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混凝土破碎​冲击碾压技术及其特点

混凝土破碎冲击碾压技术及其特点

冲击碾压技术是指采用冲击压路机对碾压面的压实,主要作用是提高被压对象的密实度与破碎度。冲压效果与土质状况、冲击压路机的型号、行驶速度有关。

冲击碾压技术于20世纪80年代在国外开始投入生产使用,首先应用于土石压实[28,107,192]。我国于1995年由南非引进。南非蓝派公司1995年完成香港新机场的场道建设后,于1996年将冲击压路机引入内地,先后在云南、黑龙江、河北唐山等地进行过试验与演示性质的冲击碾压。1998年3月,八达岭高速公路(二期)工程中有一段34m的高路堤填筑工程,每层填筑厚度约为0.8~1.0m,采用25kJ的三边形冲击压路机碾压20遍,经检测压实度平均达95%以上。该工程仅用50多天的时间便完成了压实任务,为八达岭高速公路于当年10月通车起了关键的作用。此后,八达岭高速公路遂全线采用25kJ三边形双轮冲击压路机对振动碾压达标的路床进行了增强补压,冲压20遍后,平均下沉量超过5cm。1998年5月,河北宣(化)大(同)高速公路应用冲击碾压技术处理湿陷性黄土地基,通车后的情况表明,其处理是成功的。这两个工程均由交通部公路科学研究所对其碾压效果进行了详细的跟踪检测研究,明确了冲击压路机在不同土质条件下的碾压效果,为其合理使用奠定了基础,并在相关期刊上发表论文对冲击碾压技术进行了宣传。1998年7月,湖南的湘末路、福建的福泉路、陕西的铜黄路等相继采用冲击压路机进行路床补压。2000年以后,这项技术开始应用于旧路改建。此后,冲击压路机的压实效果逐渐得到了公路界的认同,冲击碾压的应用领域也不断扩大。目前我国的冲击压路机数量已达数百台,广泛应用于公路行业的多个领域:

①高路堤、路床、填挖交界路基的冲击增强补压;②湿陷性黄土等软弱地基、路堑的冲击碾压处理;

③路堤等的分层填筑冲压;

④旧砂石路、旧沥青路的冲击碾压与加宽部分的增强补压等。

冲击碾压技术的特点如下[ur3~1]:

1.低频高振幅

冲击压路机动力特征与传统振动式压路机的高频低振幅相反,属于低频高振幅(约每秒2击,落距约10~20cm)。冲击能量可达15~30kJ,冲击荷载达2500~3500kN。

压实轮以每秒2次左右的频率冲击地面产生低频大振幅冲击波向地下深层传播,具有地震波的传播特性。该机将冲击碾压能量,压实轮转动惯性所具有的能量以及压实轮水平运动所具有的动能得以有机结合,对地面产生动能与势能的联合冲击作用,起到强夯与振击的双重作用效果。

2.冲击能量大,影响深度深

以25kJ三边形双轮冲击压路机为例,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2000~2500kN,相当于1111~1543kPa,产生强烈的冲击波,向下具有地震波的传播特性。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1366kPa、306kPa、272kPa、138kPa。产生的冲击功能达到超重型击实功,可使地下深层土体的密实度不断累积增加,达到重型标准90%以上的压实度。有些土石材料性状有效压实厚度达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。图1.6为冲击碾压路基的原理示意图。

图1.6冲击碾压对路基影响的示意图[62]

图1.6冲击碾压对路基影响的示意图[62]

3.冲击压实路基效果好,施工速度快(如图1.7)

(1)提高了路基压实度。各种类型的路基,经过冲击碾压足够遍数,在不同深度范围内,压实度均有不同程度的提高。碾压后,压实度可达96%以上。

(2)增强了路基土的水稳性。经碾压后,土工试验表明,在影响深度内湿陷性样品检出率大幅度降低,饱和前后压缩性指标变幅减小。

(3)提高了路基整体强度。根据土工试验结果,大部分碾压路段路基回弹模量增大,弯沉值减小,说明冲击碾压后路基土强度及承载能力提高,弯沉变形得到改善。

图1.7高速公路冲击碾压路基

图1.7高速公路冲击碾压路基

(4)减小了路基土工后沉降变形。观察碾压前后压缩模量的变化,在影响深度范围内,压缩模量增大,压缩性降低。同时,碾压过程中压沉量随碾压遍数增加而增加。冲击碾压后孔隙体积与最大干密度计算的孔隙体积之差明显减小,路基工后沉降变形得到改善。

(5)查明了路基土局部软弱区。冲击碾压技术对路基土有压实作用的同时,也具有查明原有路基饱水软弱带分布位置的检验作用,在施工过程中可随时发现,从而进行挖换填土压实,及时处理,保证了路基压实质量及整体均匀性。

(6)公路升级改建需要加宽修建新路基,使用冲击碾压技术能较好地解决新老路结合引起的变形裂缝问题。通常在加宽路基与坡脚外1.0m地基范围内进行冲击碾压加固处理,如层于特殊土地基,则可采用相关技术措施与冲击碾压结合进行加固处理。当新加宽路基分层压实到路床后,对新老路结合部与新路床进行冲击碾压检验性补压后,再视完成路基的具体状况,必要时可在结合部路床内加铺土工格栅,这样处理即能较好地避免产生因新老路结合所引发的沉降变形裂缝。

4.修复大面积破损的水泥混凝土路面时,修复质量高,施工速度快,而且工程成本低,影响交通时间短,环境污染少,经济效益明显

当公路升级需要改建旧路时,必须提高路基质量,满足新路等级的压实标准,通常的做法是开挖路面与路床、路堤,重新回填分层压实,以达到规定的压实度。对沥青或水泥路面需要破碎、翻挖与清除。采用冲击碾压技术则不必开挖路面与路基,可以直接在原路面上用冲击压路机进行冲碾施工,使路基达到质量要求,旧路面能得到利用。应用这种新工艺能节约筑路材料,有利于环境保护,保证工程质量,加快改建公路进度。广东、河南、浙江、福建、安徽等地用五边形、四边形冲击压路机进行水泥混凝土路面改建的冲击碾压试验与施工实践表明,技术效果良好。

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