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摘要：沖擊壓實(shí)技術(shù)廣泛用于公路路基填筑及公路舊路改造中，而在鐵路建設(shè)中運(yùn)用較少。我國(guó)在建武廣客運(yùn)專線鐵路中使用該技術(shù)進(jìn)行路基壓實(shí)，并在武漢試驗(yàn)段中對(duì)該技術(shù)的壓實(shí)效果進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析，對(duì)該技術(shù)在鐵路路基壓實(shí)中的效果進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。...

沖擊壓實(shí)技術(shù)在鐵路路基工程建設(shè)中的應(yīng)用

魏建兵  楊舉明  陳爭(zhēng)玉

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院  四川成都  610031)

    沖擊壓實(shí)技術(shù)是采用沖擊壓路機(jī)對(duì)地基土進(jìn)行沖擊碾壓，以提高地基土的密實(shí)度及強(qiáng)度的工程施工方法。20世紀(jì)以來(lái)，南非國(guó)家運(yùn)輸和道路研究所(NITRR)發(fā)明了可供實(shí)用的非圓滾輪壓路機(jī)。1995年初，沖擊碾壓技術(shù)首次用于香港新機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道地基壓實(shí)，l999年開始在我國(guó)大陸廣泛推廣應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)該技術(shù)施工設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。近十多年來(lái)，由于該技術(shù)在施工效率等方面的優(yōu)勢(shì)，已廣泛運(yùn)用于高速公路路基工程、機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道地基工程、鐵路路基工程及碼頭等的建設(shè)，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1.沖擊壓實(shí)的原理

    沖擊壓路機(jī)最顯著的特點(diǎn)是將壓實(shí)輪形狀從傳統(tǒng)圓形改為非圓形(三邊形、四邊形或五邊形)，這種輪子有一系列交替排列的凸點(diǎn)和沖壓面。在行進(jìn)過(guò)程卓，由配套的大功率牽引車帶動(dòng)“凸輪”前進(jìn)。沖擊壓實(shí)輪的凸點(diǎn)交替抬升與下落，從而在行駛滾動(dòng)中產(chǎn)生集中沖擊能量，同時(shí)輔以滾壓、揉壓的綜合作用，連續(xù)對(duì)土體產(chǎn)生碾壓作用而使土體達(dá)到密實(shí)的效果，其工作原理如圖1所示。沖擊壓實(shí)機(jī)的沖擊能較傳統(tǒng)的振動(dòng)壓路機(jī)大6～10倍，影響深度大3～4倍。

 

    影響沖擊壓實(shí)效果的因素主要是路基土的含水量。根據(jù)土質(zhì)土力學(xué)原理：(1)當(dāng)路基土含水量達(dá)到或接近最佳含水量時(shí)，路基壓實(shí)才能有理想的效果；(2)沖擊碾壓壓路機(jī)的能量越大，沖擊碾壓的效果就相對(duì)越好；(3)沖擊碾壓遍數(shù)少，路基壓實(shí)度達(dá)不到要求。但壓實(shí)度也并不隨著沖壓遍數(shù)  的增加而遞增，當(dāng)達(dá)到一定沖壓遍數(shù)后，路基的壓實(shí)度趨于穩(wěn)定不再提高。所以按最佳遍數(shù)沖壓即可保證效果也不至于浪費(fèi)；(4)沖擊碾壓速度太快，不能保證路基壓實(shí)度，速度太慢又影響工作效率，不能充分利用其優(yōu)勢(shì)。所以，沖擊碾壓速度應(yīng)保持在一定合理范圍內(nèi)；(5)由于土的觸變性，沖壓后的路基需要一段時(shí)間來(lái)恢復(fù)其強(qiáng)度，所以要注意時(shí)間效應(yīng)，沖壓施工后最好間隔兩周再檢測(cè)，這時(shí)土的強(qiáng)度已回復(fù)。

2.沖壓技術(shù)的應(yīng)用

    沖擊碾壓技術(shù)由于其碾壓效果及工作效率的優(yōu)勢(shì)，已廣泛運(yùn)用于各種工程建設(shè)中。主要運(yùn)用于公路水泥混凝土路面舊路改造壓實(shí)，高填方路基壓實(shí)，路基及橋梁連接段填方壓實(shí)等工程。

    我國(guó)新建鐵路武廣客運(yùn)專線設(shè)計(jì)時(shí)速高，對(duì)路基壓實(shí)要求高，工后沉降控制嚴(yán)。因此，在武廣客運(yùn)專線大量黏性土地基路塹在換填AB組填料后，需要對(duì)不能滿足承載力要求的原地基進(jìn)行加固處理，以提高地基承載力，消除地基的工后沉降。考慮到?jīng)_擊碾壓技術(shù)良好的壓實(shí)效果及壓實(shí)效率，設(shè)計(jì)采用沖擊壓路機(jī)對(duì)挖方路基地段及路基填料進(jìn)行碾壓。為了在全線工程施工中推廣沖擊壓實(shí)技術(shù)，在武廣客運(yùn)專線武漢試驗(yàn)段某工點(diǎn)進(jìn)行沖擊壓實(shí)的工藝試驗(yàn)，以獲取施工工藝參數(shù)及經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)后續(xù)施工。工藝試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)行了大量的室內(nèi)土工試驗(yàn)，并測(cè)試了原地面和沖擊碾壓3、6、9遍后，地基壓實(shí)系數(shù)K、K30、Evd、Ev2，通過(guò)對(duì)比分析各碾壓前后各壓實(shí)指標(biāo)，探討適合武廣客運(yùn)專線武漢試驗(yàn)段的地質(zhì)條件下的沖擊碾壓工藝控制參數(shù)及施工經(jīng)驗(yàn)。

3.結(jié)論與建議

    (1)沖擊壓實(shí)能夠提高硬塑或可塑黏土的黏性土的 K30、Ev2和Evd指標(biāo)。碾壓7遍后，Ev2、Evd和K30是原地面的兩倍以上。

    (2)沖擊壓實(shí)加固處理飽和或接近飽和的黏性土的效果十分有限。沖擊壓實(shí)3遍后，K30、Ev2和Evd指標(biāo)相比原地面略有增加，而后隨碾壓遍數(shù)增加而降低。

    (3)沖擊壓實(shí)需要的合理碾壓方式。沖擊碾壓時(shí)，由于沖擊碾壓的動(dòng)力作用，黏性土結(jié)構(gòu)被破壞，并可能出現(xiàn)局部液化現(xiàn)象。因此，對(duì)于接近飽和的黏土地基，需要一個(gè)合理沖擊壓實(shí)方式。

    原地基表面沖擊壓實(shí)前的檢測(cè)指標(biāo)已基本滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的，沖擊壓實(shí)3遍后的檢測(cè)效果較好，而隨著沖擊碾壓遍數(shù)增加，檢測(cè)指標(biāo)除壓實(shí)度外全部出現(xiàn)下降。因此，對(duì)于此種工況合理沖擊壓實(shí)為3—5遍。

    而對(duì)于沖壓前路基指標(biāo)較差的路段，碾壓7遍后各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)隨著碾壓遍數(shù)的增加仍有增大趨勢(shì)，因此，7遍尚不是其最佳沖擊壓實(shí)遍數(shù)。

    對(duì)于飽和或接近飽和的黏性土，應(yīng)采用少遍多次的壓實(shí)方式，即每次碾壓2～4遍，間隔6～7天，待被壓實(shí)土的孔隙水壓力充分消散后，進(jìn)行再次碾壓2～4遍。這相對(duì)一次性連續(xù)碾壓8～10遍效果要好許多。

    (4)沖擊壓實(shí)的適用范圍。沖擊碾壓前應(yīng)對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)條件進(jìn)行復(fù)核，以確定是否適宜進(jìn)行沖擊碾壓施工。

    沖擊壓實(shí)對(duì)于硬或稍濕的黏性土效果較好。對(duì)于飽和或接近飽和的黏性土，由于缺乏排水通道，沖擊壓實(shí)時(shí)孔隙水壓力較高需要較長(zhǎng)時(shí)間消散，沖擊壓實(shí)效果十分有限。因此，此類土在沖擊壓實(shí)時(shí)最好能夠鋪設(shè)一層粗顆粒料墊層，既可以起置換的作用，又起加速排水固結(jié)作用。地面以下2～3 m范圍內(nèi)存在軟土夾層時(shí)采用沖擊壓實(shí)容易造成軟土層的觸變，嚴(yán)重時(shí)可能引起土體液化，故不得采用沖擊壓實(shí)。

    (5)不同功率的沖擊壓路機(jī)的有效壓實(shí)深度不同，施工時(shí)先進(jìn)行試驗(yàn)段的施工，以確定沖壓遍數(shù)及沖壓碾壓施工工藝參數(shù)。沖擊壓路機(jī)要起到好的作用，必須達(dá)到一定的工作速度。例如YCT25型沖擊壓路機(jī)速度不宜低于8 km／h。

    (6)在構(gòu)造物附近進(jìn)行作業(yè)時(shí)，要有足夠的安全距離。

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(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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