軟土路基處理的沖擊式碾壓

一、軟土地基的特征
      軟土系指淤泥、淤泥質土和部分沖填上、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、淤泥質土在工程上統稱為軟土，其工程特性如下：
       (1)含水量較高，孔隙比較大。根據統計，軟土的含水量一般為35％～80％，孔隙比為1～2。
       (2)壓縮性較高，軟土的壓縮系數在0.5—1.5MPa-1之間，有些高達4.5MPa-1，且其壓縮性往往隨著液限的增大而增加。
       (3)抗剪強度很低。軟土的天然不排水抗剪強度一般小于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到完全固結所需的時間很長。
       (5)具有顯著的結構性。特別是濱海相的軟土，一旦受到擾動(振動、攪拌或搓揉等)，其絮狀結構受到破壞，土的強度顯著降低，甚至呈流動狀態。軟土受到擾動后強度降低的特性可用靈敏度表示。我國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。軟土在不變的剪應力的作用下，將連續產生緩慢的剪切變形，并可能導致抗剪強度的衰減。在固結沉降完成之后，軟土還可能繼續產生可觀的次固結沉降。

二、沖擊壓路機的實用
      從1995年開始，沖擊式壓實技術廣泛用于我國的建筑，交通，水利，機場等各類工程中，該技術不同于傳統的靜碾壓實，振動壓實和打夯壓實，它是集這3種壓實功能一聲的壓實技術，沖擊壓實采用的沖擊壓路機與傳統壓路機相比，最大特點是其非圓形的沖擊輪外形，為了行駛的平穩和最低的能量消耗，其外形主要為三邊形，五邊形，一般采用牽引機型近年來，沖擊壓實技術在路基方面的應用主要是；
      1、高路堤，路基，填挖交界路記的沖擊增強補壓；
      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補壓。
      5、沖擊壓實的基本原理和其在市政工程中深厚軟土路基的應用情況。
    （1）沖擊壓實的基本原理和技術特點
        沖擊壓實通過三，五邊形沖擊輪，在行進時由于輪面于地面阻力的作用，輪軸反復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，沖壓施工相當于一種連續夯拍過程，具有波浪起伏及周期間歇等特點。可使得動力固結過程持續高效，并可大大縮短固結周期，沖壓的沖擊能量較低，在其作用下沒土體的側向變形相對較小，在一定程度上仍可保持原有的結構強度，并此基礎上進一步密實提高。
    （2）在軟土路基中的應用
        沖擊壓實在浙江地區應用十分廣泛，為探尋其在該地區軟土路基的應用，以降低路基處理費用，縮短處理時間，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力固結+堆載預壓處理實驗。

三、工程概況
      1、輕工特色園區縱七路工程位于溫州市中心區西北約15km處的浦江南岸，用地基為農田，縱七路已經填筑礦渣1.2m堆載預壓時間超6個月，據設計目標高100cm，總實驗面積約為2000m場地高程為4.20m，場地平坦，處理區域兩側挖設排水明溝。
      2、工程地質情況
      輕工特色園區屬濱海淤積平原，地形平坦，地形標高一般均在4.0m，根據工程地質考察報告，擬建場地地基上可劃分6個工程地質層，自上而下為，素填土，黏土，含砂淤泥。
      3、利用現有120cm左右礦渣填墊層，采用中航SD三邊形沖擊壓路機將進行沖壓，根據行駛的速度是否正常來確定沖壓遍數，一旦出現彈簧現象，或行駛速度達不到規定的12km/h時，應立即停止沖壓，放置一周或更長一段時間，消散超靜水壓力后，再次沖壓，直到每遍沖壓沉降量穩定收斂為止，根據設計標高，再鋪設70~120cm礦渣墊層，再進行沖壓。沖擊壓路機采用軌跡交錯法進行，即行走中輪隙交錯推進，直至完整覆蓋處理區域為1遍，依次完成設計遍數，在沖擊試驗中找到合適的遍數。一般第一次沖壓遍數一般不超過12遍。
      4、沉降分析
      經沖壓處理后，一定深度土層固結程度增加，可壓縮性降低，局部土層處于超固結狀態，其歸結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，可在較短時間內完成。而工后沉降則主要發生在固結程度較低的土層，或在工后仍在進行固結過程中，通過對沖壓實驗的表面沉降觀測，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，則下伏土體經沖擊壓實的淺層動力固結作用發生沉降20cm說明淺層動力歸結起到一定作用，場地原土基在經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計要求進行下步施工，以確保工程的質量。

四、沖擊壓實原理
      壓路機在工作中，當牽引車拖動三邊弧形輪子向前滾動時，壓實輪重心離地面的高度上下交替變化，產生的勢能和動能集中向前、向下碾壓，形成巨大的沖擊波，通過三邊弧形輪連續均勻的沖擊地面，使土體均勻致密。在此過程中，三邊壓實輪每旋轉一周，其重心抬高和降低三次，對地面產生夯實沖擊和振動作用三次具體沖擊作用過程可分為兩個階段：
第一階段
      在牽引的作用下，壓實輪依靠與地面的摩擦力沿外廓曲線向前滾動，重心處于曲線最低點時，再向前滾動，重心開始上移，牽引力帶來的動能轉化成壓實輪的勢能和動能，并且緩沖機構開始作用，使蓄能器的緩沖液壓缸收縮，蓄能器蓄能，具體表現為壓實輪的運動滯于機身運動。
第二階段
      當壓實輪重心處于曲線最高點向前滾動時，壓實輪的勢能開始轉化為動能，蓄能器緩沖液壓缸伸張，蓄能器中的壓力能釋放，轉化為壓實輪的動能。具體表現為壓實輪的運動快于機身運動，補償前一階段滯后的位移，而且由于壓實輪的特殊結構，其重心除了具有向前的線速度外，還有一個向下的線速度，直至壓實輪另一條曲線的最低點接觸地面，向下的線速度達到最大，動能達到最大。當壓實輪的另一條曲線與地面接觸時，開始對地面產生沖擊夯實作用。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化為壓實輪的動能越大，對地面產生沖擊夯實的動能也越多，激振的效果也越好。根據經驗和沖擊式壓路機設計行車速度要求，碾壓速度以10～12km/h為宜。
      對于一般路基的非飽和土，沖壓輪著地時由于動能釋放，在沖壓輪下的局部面積（約0.60m×0.80m）產生瞬時的沖擊動荷載，向下傳遞快速擠密深層土顆粒；同時沖擊能量以震動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。
      由此可見，沖擊壓路機的壓實原理可歸類為輕型強夯，這種夯法結合了壓路機連續工作的特點，即把強夯用夯錘一點一點上下夯擊方式變連續滾動式的夯擊，故有方便簡單的特點及較高的工作效率。

結語
根據實驗可以發現，沖擊壓實機完全能滿足路基淺層處理的要求，在合理的施工參數指導下，可以達到加厚場土，硬殼層，增加路基均勻性，改良各項物力學指標，提高土層回彈模量，在一定范圍內提高土層的摩擦和端阻的目的，沖擊壓實機在深厚軟土路基沉降處理方面，效果明顯，大大節約成本，時間，而沖擊壓路機只需往裝載機一掛就可正常運行。

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