江杭金衢宕渣、砂砾路床级配良好，原来压实度在97%以上，故冲碾后沉降量在4cm以下。如沉降量超过7.0cm，则原路基压实不足，其压实度未达到要求，或在90区冲击补压时，沉降量也大于7.0cm。对于5m以下路堤经冲击补压后完成的沉降量已超过正常路基可能发生的工后沉降量，保证了路基的稳定性，特别是斜坡地形的路基其技术效果更明显。（2）、提高路基整体强度与均匀性使用冲击压路机分层冲击碾压高路堤与补压振碾达标路床工程，能较好地提高路基的整体强度与均匀性，有利于避免路面的早期损坏，延长路面的良好服务水平。北京八达岭花岗岩风化含块石细粒土砂砾路基的路床，经过20遍冲碾后，计算分析地表下1.5m内，用落锤式弯沉仪（FWD）检测，平均弹性模量值由冲碾前180MPa提高到228MPa。福建泉州工地对路基冲击碾压20遍后，用黄河标准车测弯沉值，补压前平均l。=220（0.01mm），补压后平均l。=183（0.01mm），即冲击碾压前E。=55.7MPa,补压后E。=63.4MPa。湖南冲击碾压试验段，用解放车测定冲碾20遍前后的弯沉值分别为141（0.01mm）与66(0.01mm)，折算为黄河标准车的弯沉值分别为219(0.01mm)与102(0.01mm)，即平均E。由冲碾前55.9MPa提高到95.1MPa。福建某高速公路全线路床经25KJ三边形冲击压路机补压，全线建成通车前夕由交通部公路工程检测中心用自动弯沉仪检测，测试里程4个车道总长596公里，74500个数据。K0+000～K66+987代表弯沉平均值5.80(0.01mm)，K66+987～K113+028代表弯沉平均值6.66(0.01mm)，K113+028～～K154+419代表弯沉值8.53(0.01mm)。用整车式平整度测试车检测，测试里程4个车道总长600公里，6000个数据，IRI总平均值为1.21（σ=0.73）。以相同设备检测路面结构与施工条件相同的某连接线10公里，路床未进行冲击补压。检测结果：代表弯沉平均值国家高速公路网成渝地区环线乐山至雅安段公路2/316.27(0.01mm)；平整度指标IRI平均值1.55（σ=0.93）。对比表明振碾路床经冲击碾压的技术效果明显，提高了路基的整体强度与均匀性，以及路面的服务水平与使用年限。冲击碾压后路基形成的沉降量，可计算出路基压实度的增加值。按下式计算：S=h(1-Kh/Kh’)式中：S为沉降量，cm；h为路基压实影响厚度，cm；Kh为原路基压实度，%；Kh’为冲碾后提高的压实度，%。冲碾20遍后，在正常情况下，1.5m层厚范围内压实度均增加3～5个百分点，由于冲击压路机是路床顶面上全面积的均匀冲碾压实，达到了全路基的直接检验与补充追加压实，在路床顶面以下形成1.0～1.5m连续、均匀、密实的加固层，提高了路基路面的综合强度与稳定性。3、项目概况乐山至雅安高速公路为国家高速公路网的一部分，是四川省十一五的重点建设项目，也是省“三年攻坚”项目，根据省委省政府要求，项目必须2012年年底建成通车。根据通车时间要求，本项目路基需要在在2011年年底完工。由于工期十分紧张，为减小高路堤后期沉降及差异变形，应项目业主雅眉乐公司要求，对本项目填方高度大于4米的路堤下路床顶面处进行冲击碾压，以有效增大路床的整体强度和减少路床的弯沉值，延长路面使用寿命。二、设计方案原施工图设计文件中对填方高度大于18米的高填路基及斜坡路堤按特殊路基设计，边坡通过稳定计算确定。为避免高填路堤工后沉降引起路面开裂，设计主要采用了铺设土工格栅、普夯路堤的措施进行处治；当路堤安全稳定性小于规范要求时，还增设反压护道等进行处治。本次设计根据项目业主要求，为确保填方路基压实度及整体稳定性，减少路基工后沉降，对本项目填方高度为4～18米的一般填方路段，采用冲击碾压对路堤分层碾压至下路床顶面后作补强压实处理。由于目前以25KJ三边形双轮冲击压路机使用最多，其双轮静重12t，行驶最佳速度为12km/h，因此用冲击压路机冲碾路基时应大面积的进行，长度应大于100m，以便于压路机冲击时提高行驶速度，增加激振效果。当填方段长度小于100m采用普夯补强压实。三、冲击碾压补强说明1、路堤材料同一般路堤，施工时应分层填筑、分层碾压，并检测达到规范规定的压实度后，方可进行路床冲击碾压补强压实。2、冲击碾压是采用非圆形双轮滚动产生冲击与搓揉作用相结合的新型压实技术，其原理是将当前振动压实的高频率、低振幅改为高振幅、低频率，压实机的高能量可对填料作深层压实，大大地增加了对土石方的压实功能，从而可减少路堤的工后沉降，提高路基的稳定性与抗变形能力。3、冲击碾压机械性能参数:冲击能量25KJ，压实宽度2×1000mm，工作速度10～15km/h，有效压实厚度1.0m，压实影响深度5.0m。根据本路填料组成情况，建议采用三边形冲击压路机，以达到更好的压实效果。4、冲击碾压施工参数:分层冲击碾压的施工参数应根据不同路段填料组成情况、粒径大小等因素，并通过试验路段的方式予以确定及推广运用。对于一般的土质路堤，以下施工参数可供参考：进行检验性补压时，冲碾20遍以上，路堤下沉量5～7cm。5、冲击碾压试验路段:应选择本路采用冲击碾压的代表性路段作为试验路段，并采用具有代表性的填料，制订详细的试验工作计划，其内容应包括试验段的位置、范围、填料类型、冲碾方式、冲碾遍数、冲碾前后的检测内容（弯沉、密实度、含水量、沉降量及回弹模量等）等，通过试验及试验资料的统计分析，确定冲击碾压的施工工艺、施工参数和检测、验收标准等。6、其他注意事项:①由于冲击碾压是岩土工程较新的压实技术，积累经验较少，因此在大面积施工前，应先作试验路段，以确定冲击碾压的施工工艺、施工参数和检测、验收标准。②对经处理的软弱地基、土工格栅顶部、斜坡坡脚、涵洞顶部等部位以上2m深度范围内不得采用冲击碾压技术施工。当路床范围设有土工格栅时，路床检验性补压的位置应作相应的下移调整。③在挡墙墙背、涵台台背、桥台侧墙尾部1倍填高的水平距离范围内和离周围居民建筑物20m范围内的路段内不得采用冲击碾压技术施工。④由于路基边缘是压实机具碾压的薄弱环节，因此在采用冲击碾压进行检验性补压时，应加强对路基边缘地带的碾压，并根据边坡高度、填料种类、压实度检测情况酌情增加冲碾遍数。⑤采用冲击压路机补压路床应在中央分隔带横向排水管施工之前进行。四、普夯补强压实说明1、普夯技术要求路堤应分层填筑、分层压实，并检验压实度达到设计要求，至设计普夯标高后再实施普夯国家高速公路网成渝地区环线乐山至雅安段公路3/3施工。如位于平曲线超高路段，该普夯层顶面横坡应与路面横坡一致。设计采用夯锤重10吨，落距10米对路堤进行普夯，锤径为2米，夯点按正三角形布置，间距1.5米，锤印重叠不小于50厘米。单点夯击锤数为3击，夯击遍数暂定为2遍。2、普夯的机具要求起重机采用起重能力大于15吨的单缆或起重能力大于20吨的复缆（利用滑轮组）履带式起重机均可，并配有辅助门架等缓冲消能支撑构造，防止吊臂过大振动、后仰，造成事故。若选用复缆起重机时应配有自动脱钩装置。起重机最大提升高度应大于10米。夯锤选用弹性模量高的圆柱形钢质夯锤，或选用厚钢壳内浇钢筋砼制作的圆柱形夯锤。在夯锤底部必须对称设置4～6个与其顶面贯通的排气孔，以利夯锤着地时坑底空气迅速排出和减小起锤时坑底的吸力，排气孔的直径一般为10～15厘米。3、普夯的施工顺序试夯确定夯击遍数及距建筑物安全距离，然后再进行大范围夯击。试夯时应选择一个有代表性的(20×20m)区域，表面应整平。按设计的夯点排列方式及间距，实地放出该范围的夯击点并测量场地标高，然后根据设计夯击参数进行试夯，记录夯沉量。夯完一遍后，测量夯击面标高：若第一遍夯击的夯沉量大于5cm，则进行第二遍夯击，记录第二遍夯击的夯沉量，并测量第二遍夯击后的夯击面标高；若第二遍夯击的夯沉量小于5cm，则该场地可仅夯击一遍；若第二遍夯击的夯沉量大于5cm，则进行第三遍夯击，记录相应的夯沉量及测量第三遍夯击后的夯击面标高，若第三遍夯击的夯沉量小于5cm，表明该场地可夯击二遍即可。有重要建筑物（如涵洞、民房、挡墙等）地段应采取保护措施，防止夯击振动使其破坏。可采取挖设隔振槽、预留安全距离等方法。涵背已做回填地段水平安全距离可初定为15米，涵洞未作涵背回填地段可适当减小；涵顶安全填土厚度应不小于8米。根据试夯，观测建筑物振动及变形情况，以最终确定实际采用的安全距离。4、普夯的施工注意事项（1）路堤每填筑至普夯设计面时，应按规范要求检测路堤普夯前的压实度，并作好详细记录。在进行夯击时应注意观察是否对周围建构筑物造成不利影响。（2）按照设计要求的普夯处理范围、夯点排列及间距，采用仪具放点，并用小木桩或白灰在夯点中心处作出标记，夯点放完后应进行复核，确认无误时再绘制夯点布置