道路藍派沖擊壓實技術(shù).doc

藍派沖擊壓實技術(shù)藍派沖擊壓實技術(shù)碾壓堆石體時,利用牽引機拖動非圓形壓實輪滾過堆石體,壓實輪對堆石體產(chǎn)生沖擊、揉壓、碾壓作用,在高能量、大振幅的沖擊振動下,塊石棱角破碎,壩料實現(xiàn)嵌填,而揉壓、碾壓又使其得以相對穩(wěn)固.經(jīng)多次沖擊、揉壓、碾壓作用,填料被逐步壓密、壓實.該技術(shù)使用結(jié)果表明:沖碾后級配的變化滿足設(shè)計要求;堆石層間結(jié)合緊密;被壓實物料的干密度達到設(shè)計指標(biāo).“1、一種采用高振幅、低頻率的沖擊壓實機來壓實路基的施工方法，其特征在于在已完成的路基上進行補充沖擊碾壓的連續(xù)作業(yè)，通過增加碾壓遍數(shù)，使路基增加密實度，并形成厚度在1.01.5m的范圍內(nèi)的加固層。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用高振幅、低頻率的沖擊壓實機來壓實路基的施工方法，其特征在于補充沖擊碾壓的連續(xù)作業(yè)采用高能量沖擊壓實機。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用高振幅、低頻率的沖擊壓實機來壓實路基的施工方法，其特征在于補充沖擊碾壓的連續(xù)作業(yè)采用25KJ沖擊壓實機。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用高振幅、低頻率的沖擊壓實機來壓實路基的施工方法，其特征在于補充沖擊碾壓的連續(xù)作業(yè)采用三邊形沖擊壓實機?！痹搶＠f明書記載：對于本發(fā)明的采用高振幅、低頻率的沖擊壓實機來壓實路基的施工方法，2年來在國內(nèi)不同地區(qū)與不同石填路基的試驗工程實踐中進行了試驗。比如，在北京的八達嶺高速公路二期工程、湖南湘潭至耒陽高速公路、福建省福州至泉州高速公路、河北省張家口地區(qū)大同至宣化高速公路的濕陷性黃土地基等，均采用了25KJ型的高振幅、低頻率的沖擊壓實機。經(jīng)實踐表明，采用25KJ三邊沖擊壓實機的沖擊能量較振動壓實機增加10倍，壓實影響深度達5m，有效壓實厚度由振動壓實的0.200.30m，增加為1.001.50m，并且該沖擊壓實機的碾壓速度較振動壓實機提高了兩倍。1999年2月，藍派公司投資成立藍派（北京）公司。同年3月5日，藍派（北京）公司與楊世基簽訂了關(guān)于促進使用高能量沖擊壓實技術(shù)合作協(xié)議，約定藍派（北京）公司向楊世基提供建議、信息、文件以及履行協(xié)議所需的必要幫助，并每月給楊世基固定金額12 000元；楊世基向藍派（北京）公司提供技術(shù)服務(wù)、技術(shù)秘密以協(xié)助藍派（北京）公司在中國應(yīng)用沖擊壓實技術(shù)和設(shè)備所需的試驗、應(yīng)用技術(shù)開發(fā)等工作，同藍派（北京）公司簽署保密協(xié)議并遵守確保藍派（北京）公司所有的技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)得到保護。1999年第1期公路交通科技刊登了楊世基與吳立堅撰寫的文章沖擊壓實粗粒土路基，該文主要論述沖擊壓實高速公路路基技術(shù)，包括沖擊壓實機分層壓實粗粒土高路堤和路基振動壓實后再用沖擊壓實機碾壓的技術(shù)特性。文章提及八達嶺高速公路指揮部決定采用藍派公司的沖擊壓實機對最后一處34m高填方路基進行碾壓，并對部分振碾壓實后的路基進行沖擊補壓，交通部公路科研所于1998年3月對沖擊壓實效果進行多層布點定測，檢測內(nèi)容涉及多項參數(shù)，本文根據(jù)測試結(jié)果，論述沖擊壓實的技術(shù)特性、碾壓工藝與檢測方法。文章首頁還注明收稿日期為1998年7月7日。楊世基撰寫的文章沖擊壓實技術(shù)在路基工程中的應(yīng)用論述了沖擊壓實技術(shù)具有減少路基工后沉降、提高路基整體強度及加固軟弱地基的作用。文章提及藍派公司沖擊壓實機25KJ-T3三邊形和15KJ-T5五邊形，還提及了八達嶺高速公路、福建泉州工地、京秦高速公路、宣化大同高速公路、湖南工地等測試情況。前言 沖擊壓實是壓實技術(shù)的最新發(fā)展。八達嶺高速公路預(yù)定1998年國慶建成通車，為了能按期高質(zhì)量的完成施工任務(wù)，八達嶺高速公路指揮部決定采用蘭派公司的沖擊壓實機對最后一處34m高填方路基進行碾壓，并對部分振碾壓實后的路基進行沖擊補壓。我們對沖擊壓實效果進行試驗檢測，以確定合理的松鋪厚度與碾壓遍數(shù)。測試內(nèi)容有：地面高程；沖擊碾壓地面的下沉量（S）；填土的干密度（pd）；含水量（w）；表面波密度儀測表面波（CR）計算于密度；動態(tài)圓錐貫人儀（DCP）測地表下土體不同深度的貫人值（DN），由此推算出其它力學(xué)參數(shù)，如：加州承載比（CBR），彈性模量（E），無側(cè)限抗壓強度（UCS）等；落錘式彎沉儀（FWD）測土基強度（E0）。本文根據(jù)測試結(jié)果，論述沖擊壓實的技術(shù)特性。碾壓工藝與檢測方法。 1、沖擊壓實 沖擊壓路機是用三邊形或五邊形輪子來產(chǎn)生集中的沖擊能量達到壓實土石填料的目的。沖擊壓實機可由配套的重型工業(yè)拖車在前方牽引，也可以自行。圖1示沖擊壓實機的基本原理。沖擊壓實機以其靜能量來標(biāo)定，能量按下式以千焦（爾）計算 E = mgh （1）式中， E能量，U； m動力部件的質(zhì)量，kg； g一重力常數(shù)（9.81m/s2）； h輪子外半徑同內(nèi)半徑的差值，h=r-r，m，見圖1。圖1沖擊壓實機基本原理 南非藍派公司研制開發(fā)的沖擊壓實機常用的有25T3一25U三邊形和15T5一15U五邊形兩種壓實機，25kJ壓實機用于原位碾壓和層厚1m以下填料碾壓以及碾壓質(zhì)量的檢驗，15kJ壓實機用于層厚5075cm的填料碾壓，由于是五邊形輪子，可比三邊形25kJ壓實機用較少遍數(shù)獲得所需的密實度。沖擊壓實機在土石方壓實作業(yè)中，突破了傳統(tǒng)的碾壓方式，當(dāng)其一角立于地面，向前碾壓時，產(chǎn)生巨大的沖擊波，由于碾邊順序連續(xù)沖擊地面，可使土體碾壓均勻密實。該機以每小時912km的行駛速度碾壓作業(yè)，即沖擊碾每秒鐘沖擊地面兩次，相當(dāng)于低頻大振幅沖擊壓實土體，并周期性地沖擊地面，產(chǎn)生強烈的沖擊波向地下深層傳播，具有地震的傳播特性，其壓實深度可隨碾壓遍數(shù)遞增，25kJ壓實機的高能量可對填料作深層壓實，從而降低土的滲透性，為分層碾壓或填方材料提供堅實的基礎(chǔ)。在低交通量道路，對施工現(xiàn)場原位材料的深層壓實能形成較好強度和穩(wěn)定性，而不必換填材料。在多數(shù)情況下，直接修筑底基層和基層就可得到優(yōu)質(zhì)道路。 2、高填方路基的沖擊壓實檢測（1）下沉量檢測 普通振動壓路機為低振幅高頻率，對深層的影響較小，且每層碾壓松鋪層的厚度不超過0.5m，分層碾壓68遍后，壓沉值基本穩(wěn)定。沖擊式壓路機為高振幅低頻率，對深層產(chǎn)生較強的沖擊能量，隨著土石密實度增加，其影響深度也逐漸增加。沖擊壓實以實測沉降量的變化為主，同時進行灌砂法密實度檢測。表面波干密度檢測以及落錘式彎沉儀檢測等，確定合理的層鋪厚度與遍數(shù)。 交通部公路科研所進行了多層布點定測，其中第3層因沖擊碾壓后點位的變動而略有誤差，第屯第5兩層均采用預(yù)埋水泥。易拉罐盒的方法進行準確定點，故數(shù)據(jù)較為準確?，F(xiàn)將第屯5兩層的定點實測下沉量S值列于表1，表2。路堤第4層沖擊碾壓后定點下沉量S值（cm） 表1位置沖壓數(shù)定點下沉量S值每行S平值外行距10遍10.111.44.4 18.918.69.612.2外邊緣 20遍1.83.33.706.52.63.07m 30遍4.12.25.15.71.40.93.2中行距20遍2.41.21.31.14.72.02.1外邊緣30遍1.81.11.60.30.4一1.015m內(nèi)行距10遍7.52.95.13.66.04.34.9外邊緣20遍2.703.41.32.43.22.227m30遍2.53.5-0.5-0.91.00.11.0合計10遍n=12，S10平=8.5，Cv=0.64320遍n=18，S20平=2.4，CV=0.66430遍n=17，S30平=1.8，CV=1.008注：表中各行定點問距5m，層厚9cm左右，測試日期：1998年3月9日 路堤第5層沖擊碾壓后定點下沉量S值（cm） 表2位置沖壓數(shù)定點下沉量S值每行S平值123456外行距外10遍7.512.39.76.48.14.88.1邊緣7m20遍2.90.7-1.11.12.21.6中行距外10遍4.42.53.83.71.74.83.5邊緣15m20遍2.43.82.52.94.54.13.4內(nèi)行距外10遍3.82.74.73.77.76.14.8邊緣27m20遍3.33.32.64.53.05.23.7合計10遍n=18，S10平=5.5，Cv=0.50020遍n=17，S20平=3.0，Cv=0.426注：表中各行定點間距5m，層厚1.0m左右，測試日期：1998年3月12日 外行定點位置距外邊緣較近，土石料攤鋪時，推土機通過的遍數(shù)較少，故下沉量較大）表1、表2外行10遍的平均下沉量分別為12.2cm、8.1cm，中、內(nèi)兩行1120遍合計的平均下沉量分別為2.4cm，3.0cm，已基本接近表4中1120遍補壓后的平均下沉量。表1中2130遍后的平均下沉量為1.8cm，其中外行的平均下沉量為3.2cm，中行及內(nèi)行的平均下沉量均為1.0cm。（2）灌砂法干密度檢驗 路堤填料為強風(fēng)化花崗巖，開挖后大部分為松散粗砂，含少量塊石，由土石顆粒組成，篩分結(jié)果為含塊石細粒土砂礫。重型擊實最大干密度為1.945g/cm3。采用灌砂法測定干密度進行壓實度檢測： 1998年2月27日底層（外緣厚度達7m）沖碾60遍后，20cm深度以下壓實度為99.5， 70cm深度以下壓實度為93.6， 120cm深度以下壓實度為90.8；3月2日一層（松鋪厚度每層控制在1.01.2m）沖碾30遍后， 90cm深度以下壓實度為96.3，同時在推土機推開底層的剖面上，測得深度1.5m以下壓實度為86；3月19日8層沖碾20遍后，測得深度20cm以下，平均壓實度為95.6，Cv=0.009。（3）表面波壓實密度儀檢測 BAJ一3B型表面波壓實密度儀是以表面波理論為依據(jù)，采用電磁。電子及信號處理等高技術(shù)研制的新型快速無損檢測儀器。 表面波是一種彈性波。當(dāng)在半無限彈性介質(zhì)表面進行垂直激振時，介質(zhì)中質(zhì)點產(chǎn)生相應(yīng)的縱向和橫向振動，使介質(zhì)表面的質(zhì)點作橢圓運動，其振動沿介質(zhì)表面層傳播，產(chǎn)生表面波，表面波在材料中的傳播速度與激振頻率，傳播深度具有如下關(guān)系： VR = （2D） 式中：VR表面波速度，m/s；f一表面波振動頻率，Hz；D 垂直振動平均深度范圍，m； 波長，m。 根據(jù)實驗研究證明，表面波在材料中的傳播速度VR與材料的干密度。強度。彈性模量等工程力學(xué)參數(shù)存在良好的相關(guān)性，可建立起相關(guān)方程式。因而，通過在現(xiàn)場檢測得到施工結(jié)構(gòu)材料中的表面波速度，即可計算出材料的力學(xué)參數(shù)，對施工質(zhì)量進行監(jiān)狽】與評定。 采用表面波壓實密度儀檢測第5層定點位置沖碾10遍后的數(shù)據(jù)列于表3。測得的VR值采用土石粒徑類似的相關(guān)方程d=1.6640.001VR，計算出各定點不同深度的平均干密度，該值由每個點上下左右4個方向各0.5m距離測算，每個方向采取5個數(shù)據(jù)，平均后得出表中各點的平均VR值。再根據(jù)表3相應(yīng)各點的下沉量計算出0遍與20遍的干密度與壓實度。外行0遍時的壓實度K0平85.6，中行及內(nèi)行0遍時的壓實度分別為87.9與875，其差異沉降是由于外行范圍推土機通過的次數(shù)較少所致。經(jīng)回歸計算：K87.0， Cv=0.014，K10=92.5，CV=0.020，K2095.1，Cv=0.020，K20=19.6十0.816K10（n 32，r0.814）。表明面波儀測得的壓實度與挖坑灌砂法檢測以及由已碾壓完成補壓下沉量計算的壓實度基木吻合。 路堤第5層面波儀檢測壓實密度值 表3檢測點f=100Hz，L=0.5mf=50Hz，L0.5mVRCVDpdK10K20VRCVDpdK0K10K20m/smg/cm3%m/smg/cm3%外行-1140.40.701.80492.895.6145.11.451.80985.893.095.8外行-2115.70.581.78091.592.482.30.821.74683.489.890.7外行-3166.30.831.83094.1145.41.451.80985.093.0外行-4177.30.1720.881.84194.795.8134.70.0601.381.80086.692.593.5外行-5233.90.1351.171.89897.698.7140.60.0241.411.80585.392.893.8外行-6142.80.0760.711.80792.995.0126.60.0371.261.79087.692.094.1中行-1160.90.1970.811.82593.896.1121.10.2881.211.78587.891.894.1中行-2140.40.2520.701.80492.896.5126.00.3231.261.79089.792.095.6中行-3151.90.2790.761.81693.495.887.80.1020.881.75286.790.192.4中行-598.60.1870.491.76390.694.999.00.1120.991.76389.190.694.9中行-696.70.3140.481.76190.594.498.80.1470.991.76389.190.694.5內(nèi)行-1168.20.1500.841.83294.297.4154.20.0211.541.81889.993.596.7內(nèi)行-2185.40.1260.931.84995.198.3117.00.1991.171.78189.191.694.7內(nèi)行-3108.60.0480.541.77391.293.6102.50.1701.031.76786.690.993.3內(nèi)行-4125.80.1410.631.79092.096.384.70.0660.851.74986.689.994.1內(nèi)行-5215.70.1221.081.88096.799.7130.70.0111.311.79585.292.395.2說明：f-表面波振動頻率；L-激振器與傳感器間中心距；VR-表面波速度；D-垂直振動平均深度；K10-沖壓10遍時測得平均表面波速；八后計算的壓實度； K0與K20為K10按表3相應(yīng)下沉量計算的0遍與20遍的壓實度。3、補壓振碾填方路基的沖擊壓實（1）5k200520段沖碾補壓 填方路基平均填高5m，達到上路堤位置，距上路床頂面還差1m。沖擊壓實機碾壓長度300m，寬度16m。選定代表性位置中心樁5k380480。每20m進行固定樁布點定點測定，橫向為中心樁號左右各2m、6m距離，即各定點縱向間距20m，橫向間距4m。1998年2月25日沖擊碾壓10遍，2月26日再沖擊碾壓10遍，測得各定點的壓實沉降值列于表4。 振壓路基沖壓后定頂點下沉量3值 表4位置沖壓10遍沖壓1120遍沖壓20遍合計5k+3801.73.14.01.53.30.92.22.35.04.06.23.8+4002.63.42.04.11.11.92.41.03.75.34.45.1+4205.46.92.34.12.81.31.51.68.28.23.85.7+4403.54.85.43.14.93.11.62.98.47.97.06.O+4605.34.21.24.62.62.61.73.87.96.82.98.4+4800.62.100.83.81.70.10.44.43.80.11.2S平=3.2，CV=0.551S平=2.2，CV0.553S平=5.4，CV=0.425注：表中定點為中心樁號左右各2m、6m距離。 沖壓10遍平均下沉量3.2m，CV=0.551；沖壓1120遍平均下沉量2.2cm；合計平均下沉量5.4cm。則沖碾壓實沉降率為5.4500=0.0108。各定點的S值變化較大，沖壓10遍的S平值Cv為0.551，沖壓20遍后合計S平值Cv為0.425，表明振動壓實后路基密實度的不均勻性經(jīng)沖擊碾壓后達到路基均勻密實，各點沉降散點圖見圖2。圖2 5K+200520段補壓沉降散點圖 路基填筑采用VV170 40噸振動壓路機分層碾壓，達到壓實標(biāo)準，即上路堤達到重型壓實度93，下路堤達到重型壓實度90，沖擊碾壓的有效壓實深度可達到1.5m，按平均下沉量3平=5.4m的90計算，平均重型壓實度沖碾后提高為95，使路堤的整體強度提高。 用標(biāo)準軸重10t荷載在5k200520進行彎沉測定，下雨后測得回彈彎沉l0為9（0.01mm），天晴后測得l0為4.5（0.01mm），原來施工l0的控制值為90（0.01mm），表明沖擊碾壓后大幅度提高了路基的整體強度。（2）0k8401k110、1k260340、1k580620段沖碾補壓 由于試驗段為半填半挖路基，中間及外邊為填方，里側(cè)為挖方，布點時從0k840起沿路線方向每隔20m布設(shè)一排兩個點，外側(cè)點距路肩邊沿3m，中間點距外側(cè)點4m，在點位處撒上石灰，并釘上系了紅布條的鐵釘，以確保每次定點測量的準確性。經(jīng)10遍、20遍、30遍沖碾后的沉降量經(jīng)統(tǒng)計分析的結(jié)果為：0k840lk110段，沖碾10遍后，S平=1.3cm，Cv=1.14；1120遍，S平=1.3cm， Cv=0.85；30遍合計，S3平=3.8cm，CV=0.57，其中外側(cè)S平4.8cm，Cv0.37；中間S平2.7m，Cv0.74。1k260340，lk580620段，30遍合計S平=6.8cm，Cv=0.47；其中外側(cè)S平=7.3cm，Cv=0.27；中間S平=6.4m，Cv=0.65。 由面波儀的檢測可以看出，經(jīng)過30遍沖碾之后，地表下6080cm內(nèi)土的干密度由1.815gcm3提高到1.850gcm3，壓實度由93.3提高到95.1。這說明沖擊碾壓的效果是比較明顯的，完全能夠滿足規(guī)范路床的要求。（3）動態(tài)圓錐貫人儀（DCP）測試 動態(tài)圓錐貫人儀（DCP）的英文是Dynanlic ConePenetrometer，簡稱貫人儀，屬小型輕便地基土原位測試的觸探儀，其錘重8kg，落距575mm，貫人桿長1000mm，桿直徑?16mm，圓錐頭直徑20mm，錐尖為60角，貫人桿旁連接1000mm的讀尺，直接讀記每擊一次的貫人值。這種原位測試的DCP貫人儀在國外已經(jīng)在使用中積累了貫人值與相應(yīng)土性指標(biāo)的關(guān)系。其每錘擊一次（blow）的貫人值（mm）為DN（mmblow），DN已經(jīng)與土的彈性模量（E）、加州承載比（CBR）、無側(cè)限抗壓強度（UCS）建立了關(guān)系式，在南非用DN值作為路面設(shè)計的參數(shù)。DN與CBR、E、UCS的關(guān)系式如下： DN與CBR關(guān)系式 CBR441DN-1.31 （3） DN與E關(guān)系式 E1123DN-1.064 （4） DN與UCS關(guān)系式 UCS3218DN-1.158 （5） 對試驗段的各測試點在沖擊碾壓前后進行了DCP測試，根據(jù)兩試驗段各測試點的DN值，進行匯總計算出沖碾前后各遍的平均DN值（DN），列于表5及圖3，可以看出沖碾前后各不同遍數(shù)在地面下不同深度的平均口可值的變化規(guī)律。由DN值與CBR、E、UCS的關(guān)系，根據(jù)公式（3）、（4）、（5）可整理出表6，表7、表8、表9及圖4、圖5、圖6、圖7，可以看出沖碾前后不同碾壓遍數(shù)時在不同深度下CBR、E、UCS的強度變化規(guī)律。貫人量（DN）值與深度的關(guān)系-表5深度（mm）80160240320400480560補壓前5.235.285.596.87.88.48.25補壓后6.44.551.821.972.23.754.13圖3貫人量（DN）值與深度的關(guān)系 1補壓前；2補壓后 擊數(shù)與深度的關(guān)系 表6深度（mm）80160240320400480560補壓前18211612101010補壓后13204440412319 模量值（E）與深度的關(guān)系 表7深度（mm）80160240320400480560補壓前204202 198150127 145153補壓后155223359545483274248 CBR與深度的關(guān)系 來8深度（mm）80160240320400480560補壓前54535237313647補壓后39602011811507669 無側(cè)限抗壓強度（UCS）與深度的關(guān)系表9深度（mm）80160240320400480560補壓前499491484360305347433補壓后376550160814671233677622圖4 擊數(shù)與深度的關(guān)系（1、補壓前，2、補壓后）圖5模量值（E）與深度的關(guān)系（1補壓前；2補壓后）圖6 CBR與深度的關(guān)系（1、補壓前；2、補壓后）圖7無側(cè)限抗壓強度（UCS）與深度的關(guān)系（1補壓前；2補壓后） 由以上各圖可以明顯看出，地表下2050cm內(nèi)土的密實度最大，向下逐漸減小。（4） 落錘式彎沉儀（FWD）檢測 根據(jù)部標(biāo)JTJ059-95公路路基路面現(xiàn)