1、3 冲击碾压地基处理3.1 冲击碾压地基处理机理及技术要求3.1.1 冲击碾压地基处理机理1 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圆形轮滚动，多变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，其高振幅、低频率的冲击碾压使工作面下深层土石的密实度不断增加。与一般压路机相比，其压实土石的效率提高了 34 倍（考虑上料、摊铺、平整的工序） 。2 冲碾压适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、深陷性黄土、素填土和杂填土等地基的填前碾压，填方达到标高后的追密压实，土石混填、填石路堤分层夯实等。3 冲击压实也称非圆碾
2、压是将传统振动压实的高频率小振幅改为低频率大振幅，是一种冲击和揉搓作用相结合的全新压实方法，能在压实作业中较大地增加对土石的压实能量。冲击压实机适合深层岩土及含水量较高的黏性土体压实。它将能量以冲击波方式传递于路基土体，改善土体的原状结构，使土体孔隙率减小，土的黏聚力 c 和内摩擦角值增大，抗剪能力提高，将土体未来的沉降量在冲击、振动、压实过程中提前实现，达到土体加固的效果。3.1.2 冲击碾压地基处理技术要求1 冲击碾压的设备为冲击压路机，是由 35 瓣的凸轮构成的轮式压路机，由配套的重型工业拖车牵引。2 冲击碾压之前，应进行碾压工艺性试验，取得碾压的深度、遍数、速度等施工参数，同时应考虑冲
3、击可能对相邻建筑物带来的影响，并采取相应的隔振预防措施。3.2.冲击碾压地基处理施工3.2.1 冲击压路机以非圆形轮进行原为静压、搓揉、冲击的周期性连续作业，产生强烈的冲击波，对地基进行冲击碾压。冲击压实工艺参数一般为冲击压路机工作质量 15600kg、冲击轮质量 25680kg;冲击轮形式为三边形凸轮、最大瞬间冲击力大于 250t、最佳工作速度为 1015km/h、冲击能量 25Kj、压实宽度 2900mm、牵引车功率不小于 225kW、冲击频率 60110 次/min、填土层厚 4060cm、最大爬坡坡度 25。一次往返碾压后完成一遍压实，压实宽度为 4m。3.2.2 冲击碾压地基施工工艺
4、1 采用冲击碾压工艺对地基进行原位压实处理，施工工艺流程见图 3.2.22 工艺要点1）人工配合机械清除地基范围内的植被、种植土等。2）检测地基土各项指标是否满足设计要求，不满足必须进行换填或改良，满足要求则按试验确定的施工工艺和方法施工。3）按工艺试验确定的碾压遍数碾压结束后，测量地基冲击碾压前后沉降量及表层压实度，其指标应满足设计要求，否则需重新碾压。4）地基土压实质量各项指标检测满足要求后，清除地基表层浮土，将地基整理成形。5）对地基处理范围、高程进行测量，不能满足设计要求则需要进行修整，满足要求则采用光轮压路机，对表层进行碾压。6）对地基按照相应的验收标准检测后，报监理单位验收、确认。
5、清除植被整平地基改 良原位土检测测冲 击 碾 压沉降量及表层压实度检测 补充冲击碾压清除表土、地基整形合格不合格合格合格地基测量合格不合格光轮压路机碾压 13 遍合格地基验收3.2.3 冲击碾压地基施工的劳动力、设备1 劳动力安排：一个作业班组一般由 1015 人组成，可根据现场实际情况灵活调节，主要工种包括施工负责人（负责施工现场指挥、资源组织与协调） 、测量人员（负责施工测量、放线） 、试验人员（负责试验检测和控制） 、机械维修人员（机械的维修保养） 、工程机械操作人员（整平、洒水、碾平等工序使用的机械操作） 。具体人员配置见表 3.2.3表 3.2.3 人员配置表序 号 人员 数量 职责
6、1 工点负责人 1 负责施工现场指挥、资源组织与协调2 现场技术人员 1 掌握施工技术及质量，填写工程日志3 领工员 1 安排各个作业班组按照施工组织设计、操作 规程、技术措施等进行施工4 安全员 1 负责检查施工此案场安全控制措施落实的情 况，及时反映安全的动态情况5 机械作业人员 8 机械操作洒水车司机 1 填料需要洒水时洒水试验员 2 室内外试验测工 2 测量辅助杂工 3 画线、做标识物、规化冲压行驶车道机械修理工 2 设备的维修保养2 冲击碾压施工的主要机械为冲击压路机，应根据设计对地基冲击压实指标要求进行选型。相应的配套设备包括牵引拖车、平地机、洒水车、试验检测设备、测量仪器，这些设
7、备和检测仪器均为常规设备仪器。3.2.4 冲击碾压的地基施工 1 施工准备包括现场地基表层处理、施工技术准备、工艺性试验三方面的工作。地基表层处理主要是清理地表植被和非适用性填料。技术准备包括现场测量，技术、安全交底，岗前培训。工艺试验内容主要包括：1）在路基填筑试验的同时进行冲击碾压工艺试验；2）试验段选定路基长度不宜短于 200m,以便于冲击碾压作业；3) 试验段施工时，记录原地面压实至合格的遍数、填筑层的松铺厚度、压实遍数、压实厚度、压缩比、平整度、横坡度；4）原地面压实度合格后，用冲碾进行碾压，具体的冲碾遍数根据 5 遍的下沉量确定；5）在冲碾 5、10、15、20、25 遍时测量标高
8、，计算每冲碾 5 遍的地表下沉量；6）对试验段记录的各项数据进行总结，用于知道全段路基填方施工。2 冲击碾压施工注意事项1）冲击碾压的压实深度和压实影响深度应根据现场冲击碾压试验或当地经验确定。2）冲击碾压宽度不宜小于 6m,自行式冲击压实机单块最小冲压施工面积不宜小于1000，牵引式冲击压路机单块施工面积不宜小于 1500，工作面较窄时需设置转弯车道，冲击碾压最短直线距离不宜小于 150m。3）冲击碾压行驶速度以 1012km/h。4) 冲击碾压工作面长度以 200500 为宜；冲击压实时应均匀碾压，相邻两段冲击碾压搭接长度不小于 15m。5）冲击式压路机工作时，压实轮外缘应与填层边缘保持不
9、小于 1m 的安全间距，以为冲击能量大，易损坏填层边部；行驶速度以 1020km/h.6)冲击式压路机工作前方如有结构物应及时调头,安全距离不小于 5m。7）管涵、拱涵顶上的填土高度大于 2.5m 和板涵顶上的填土高度大于 3m 时，方可对填方进行冲击压实作业，否则应将填方视为结构物。8）靠近结构物台背处 2.0m 及结构物顶部的填土高度不大于 2.0m 范围内，禁止冲击碾压。9）高程监控测点平面位置应保持不变，在施工过程中，应保持测点位置的固定（拟采用级钢筋制作） 。10）路床的补强压实与高填方，每 2m 的补强压实宜先松铺一层 30cm 以上的填料再进行冲击压实。11）填层表面干燥时要适量
10、洒水，防止表面粉尘化，影响能量向深层传递。12）驾驶员在拖车每次转弯时，应调整转弯路线，使冲击凸轮落点不与前次落点重复，以减少波浪现象。13）若工作面起伏过大，应停止冲击，用平地机平整后在继续施工。14）冲击碾压边角及转弯区域应采取其他措施压实，以达到设计标准。15）施工中出现“橡皮土”现象是应暂停施工，这时应将“橡皮土”挖出，填筑含水率在设计控制范围内的黏土后，重新碾压。16）冲碾完成后必须恢复路面的横坡和平整度，以利路基排水。3.2.5 冲击碾压地基施工安全保证措施1 各种设备必须按性能说明书使用，按操作过程进行操作，不得违章指挥、操作、不得超负荷工作，加强设备和保养工作。2 经常检查牵引
11、车与冲击式压路机的联结销是否插好，液压油路的油管联结无异常，蓄能器压力是否正常，轮胎气压是否正常，缓冲系统压力是否正常，作业前还必须检查并确保举升油缸杆能缩到最短位置；确认一切正常后才能开始进行作业。3 压实作业按施工工艺进行，但车辆的转弯半径不应过小，并使顺时针、逆时针转弯的次数相等。4 作业间隙应检查冲击压实轮与轮 的联结螺母、摆架长、短轴两端的紧固螺栓等紧固件的紧锁情况，使其始终处于锁紧状态。5 施工现场必须统一指挥。3.2.6 冲击碾压地基施工质量控制措施冲击压实必须严格按质量控制指标进行工艺控制，做好试验段施工，认真分析试验检测数据，选择最佳冲击压实参数，用以指导施工生产。按照有关规
12、范和设计文件的要求，严格管理，科学施工，不断提高施工技术水平。具体规程和工艺流程如下：1） 明确质量标准、操作规程和工艺流程。2） 严格按照试验选定的冲击压实遍数进行压实作业。3） 填筑面冲碾结束经监理验收后，检测表面以下 20cm、50cm、80cm 处压实度，核定冲碾对压实度的提高指数。4） 冲碾作业时的行驶速度太快时会将填筑面表层击松，所以应根据填料类别和现场实际情况控制行驶速度。3.2.7 冲击碾压地基施工的环境保护1 冲击碾压宽度不宜小于 6m，自行式冲击压路机单块最小冲压施工面积不宜小于1000，牵引式冲击压路机单块施工路面不宜小于 1500.工作面较窄时需设置转弯车道，冲击最短直
13、线距离不宜小于 150m。2 构造物的保护1）使用前查明冲击碾压范围内的地下管线及附近各种构造 物 ， 并 应 根 据 构 造 物 的类 型 采 取 相 应 的 保 护 措 施 。 一 般 情 况 参 照 表 3.2.7 确 定 水 平 安 全 距 离 ， 对 于 河 沟 等有 明 显 减 震 效 果 的 情 况 ， 经 确 认 不 会 造 成 影 响 时 可 适 当 减 少 安 全 距 离 。 施 工 前 对 于拟 保 护 的 构 造 物 ， 在 保 护 范 围 的 外 围 应 设 置 明 显 标 记 物 。 正 常 使 用 的 构 造 物 在 顶 部以 上 填 土 高 度 大 于 2.5m
14、 或 填 石 高 度 大 于 3.0m， 土 工 格 棚 合 成 材 料 竖 向 填 土 厚 度 大于 1.5m 时 ， 方 能 直 接 进 行 冲 击 碾 压 。表 3.2.7 冲 击 碾 压 水 平 安 全 距 离构 造 物 类 型 冲 压 水 平 安 全 距 离 构 造 物 类 型 冲 压 水 平 安 全 距 离U 形 桥 台 和 涵 洞 通 道距 桥 台 翼 墙 端 或 涵 洞 通道 5m导 线 点 、 水 准 点 、 电 线杆10m其 他 类 型 桥 台 10m 地 下 管 线 5m重 力 式 挡 土 墙 距 墙 背 内 侧 2m 互 通 式 立 交 桥 梁 10m2) 对 于 不
15、符 合 表 3.2.7 安 全 距 离 但 又 需 要 施 工 的 ， 个 开 挖 宽 0.5m、 深 1.5m 左 右的 隔 振 沟 进 行 防 护 ， 或 降 低 冲 击 压 路 机 的 速 度 ， 增 加 冲 压 遍 数 。3 配 备 足 够 数 量 的 洒 水 车 ， 扬 尘 情 况 严 重 时 应 洒 水 ， 减 少 施 工 沿 线 的 尘 土 污 染 。 当土 的 含 水 量 较 低 时 ， 宜 于 一 日 洒 水 湿 润 。4 冲 压 施 工 现 场 地 的 附 近 有 构 造 物 时 ， 应 注 意 观 察 ， 发 现 异 常 情 况 时 ， 立 即 停 止 施工 ， 以 避
16、免 构 造 物 损 伤 。5 施 工 过 程 中 应 合 理 安 排 施 工 时 间 ， 减 少 噪 声 和 振 动 对 环 境 的 影 响 。 机 械 作 业 产 生的 噪 声 应 控 制 在 国 家 规 定 的 允 许 范 围 内 。6 冲 击 碾 压 范 围 内 的 出 入 口 应 有 醒 目 的 安 全 标 识 ， 禁 止 无 关 车 辆 与 人 员 出 入 。 在 不断 绝 交 通 的 情 况 下 应 采 取 交 通 安 全 措 施 ， 设 置 交 通 标 识 。7 夜 间 施 工 时 ， 场 地 必 须 设 置 符 合 操 作 要 求 的 照 明 设 备 与 夜 间 警 示 标 识
17、 。3.3 冲 击 碾 压 地 基 处 理 检 测3.3.1 冲 击 碾 压 地 基 检 测 主 要 项 目 有 填 料 （ 土 ） 性 质 分 析 、 土 工 击 实 试 验 、 空 隙 比（ 密 实 度 ） 、 强 度 及 变 形 、 地 基 承 载 力 等 。3.3.2 冲 击 碾 压 地 基 检 测 设 备 及 方 法1 填 料 （ 土 ） 性 质 分 析 、 土 工 击 实 试 验 、 孔 隙 比 （ 密 实 度 ） 试 验 系 原 位 土 或填 料 的 一 般 性 测 试 项 目 ， 常 规 检 测 设 备 见 表 3.3.2表 3.3.2 常 规 检 测 设 备序 号 设 备 名
18、 称 型 号 单 位 数 量1 光 电 式 液 塑 限 联 合 测 定 仪 100g 圆 锥 台 12 电 动 重 型 击 实 仪 北 京 DKJ- 齿 条 式 台 13 手 动 重 型 击 实 仪 台 14 EVD动 态 变 形 模 量 测 试 仪 台 15 K30测 试 仪 套 16 灌 砂 筒 等 土 工 测 试 设 备 套 12 检 测 方 法1） 对 地 基 土 或 填 料 的 性 质 采 用 常 规 检 测 方 法 ， 按 铁 路 工 程 土 工 试 验 规 程 （ TB 10102-2004） 及 土 的 工 程 分 类 标 准 （ GB/T 50145-2007） 进 行 土的
19、 性 质 判 定 ， 确 定 其 是 否 适 宜 进 行 冲 碾 处 理 ， 或 可 作 为 路 基 碾 压 填 料 。 随后 进 行 击 实 试 验 ， 确 定 该 填 料 的 最 大 干 密 度 和 最 佳 含 水 率 。2） 现 场 采 用 灌 砂 法 测 定 土 层 的 密 实 度 ， 以 确 定 合 理 的 碾 压 遍 数 。 碾 压 后 土 层的 密 实 度 应 满 足 设 计 要 求 。3） 在 冲 击 碾 压 按 试 验 制 定 的 施 工 工 艺 完 成 后 ， 需 要 对 完 成 冲 碾 处 理 的 地 基 进行 承 载 能 力 、 变 形 测 试 。 如 果 设 计 没
20、有 特 殊 要 求 ， 对 地 基 或 填 筑 的 路 基 可采 用 Evd 动 态 变 形 模 量 测 定 仪 检 测 其 Evd 值 ， 采 用 K30 承 载 板 检 测 其 K30值 ， 地 基 承 载 力 及 变 形 均 应 满 足 设 计 要 求 。3.4 冲击碾压地基处理施工实例3.4.1 工程概况某铁路连接线 NLA2 标 K9+400K9+990 段共计填方 13 余万 m3,其中三段填方路基填高超过 15m(属高填方路段)，分别为 K9+450 右侧段、K9+800 右侧段、K9+950 右侧段，从地基处理到路基填筑，均采用冲击碾压工艺。3.42 施工组织根据施工工期要求，
21、劳动力、工程机械按 2 个作业班组织。1、 人员配置工点的施工由项目经理部统筹管理，工程部、试验室、安质部、物资设备部等统一协调，管理人员不在专门设置，葛店的现场管理和作业人员配置见表 3.4.2-1表 3.4.2-1 人员配置表序 号 人 员 数 量 备 注1 管理、技术人员 3 2 领工员、安全员 4 3 挖掘机司机 5 双班配置4 挖土机司机 2 双班配置5 冲击式压路机司机 2 双班配置6 平地机司机 2 双班配置7 振动压路机司机 6 双班配置8 装载机司机 4 双班配置9 测量、检测人员 4 10 辅助工 3 11 机械修理工 2 合计 37 2、 设备配置根据工作量及总工期要求，
22、主要设备配置情况见表 3.4.2-2表 3.4.2-2 设备配置表序 号 设 备 名 称 单 位 数 量 型 号1 挖掘机 台 4 PC3002 推土机 台 2 TY2303 平地机 台 2 PY1854 振动压路机 台 3 YZ25、YZ20、YZ185 冲击式压路机 台 1 3Y216 装载机 台 2 ZL507 小型冲击夯 台 3 BT608 洒水车 台 2 9 测量仪器 套 1 10 土工试验仪器 套 1 11 K30检测设备 套 1 3.4.3 施工方法2 原地面和填筑层面压实度检验合格后进行冲击碾压。3 路基填筑作业但愿的划分考虑冲碾压路机的作业（不能太短） 。冲碾时压路机先从路基
23、一侧边缘行驶，行至起点再转向路基边缘行驶，行至终点时转弯反向沿线路中心向起点行驶，行至起点再转向路基边侧行驶，牵引车行驶应使压实轮迹应重叠三分之一以上，以保证弧形轮中间的部分能被冲碾到位。当压路机轮迹到达另一侧边缘时完成冲碾一遍。由于压实轮弧形的构造特点，冲碾一遍结束时仍有部分路基未被冲碾到位，此时停止冲碾，进行高程检测。4 冲碾压路机作业时按环形路线行走，为了保证冲击力，行驶速度宜控制在 15km/h左右。5 冲碾作业完成后用平地机平整，并采用振动压路机进行收光压实，恢复填筑面的横坡和平整度。6 路堤填土每层的压实厚度按 27cm 控制，用振动压路机压实到设计要求的密实度。每填筑四层（约 1
24、m）用冲击式压路机碾压，具体的冲碾遍数根据工艺性试验和遍冲碾后的下沉量综合确定。3.4.4 工程效果某高填方路基，由于填土量过大，路基容易产生较大的沉降，造成路基断裂。通过冲击碾压，大幅度提高了路基地基的承载力，提高了路基的稳定性，减少了路基的沉陷变形，路基工后 1 年沉降仅 8cm，远小于规范容许值，并且没有出现路基开裂。地基冲击碾压前后物理力学指标的特征值见表 3.4.4。表 3.4.4 地基冲击碾压前后物理力学制表比较表序号 指 标 单 位 冲击前 冲击后1 干容量 d kN/m3 13 16.92 孔隙比 e 1.085 0.5983 K30 kPa/m 125 3024 压缩模量 Es MPa 5.44 12.195 压缩系数 a 0.58 0.068
