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軟土路基處理的沖擊式碾壓

來源：鄭州中航設(shè)備時(shí)間：2018-01-01

一、軟土地基的特征
軟土系指淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填上、雜填土及其它高壓縮性土。由軟弱土組成的地基稱為軟土地基。
淤泥、淤泥質(zhì)土在工程上統(tǒng)稱為軟土，其工程特性如下：
(1)含水量較高，孔隙比較大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，軟土的含水量一般為35％～80％，孔隙比為1～2。
(2)壓縮性較高，軟土的壓縮系數(shù)在0.5—1.5MPa-1之間，有些高達(dá)4.5MPa-1，且其壓縮性往往隨著液限的加大而增加。
(3)抗剪強(qiáng)度很低。軟土的天然不排水抗剪強(qiáng)度一般小于20kPa。其變化范圍約在5～25kPa。
(4)滲透性較差。軟土的滲透系數(shù)一般在i×10-5至i×10-7mm／s (i＝l，2…，9)之間。因此軟土層在自重或荷載作用下達(dá)到完全固結(jié)所需的時(shí)間很長(zhǎng)。
(5)具有顯著的結(jié)構(gòu)性。特別是濱海相的軟土，一旦受到擾動(dòng)(振動(dòng)、攪拌或搓揉等)，其絮狀結(jié)構(gòu)受到破壞，土的強(qiáng)度顯著降低，甚至呈流動(dòng)狀態(tài)。軟土受到擾動(dòng)后強(qiáng)度降低的特性可用靈敏度表示。我國(guó)東南沿海軟土的靈敏度約為4～10，屬高靈敏土。
(6)具有明顯的流變性。軟土在不變的剪應(yīng)力的作用下，將連續(xù)產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并可能導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的衰減。在固結(jié)沉降完成之后，軟土還可能繼續(xù)產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。

二、沖擊壓路機(jī)的實(shí)用
從1995年開始，沖擊式壓實(shí)技術(shù)廣泛用于我國(guó)的建筑，交通，水利，機(jī)場(chǎng)等各類工程中，該技術(shù)不同于傳統(tǒng)的靜碾壓實(shí)，振動(dòng)壓實(shí)和打夯壓實(shí)，它是集這3種壓實(shí)功能一聲的壓實(shí)技術(shù)，沖擊壓實(shí)采用的沖擊壓路機(jī)與傳統(tǒng)壓路機(jī)相比，*大特點(diǎn)是其非圓形的沖擊輪外形，為了行駛的平穩(wěn)和*低的能量消耗，其外形主要為三邊形，五邊形，一般采用牽引機(jī)型近年來，沖擊壓實(shí)技術(shù)在路基方面的應(yīng)用主要是；
1、高路堤，路基，填挖交界路記的沖擊增強(qiáng)補(bǔ)壓；
2、濕陷性黃土等軟弱路基的沖擊碾壓處理；
3、路堤分層填筑沖壓；
4、舊砂石路，舊瀝青路的沖擊碾壓與加寬部分的增強(qiáng)補(bǔ)壓。
5、沖擊壓實(shí)的基本原理和其在市政工程中深厚軟土路基的應(yīng)用情況。
（1）沖擊壓實(shí)的基本原理和技術(shù)特點(diǎn)
沖擊壓實(shí)通過三，五邊形沖擊輪，在行進(jìn)時(shí)由于輪面于地面阻力的作用，輪軸反復(fù)抬升和落下使鋼輪沖擊夯壓路基，此種沖擊方式兼具有揉，擠沖擊等多種作用，在這種作用下很容易使土體產(chǎn)生大量的微裂縫，這些裂縫的存在可大大加速地基土中空隙水的排出以加速土體固結(jié)，沖壓施工相當(dāng)于一種連續(xù)夯拍過程，具有波浪起伏及周期間歇等特點(diǎn)?？墒沟脛?dòng)力固結(jié)過程持續(xù)效率高，并可大大縮短固結(jié)周期，沖壓的沖擊能量較低，在其作用下沒土體的側(cè)向變形相對(duì)較小，在一定程度上仍可保持原有的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并此基礎(chǔ)上進(jìn)一步密實(shí)提高。
（2）在軟土路基中的應(yīng)用
沖擊壓實(shí)在浙江地區(qū)應(yīng)用十分廣泛，為探尋其在該地區(qū)軟土路基的應(yīng)用，以降低路基處理費(fèi)用，縮短處理時(shí)間，我們于2014年12月在溫州輕工特色園縱七路開展了路基淺層動(dòng)力固結(jié)+堆載預(yù)壓處理實(shí)驗(yàn)。

三、工程概況
1、輕工特色園區(qū)縱七路工程位于溫州市中心區(qū)西北約15km處的浦江南岸，用地基為農(nóng)田，縱七路已經(jīng)填筑礦渣1.2m堆載預(yù)壓時(shí)間超6個(gè)月，據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)高100cm，總實(shí)驗(yàn)面積約為2000m場(chǎng)地高程為4.20m，場(chǎng)地平坦，處理區(qū)域兩側(cè)挖設(shè)排水明溝。
2、工程地質(zhì)情況
輕工特色園區(qū)屬濱海淤積平原，地形平坦，地形標(biāo)高一般均在4.0m，根據(jù)工程地質(zhì)考察報(bào)告，擬建場(chǎng)地地基上可劃分6個(gè)工程地質(zhì)層，自上而下為，素填土，黏土，含砂淤泥。
3、利用現(xiàn)有120cm左右礦渣填墊層，采用中航SD三邊形沖擊壓路機(jī)將進(jìn)行沖壓，根據(jù)行駛的速度是否正常來確定沖壓遍數(shù)，一旦出現(xiàn)彈簧現(xiàn)象，或行駛速度達(dá)不到規(guī)定的12km/h時(shí)，應(yīng)立即停止沖壓，放置一周或更長(zhǎng)一段時(shí)間，消散超靜水壓力后，再次沖壓，直到每遍沖壓沉降量穩(wěn)定收斂為止，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高，再鋪設(shè)70~120cm礦渣墊層，再進(jìn)行沖壓。沖擊壓路機(jī)采用軌跡交錯(cuò)法進(jìn)行，即行走中輪隙交錯(cuò)推進(jìn)，直至完整覆蓋處理區(qū)域?yàn)?遍，依次完成設(shè)計(jì)遍數(shù)，在沖擊試驗(yàn)中找到合適的遍數(shù)。一般第一次沖壓遍數(shù)一般不超過12遍。
4、沉降分析
經(jīng)沖壓處理后，一定深度土層固結(jié)程度增加，可壓縮性降低，局部土層處于超固結(jié)狀態(tài)，其歸結(jié)壓力若與上不附加荷載相近或更大，則在附加荷載施加過程中是處理回彈在壓縮變形，可在較短時(shí)間內(nèi)完成。而工后沉降則主要發(fā)生在固結(jié)程度較低的土層，或在工后仍在進(jìn)行固結(jié)過程中，通過對(duì)沖壓實(shí)驗(yàn)的表面沉降觀測(cè)，在沖壓面層處理后總共沉降了27.4cm。其中墊層的壓密沉降量約為18cm，則下伏土體經(jīng)沖擊壓實(shí)的淺層動(dòng)力固結(jié)作用發(fā)生沉降20cm說明淺層動(dòng)力歸結(jié)起到一定作用，場(chǎng)地原土基在經(jīng)過沖壓處理后一定深度范圍土體的密度增加，空隙比減小，壓縮模量增加，可壓縮性降低，并在沉降速率滿足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行下步施工，以確保工程的質(zhì)量。

四、沖擊壓實(shí)原理
壓路機(jī)在工作中，當(dāng)牽引車拖動(dòng)三邊弧形輪子向前滾動(dòng)時(shí)，壓實(shí)輪重心離地面的高度上下交替變化，產(chǎn)生的勢(shì)能和動(dòng)能集中向前、向下碾壓，形成巨大的沖擊波，通過三邊弧形輪連續(xù)均勻的沖擊地面，使土體均勻致密。在此過程中，三邊壓實(shí)輪每旋轉(zhuǎn)一周，其重心抬高和降低三次，對(duì)地面產(chǎn)生夯實(shí)沖擊和振動(dòng)作用三次具體沖擊作用過程可分為兩個(gè)階段：
第一階段
在牽引的作用下，壓實(shí)輪依靠與地面的摩擦力沿外廓曲線向前滾動(dòng)，重心處于曲線*低點(diǎn)時(shí)，再向前滾動(dòng)，重心開始上移，牽引力帶來的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓實(shí)輪的勢(shì)能和動(dòng)能，并且緩沖機(jī)構(gòu)開始作用，使蓄能器的緩沖液壓缸收縮，蓄能器蓄能，具體表現(xiàn)為壓實(shí)輪的運(yùn)動(dòng)滯于機(jī)身運(yùn)動(dòng)。
第二階段
當(dāng)壓實(shí)輪重心處于曲線*高點(diǎn)向前滾動(dòng)時(shí)，壓實(shí)輪的勢(shì)能開始轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，蓄能器緩沖液壓缸伸張，蓄能器中的壓力能釋放，轉(zhuǎn)化為壓實(shí)輪的動(dòng)能。具體表現(xiàn)為壓實(shí)輪的運(yùn)動(dòng)快于機(jī)身運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)償前一階段滯后的位移，而且由于壓實(shí)輪的特殊結(jié)構(gòu)，其重心除了具有向前的線速度外，還有一個(gè)向下的線速度，直至壓實(shí)輪另一條曲線的*低點(diǎn)接觸地面，向下的線速度達(dá)到*大，動(dòng)能達(dá)到*大。當(dāng)壓實(shí)輪的另一條曲線與地面接觸時(shí)，開始對(duì)地面產(chǎn)生沖擊夯實(shí)作用。牽引車的工作速度越大，使在第一階段中蓄能器的緩沖液壓缸收縮越大，蓄能越多。在第二階段中釋放的能量轉(zhuǎn)化為壓實(shí)輪的動(dòng)能越大，對(duì)地面產(chǎn)生沖擊夯實(shí)的動(dòng)能也越多，激振的效果也越好。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和沖擊式壓路機(jī)設(shè)計(jì)行車速度要求，碾壓速度以10～12km/h為宜。
對(duì)于一般路基的非飽和土，沖壓輪著地時(shí)由于動(dòng)能釋放，在沖壓輪下的局部面積（約0.60m×0.80m）產(chǎn)生瞬時(shí)的沖擊動(dòng)荷載，向下傳遞快速擠密深層土顆粒；同時(shí)沖擊能量以震動(dòng)波的形式在彈性半空間中傳播，使土顆粒相互靠攏，排出孔隙中的氣體與水，土顆粒重新排列而擠密壓實(shí)。
由此可見，沖擊壓路機(jī)的壓實(shí)原理可歸類為輕型強(qiáng)夯，這種夯法結(jié)合了壓路機(jī)連續(xù)工作的特點(diǎn)，即把強(qiáng)夯用夯錘一點(diǎn)一點(diǎn)上下夯擊方式變連續(xù)滾動(dòng)式的夯擊，故有方便簡(jiǎn)單的特點(diǎn)及較高的工作效率。

沖擊壓路機(jī)與強(qiáng)夯、普通壓路機(jī)的路基適用性、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對(duì)比

結(jié)語
根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，沖擊壓實(shí)機(jī)完全能滿足路基淺層處理的要求，在合理的施工參數(shù)指導(dǎo)下，可以達(dá)到加厚場(chǎng)土，硬殼層，增加路基均勻性，改良各項(xiàng)物力學(xué)指標(biāo)，提高土層回彈模量，在一定范圍內(nèi)提高土層的摩擦和端阻的目的，沖擊壓實(shí)機(jī)在深厚軟土路基沉降處理方面，效果明顯，大大節(jié)約成本，時(shí)間，而沖擊壓路機(jī)只需往裝載機(jī)一掛就可正常運(yùn)行。