1、河南高速安新改建工程項目部科技項目項目合同編號：安新高速公路拓寬工程降低差異沉降技術(shù)研究階段報告路基沖擊增強補壓技術(shù)應(yīng)用承擔單位： 河南高速安新改建工程項目部長安大學(xué)2006年 10 月1 目 錄1 概述 . 11.1 問題的提出和意義 . 11.2 沖擊壓路機工作原理 . 21.3 沖擊壓實對壓實效果的關(guān)鍵影響因素 . 41.3.1 壓實材料表面上的最大應(yīng)力. 41.3.2 沖擊持續(xù)時間 . 61.3.3 沖擊效率 . 81.4 沖擊壓路機沖擊力及沖擊能量計算 . 91.5 沖擊壓實技術(shù)的優(yōu)越性 . 11 2 安新高速改建工程沖擊壓實試驗段概況. 122.1 概述 . 12 2.2 試驗段概

2、況 . 13 3 試驗段沖擊壓實試驗方案. 143.1 試驗段和觀測斷面的選取 . 14 3.2 試驗內(nèi)容 . 14 3.2.1 沉降量 . 143.2.2 貫入值（ dn ） . 143.3.3 壓實度 . 153.3 試驗方案 . 15 4 安新高速公路沖擊壓實試驗段實驗結(jié)果與分析. 164.1 沖擊碾壓遍數(shù)與沉降關(guān)系分析. 16 4.2 沖擊壓實遍數(shù)與壓實度關(guān)系分析 . 18 4.3 沖擊壓實遍數(shù)和 dn值關(guān)系分析 . 19 5 結(jié)論和建議 . 20路基沖擊增強補壓技術(shù)研究1 路基沖擊增強補壓技術(shù)應(yīng)用研究1 概述1.1 問題的提出和意義近年來，我國一些新建和改建的公路， 從投資每公里數(shù)十

3、萬元的路面補強和鋪筑薄瀝青面層， 到每公里數(shù)百萬甚至數(shù)千萬元以上的新建和改建一、二級公路及高速公路， 都有路面過早破壞的現(xiàn)象。 有的公路使用不到一年， 路面就損壞近20。公路路面的建筑費用往往占總投資的2050，甚至更高些。特別在一、二級公路的改 (新)建費用中， 路面投資所占的比重較大。 我國新建高速公路路面的投資一般都要占總投資的2025。因此，路面過早破壞在經(jīng)濟上造成的損失是相當大的；同時，也給正常的公路交通帶來了很大的障礙。在我國，鋪有瀝青面層和水泥混凝土路面的公路里程越來越多，但有些地區(qū)由于路面過早破壞，每年都需要花費相當一部分人力、物力、財力用于養(yǎng)護和修補過早破壞的瀝青路面和水泥混

4、凝土路面。 十多年來， 我國各級公路的建設(shè)實踐表明，凡按照設(shè)計和施工規(guī)范要求， 對路基和路面進行認真壓實的公路，路基、路面的強度高，整體承載能力強且穩(wěn)定性好， 在使用過程中路面不發(fā)生局部沉陷等早期損壞；反之，路面承載能力達不到要求和穩(wěn)定性不好，開放交通后， 在較短時間內(nèi)路面都會不同程度地產(chǎn)生局部沉陷、 縱向裂縫， 甚至產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞。 在近十年來新建的高等級公路上，這種現(xiàn)象時有發(fā)生。因此， 對路基充分壓實是保證路面使用壽命和性能的一項最經(jīng)濟有效的技術(shù)措施，是整個工程建設(shè)項目的關(guān)鍵。 而路基要想達到較大的密實度則需通過一定的壓實機械來實現(xiàn)。壓實機械沿著靜碾壓路機輪胎壓路機振動壓路機振蕩壓路機的方

5、向發(fā)展，至今已有 100多年的歷史。 為了增加壓實效果， 在相當長的時間內(nèi)主要依靠增加壓路機的重量來實現(xiàn)。 最大的輪胎壓路機曾經(jīng)質(zhì)量達200t 。在 20 世紀 60年代，振動壓實技術(shù)和振動壓實機械的出現(xiàn)是壓實機械發(fā)展過程中的一個劃時代的革命，從此壓實效果的增長不再簡單地依靠重量或線壓力的增大。由于振動壓路基沖擊增強補壓技術(shù)研究2 路機所產(chǎn)生的壓力與運輸車輛對道路所產(chǎn)生的壓力大體一致，所以振動壓路機已被廣泛用于瀝青混合料路面的壓實作業(yè)，使得振動壓路機的銷售市場日漸擴展。在歐洲，基礎(chǔ)壓實工作主要靠振動壓路機完成，振動壓實機械的生產(chǎn)量約占總生產(chǎn)量的 75以上。當前，振動壓路機已成為現(xiàn)代壓路機的主要

6、機型，也是世界各國壓實機械制造廠家生產(chǎn)和銷售的主要機種。 80年代初瑞典喬戴納米克 (geodynamikab)研究所提出新的“振蕩”壓實理論。根據(jù)該理論，德國哈姆 (hamm) 公司開發(fā)出新型振動壓路機， 即振蕩壓路機。而沖擊壓實技術(shù)起源于中國古代的人工打夯法，后來由于其效率低， 勞動強度大，逐步被基于靜壓實原理的光輪壓路機和基于振動壓實原理的振動壓路機所取代；然而沖擊壓實原理卻由于它所具有的巨大沖擊功能和獲得的深層壓實效果促使人們?nèi)ゲ恍概μ角竽軌蜻B續(xù)地進行沖擊壓實的先進設(shè)備。五十年代初，南非 aubrey barrage先生首創(chuàng)了連續(xù)性沖擊壓實設(shè)備，南非藍派公司在董事長eric 先生的帶

7、領(lǐng)下，又對該設(shè)備經(jīng)過了四十多年潛心研究、改進和完善，從而使該公司拓展成為既是世界唯一的一家專門從事連續(xù)性沖擊壓實研究和應(yīng)用的技術(shù)開發(fā)公司， 也是生產(chǎn)并擁有一系列連續(xù)、 間斷性沖擊壓實設(shè)備的生產(chǎn)型企業(yè)集團。該公司在世界上主要國家擁有一系列沖擊壓實專利。1.2 沖擊壓路機工作原理沖擊壓實是工作機構(gòu)從一定的高度落在被壓實材料的表面上，使其受沖擊后產(chǎn)生很大的應(yīng)力， 達到壓實的目的。 由于沖擊時應(yīng)力作用時間很短，工作裝置會被壓實材料產(chǎn)生比振動壓實大得多的沖擊壓實力和沖擊能量。土體在壓實過程中， 壓實機械所產(chǎn)生的應(yīng)力使一定深度范圍內(nèi)的土體顆粒重新排列并擠密，土的密度和強度隨之提高， 土體漸漸由塑性狀態(tài)變?yōu)?/p>

8、彈塑性狀態(tài)，直到彈性狀態(tài)。土體只有在彈性狀態(tài)下才能夠承受一定的荷載而不變形。很顯然，加大作用于土體的沖擊能量， 可以增加影響深度， 提高土體的密實度， 從而更容易使土體達到彈性狀態(tài)。 正是利用這一原理， 沖擊壓路機由牽引車和壓實機作業(yè)中牽引車帶動壓實輪滾， 壓實輪輪廓非圓曲線對地表面施以揉壓、碾壓、沖擊的綜合作用，使土體從上部至下部深層隨壓力波的傳遞得到壓實。這種機械的沖擊能較傳統(tǒng)的振動壓路機大610 倍，影響深度大 34 倍。路基沖擊增強補壓技術(shù)研究3 傳統(tǒng)壓路機壓實輪為圓形， 有的帶有羊角， 主要依靠振動力和靜重壓力的共同作用克服土顆粒間的摩擦力，使土顆粒產(chǎn)生位移并填充空隙而達到密實狀態(tài)。

9、而沖擊壓實機最顯著的特點是壓實輪形狀是將傳統(tǒng)圓形輪改為非圓形三邊形、四邊形或五邊形， 這種輪子有一系列交替排列的凸點和沖壓面。在牽引車帶動壓實輪滾動過程中， 如壓實輪輪廓曲線從最小半徑處起步，隨后接觸點半徑逐步增大，地表作用在壓實輪上的支持力也逐步增大，成為揉壓過程， 當其滾動到最大半徑時， 出現(xiàn)瞬間的支持力等于重力的碾壓過程，此時壓實輪的質(zhì)心也處于最高點。在整個揉壓過程中壓實輪的動能等于隨質(zhì)心平動的動能與繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動的動能之和。 在大部分揉壓作用過程中， 由于接觸點半徑逐步增大， 壓實輪的線速度與轉(zhuǎn)動慣量隨之增大，其動能要比一般碾壓過程大得多。當壓實輪繼續(xù)滾動，下一輪瓣輪廓曲線最小半徑處將沖擊

10、地表面土體，從而產(chǎn)生沖擊作用。 其沖擊力相當于壓實輪自重產(chǎn)生靜壓力的2030倍。在這種“揉壓碾壓沖擊” 的綜合作用下土石顆粒重新組合， 強迫排除積在土石顆粒之間的空氣和水，細顆粒逐漸填充到粗顆粒孔隙之中，從而使土體得到壓實。其工作原理如圖1-1 所示：運行方向圖11 沖擊壓實機工作的基本原理圖圖 1-1 沖擊壓實機工作的基本原理圖沖擊壓實機的沖擊能是由壓實機輪軸組件的質(zhì)量、壓實輪向量半徑差所產(chǎn)生的勢能所決定的，可按下式計算：e=mgh （式 1-1）式中： e勢能（ kj） ；m沖擊壓實機輪軸組件的總質(zhì)量（kg） ；g重力加速度，通常取9.8m/s2；h輪子內(nèi)外半徑差值（ m） 。當沖擊壓實機

11、的輪軸組件質(zhì)量m 為 12t， 壓實輪向量半徑差值h 為 22cm 時，由上式計算得該沖擊壓實機沖擊能為25kj。這也是三邊形沖擊壓實機的沖擊能路基沖擊增強補壓技術(shù)研究4 量。沖擊壓實機行進時壓實輪對土體所產(chǎn)生的沖擊力，根據(jù)動量和沖量原理可按下式計算：n（mv1mv11）/t （式 1-2）式中： n沖擊力（ n） ；v1壓實輪的終速度（ m/s） ，v10；v11壓實輪的始速度（ m/s） ；t時間變量（ s） 。壓實輪的始速度與其線速度有關(guān)，線速度由牽引車的牽引速度決定，通常為9km/h15km/h。當按 12km/h 計算時，壓實輪的始速度為3.33m/s。沖擊作用時間與壓實輪作用于土體

12、長度有關(guān)，若取作用長度為0.0333m，則沖擊作用的時間為 0.01s。將上述壓實輪的始速度及作用的時間代入n（mv1mv11）/t，則沖擊力計算如下：n（mv1mv11）/t4000000n4.0103kn 即以輪軸組件質(zhì)量為12t 的三邊形輪子計算， 該沖擊壓實機的沖擊力最大可達 4.0103kn，但實際上受各種條件的限制，沖擊力一般小于4.0103kn，在3.04.0103kn 之間。1.3 沖擊壓實對壓實效果的關(guān)鍵影響因素通過對沖擊壓路機的研究， 對被沖擊壓實材料表面上所產(chǎn)生的最大應(yīng)力、沖擊持續(xù)時間和沖擊效率對壓實具有決定性的意義。下面分別對這三個關(guān)鍵因素進行理論分析 . 1.3.1

13、壓實材料表面上的最大應(yīng)力沖擊壓實時被壓材料表面的最大應(yīng)力可根據(jù)以下幾點假設(shè)進行近似計算： (1) 沖擊為非彈性的； (2) 被壓實材料為非變形體，用變形模量e表示： (3) 在材料變形的過程中不考慮其表層的硬化； (4) 壓實過程為一立柱體的變形， 立柱體的表面積等于夯板的底面積，高度路基沖擊增強補壓技術(shù)研究5 等于被壓層的厚度；(5) 應(yīng)力沿被壓層深度的分布，近似地按直線規(guī)律變化；(6) “沖擊壓實機構(gòu)被壓材料”系統(tǒng)中的動能全轉(zhuǎn)化為形變的勢能；(7) 被壓實材料的底層位于絕對剛性的基礎(chǔ)上。厚度為 dz 的被壓土層的形變勢能可按照下式計算：eadzdepz22（式 1-3）式中： a：沖擊壓實

14、的底面積； e：形變模量分層內(nèi)的應(yīng)力 z由應(yīng)力分布圖求得：（圖 1-2）00)11(zz（式 1-4）式中：0被壓材料表面上的最大應(yīng)力 被壓材料上層和下層應(yīng)力值之比，10/ 被壓土層厚圖 1-2 應(yīng)力分布圖被壓材料立柱體變形的全勢能為：dzeaepz022（式 15）10m0 h dz z b 01路基沖擊增強補壓技術(shù)研究6 代入z值并積分計算得到：2201116eaep（式 16）根據(jù)“沖擊壓實機構(gòu)被壓實材料”形成的系統(tǒng)的動能為：22mvek（式 17）式中： m系統(tǒng)的質(zhì)量；v系統(tǒng)的速度從沖擊壓實理論可知，被壓材料的導(dǎo)入質(zhì)量（當柱底固定實）等于m1/3。m1為被壓材料柱的質(zhì)量。“沖擊壓實機構(gòu)

15、被壓材料”系統(tǒng)的總質(zhì)量為：m=m0+m1/3 （m0為工作機構(gòu)的質(zhì)量）（式 18）根據(jù)動量守恒定律可以求得系統(tǒng)的總速度(m0+m1/3) v= m0v0 （式 19）3/1000mmmvv（式 110）式中： v0 沖擊壓實機構(gòu)從h 高度自由下落與被壓實材料接觸時的速度，ghv20（式 111）則“沖擊壓實機構(gòu)被壓材料”系統(tǒng)的動能為：mmghek20（式 112）最終根據(jù)能量守恒定律，勢能轉(zhuǎn)化為動能，經(jīng)過整理得：)111(620aamaeghm（式 113）通過上式可以看出， 被壓實材料表面上得最大應(yīng)力視工作機構(gòu)主要參數(shù)的情況而定，沖擊輪的重量、下落高度、沖擊接觸面積、被壓材料的厚度、材料的變

16、形模量和沿被壓實層深度分布的應(yīng)力等都對被壓實材料表面應(yīng)力產(chǎn)生影響。1.3.2 沖擊持續(xù)時間為確定沖擊持續(xù)時間要應(yīng)用動量守恒定律路基沖擊增強補壓技術(shù)研究7 0210)(fdtvvm（式 114）式中：0m工作機構(gòu)的質(zhì)量；沖擊持續(xù)時間；v1 沖擊開始時工作機構(gòu)的速度v2 沖擊結(jié)束時工作機構(gòu)的速度f 沖擊過程中的力，f a 沖擊開始時工作機構(gòu)的速度v1v0ghm20； 沖擊結(jié)束時工作機構(gòu)的速的v2=0。這時002ghmadt沖擊過程中，應(yīng)力從零遞增到最大值，近似地認為是按照直線規(guī)律變化。這樣，積分上式左邊部分變?yōu)椋?|000aatadt（式 115）使上式兩邊右邊部分相等，得沖擊持續(xù)時間公式：agh

17、m0022（式 116）當沿應(yīng)力被壓實層深度均勻分布時，可得如下近似公式：eam02（式 117）從上式中可見， 沖擊持續(xù)時間與工作機構(gòu)下落高度無關(guān)，工作機構(gòu)的重量越重，被壓實層的厚度越大， 沖擊持續(xù)時間越長， 工作機構(gòu)的底面積和變形模量越大，沖擊持續(xù)時間越短。通過試驗表明， 沖擊時間與土壤的壓實度， 濕度及其顆粒大小有關(guān)。 對于在最佳含水量的土，沖擊壓實時間如表1-1 所示。表 1-1 不同土質(zhì)的沖擊壓實時間土壤狀態(tài)沖擊時間砂性土粘性土松土0.016 0.023 實土0.008 0.01 路基沖擊增強補壓技術(shù)研究8 1.3.3 沖擊效率沖擊效率為工作機構(gòu)給出的能量與被壓實材料在壓實時所接受的

18、能量之比。從理論力學(xué)可知，非彈性沖擊的沖擊效率可用下列關(guān)系表示：200mmm（式 118）式中：0m工作機構(gòu)的質(zhì)量2m被沖擊壓實材料的導(dǎo)入質(zhì)量，2m1m/3 1m被壓材料柱質(zhì)量引入系數(shù)0m/ 1m，則沖擊效率為：133世界（式 119）圖 1-3 表示沖擊效率和工作機構(gòu)質(zhì)量與被壓實土壤質(zhì)量之比的曲線關(guān)系。00.20.40.60.810123456圖 1-3 沖擊效率和工作機構(gòu)質(zhì)量與被壓實土壤質(zhì)量之比的關(guān)系曲線從圖 4-6 中可以看出，當 1 時，沖擊效率急劇下降，因此在沖擊壓實作業(yè)時，系數(shù) 值不應(yīng)小于 12。利用沖擊壓實作業(yè)中工作機構(gòu)傳給被壓實材料的動能，即可確定工作機構(gòu)的最佳質(zhì)量。)(212

19、22vmek（式 120）路基沖擊增強補壓技術(shù)研究9 式中：2m參加沖擊過程的土的導(dǎo)入質(zhì)量； v2 沖擊開始時土壤的速度。對于非彈性沖擊20002mmmvv（式 121）式中： v0 工作機構(gòu)與土壤接觸時自由落體速度。ghv20將 v2 值代入動能 ek 公式，得到：220220222mmmmvek當0m2m時，ek具有最大值。1.4 沖擊壓路機沖擊力及沖擊能量計算沖擊式壓實機是一種新型的壓實機械，它利用沖擊輪的特殊外形， 在牽引車的牽引下，其重心上下移動對地面產(chǎn)生動能和勢能聯(lián)合作用的沖擊壓實力和強大的沖擊能量，從而產(chǎn)生比振動壓實大得多的壓實效果，可代替強夯和振動壓實，廣泛用于鐵路、公路、機場

20、、水壩、水庫等場地的原土、補強，檢測壓實。尤其對濕陷性粘土有獨特的作用。沖擊力和沖擊能是衡量壓實能力的兩個主要參數(shù)，也是壓實機結(jié)構(gòu)設(shè)計計算和施工選型的重要依據(jù)。下面對這兩個重要參數(shù)進行分析和計算。在未計算前先做如下假設(shè)：(1)沖擊輪水平方向為恒速度，大小與牽引車的速度相同；(2)沖擊輪沖擊地面時繞a 點旋轉(zhuǎn)，能量完全被土壤吸收，無反彈現(xiàn)象；即旋轉(zhuǎn)角速度由最大變?yōu)?；質(zhì)心垂直方向的分速度沖擊后由最大變?yōu)榱恪?、沖擊力的計算三邊形沖擊壓實機沖擊輪的橫截面為如圖1-11 對稱地分配在壓實機的兩側(cè)。沖擊輪由三瓣相同的曲線組成，如圖示 方向旋轉(zhuǎn)一周，完成三個循環(huán)過程。a、b 為沖擊輪與地面的接觸點；o

21、為整個沖擊輪的中心； o2、r2為小圓弧的中心和半徑： o1、r1為偏心大圓弧的中心和半徑。o1 為接地點 b 所在圓弧段大圓的形心位置， o o1和 o o1 長度相等，為半徑 r1的大圓弧的形心距質(zhì)心的距離，即偏心距 e1；o2為半徑為 r2的小圓弧的形心距質(zhì)心的距離，即偏心距e2；路基沖擊增強補壓技術(shù)研究10 為沖擊輪下落階段的轉(zhuǎn)角，為質(zhì)心的速度方向和水平方向的夾角；圖 111 沖擊輪橫截面圖根據(jù)沖量定理可知：12aajjttm（式 122）式中: tm沖擊輪繞 a 點的總轉(zhuǎn)距， n. m t沖擊作用時間， s aj沖擊輪繞 a 點的轉(zhuǎn)動慣量， kg.m2 2沖擊作用前質(zhì)心繞a 點的角速

22、度， rad/s; 1沖擊作用前質(zhì)心繞a 點的角速度， rad/s; 由上式可得：tjjtmaa12（式 123）則相應(yīng)的兩個沖擊輪的沖擊力為：tabjjabtmtfaa12（式 124）式中： ab 為沖擊輪支點 a 與沖擊作用點 b 間的距離，即作用力臂；確定壓實機沖擊時間是關(guān)鍵的問題，它不僅與壓實機沖擊物料的種類有關(guān)，而且與其含水量、密實度有關(guān)。計算瞬時角速度2和瞬時半徑 oa，根據(jù)瞬心定理， a 點為沖擊瞬時的接地點 va0，只要求出瞬時速度vc，瞬時角速度2便可以求出。路基沖擊增強補壓技術(shù)研究11 cos/xcvvodvoavxc/2式中：22cosreodcossin12eeab角

23、度由沖擊輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。將上式代入沖擊力計算公式可得tabodvjtfxa（式 125）（2）沖擊能量的計算沖擊輪的質(zhì)心處于最高點時， 沖擊輪的能量包括： 水平的平動能、 轉(zhuǎn)動能和勢能，通過最高點后，主車和副車不發(fā)生關(guān)系，即沖擊輪自由下落，在下落的過程中，勢能轉(zhuǎn)化為動能；沖擊地面后，能量只有平動的動能。沖擊輪從最高點至沖擊地面前這一過程中， 會由于地面的塑性變形而損失一部分能量，沖擊地面前后的能量值之差即為地面吸收的沖擊能。由前文的運動分析可知， 沖擊輪在下落過程中水平速度保持不變，所以，沖擊能n 計算如下：)(212122jkyhmgjna（式 126）20mrjja（式 127）式中：

24、h 質(zhì)心在垂直方向上的最大變化值（m） ；)/(2sraderv（式 128）k土壤的彈性系數(shù)；x土壤的塑性變形值 (m)；m沖擊輪的重量 (kg)。1.5 沖擊壓實技術(shù)的優(yōu)越性連續(xù)式?jīng)_擊壓實技術(shù)作為一種新型的壓實技術(shù)，優(yōu)越性主要表現(xiàn)為：(1) 能高深度壓實原地基：對破損公路的修復(fù)改建亦可通過該機直接將原路面破碎并壓實，然后鋪設(shè)新路面。(2) 能進行石方壓實。沖擊式壓實機的巨大沖擊力作用于石方填層，極強的路基沖擊增強補壓技術(shù)研究12 沖擊波能大大提高石方顆粒之間的嵌鎖緊密程度，減少路堤沉降變形和沉降差異。(3) 能實現(xiàn)高效填方壓實。如今修建的高速公路和機場場道常常會遇到幾十米至上百米的高填方，

25、 使用這種連續(xù)沖擊式壓實機， 每層填方厚度可達l 1.5m，每小時填方 10003以上。(4) 可適當放寬對含水量的要求。 由于沖擊式壓路機所具有的巨大沖擊能量，對于不同土質(zhì)最佳含水量的要求可在上下兩個方向放寬35。(5) 具有自檢性。沖擊式壓實機通過低頻率、大振幅、高能量沖擊土體，在路基下形成一個2m左右厚的連續(xù)穩(wěn)定的加強層，這對提高公路、鐵路和機場場道壽命極為重要。 而表面則憑借所獲得的沉降量直觀地檢測路基的壓實質(zhì)量，并在這種檢測中使其得到補壓，這被筑路行業(yè)稱之為“檢測性增強補壓”，這種大面積的 100的檢測是其他任何路基檢測手段力所不及的。沖擊式壓路機是一種沖擊和揉搓作用相結(jié)合的壓實方法

26、。可代替強夯、 振動和振蕩壓實，廣泛用于鐵路、公路、機場、水壩等場地原土，補強，檢測壓實。尤其對濕陷性粘土有獨特的壓實效果。由于該機型的高效性和很好的壓實效果，使得沖擊式壓實機在全世界范圍內(nèi)被大量應(yīng)用。本文結(jié)合安新高速改建工程路基施工，研究沖擊壓路機在路基增強補壓中的應(yīng)用。2 安新高速改建工程沖擊壓實試驗段概況2.1 概述試驗段選在京珠國道主干線安陽至新鄉(xiāng)高速公路改擴建工程第一合同段。路基加寬采用兩側(cè)直接拼接加寬的方式。本項目主線為四車道改擴建成八車道工程，原有高速公路岸平原微丘區(qū)技術(shù)標準設(shè)計的四車道整體式路基，路基寬度26 米。其中：中間帶寬4.5 米（中央分隔帶 3.0 米，左側(cè)路緣帶 2

27、0.75 米），行車道寬 223.75 米，硬路肩寬 22.50 米，土路肩寬 20.75 米，土路肩采用預(yù)制混凝土塊硬化。 現(xiàn)改擴建為八車道整體式路基，全幅路基寬度 42.0 米。其中：中間帶寬 4.5 米（中央分隔帶 3.0 米，左側(cè)路緣帶 20.75 米），行車道路基沖擊增強補壓技術(shù)研究13 寬度 243.75 米，硬路肩寬（含右側(cè)路緣帶20.5 米）為 23.0 米，土路肩寬度 20.75 米。安新高速改建工程沖擊碾壓試驗段位于近期開工的安陽北服務(wù)區(qū)、超限站段( 主線樁號k1+275 k1+480)所處地質(zhì)區(qū)域分別位于設(shè)計文件地質(zhì)分區(qū)的區(qū)和區(qū)。安陽北服務(wù)區(qū)、 超限站段地形平坦， 地層主

28、要為第四系全新統(tǒng)黃褐褐黃色亞粘土，地下水位埋深5.5 10.7m。該區(qū)地表下 5m以內(nèi)土層硬塑堅硬狀，具非自重濕陷性， 濕陷系數(shù) 0.0150.042 ，濕陷起始壓力 173200kpa，濕陷帶厚度 5.0m 左右，自地表算起，濕陷量的計算值s=137.5mm ，依據(jù)濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范 （gb50025-2004 ）判定，地基濕陷等級為級。容許承載力 0=120140kpa。2.2 試驗段概況試驗段選在 k1+275 k1+480主線右側(cè)，沖擊壓實的層次為下路床頂部。該區(qū)屬填方區(qū)，填方高度在3.1 4.0m 之間。土質(zhì)分析見表2-1。表 2-2 試驗段土質(zhì)分析下列篩孔（ mm ）通過率 (

29、%) 液限(%) 塑限(%) 塑性指數(shù)最大干密度（g/cm3）最佳含水量(%) 土工程分類0.5 0.25 0.074 37.9 23.5 14.4 1.91 11.9 低液限粘土14.0 20.6 42.0 采用 25 噸沖擊壓路機，采用推土機牽引。如圖2-1。路基沖擊增強補壓技術(shù)研究14 圖 2-1 沖擊壓路機3 試驗段沖擊壓實試驗方案3.1 試驗段和觀測斷面的選取為保證沖擊壓路機的壓實效果， 共設(shè)了四個觀測斷面， 每個觀測斷面間距 20米。3.2 試驗內(nèi)容3.2.1 沉降量定點沉降量檢測包括沖壓前、10 遍及以后每沖壓5 遍后的標高。檢測樣本數(shù)每檢測斷面 7 個，共 28 個檢測點。以中

30、樁為中點每隔兩米設(shè)置一個沉降觀測點。用鐵釘系紅布條作明確標記，準確定點。 平地機刮平時應(yīng)注意保護帶有紅布條鐵釘?shù)臋z測點，距檢測點20cm 范圍內(nèi)不得擾動。3.2.2 貫入值（ dn ）采用貫入儀測定土基的dn值。沖壓前、 10 遍及以后每沖壓 5 遍后的分別檢路基沖擊增強補壓技術(shù)研究15 測一次。每次檢測每斷面測兩點。3.3.3 壓實度壓實度檢測采用灌沙法，沖壓前、10 遍及以后每沖壓5 遍后的分別檢測一次，壓實度檢測與dn 值檢測同步進行。每斷面測四點，同時測定含水量。3.3 試驗方案（）沖擊碾壓時以道路中心線對稱地將場地分成兩半，壓實行駛路線如圖31。（）試驗工藝流程如下： 試驗段碾壓表面

31、整平檢測壓實度及含水量度檢測預(yù)埋點的高程、貫入儀測定dn值沖擊壓實機碾壓10、15、20、25 遍檢測壓實度和高程、 dn值 整理路床碾壓路床檢測驗收。（）沖擊碾壓距路肩外邊緣宜保持1m 的安全間距，行駛速度應(yīng)在 1012km/h。若工作面起伏過大， 應(yīng)停止沖壓， 用平地機刮平后再繼續(xù)施工。揚塵情況嚴重時應(yīng)灑水。當土的含水量較低時，宜于前一天灑水濕潤。沖壓時應(yīng)注意沖擊波峰，錯峰壓實，沖壓 5 遍應(yīng)改變沖壓方向。中心線圖 1. 沖擊碾壓路線示意圖路基沖擊增強補壓技術(shù)研究16 4 安新高速公路沖擊壓實試驗段實驗結(jié)果與分析4.1 沖擊碾壓遍數(shù)與沉降關(guān)系分析在沖擊碾壓試驗路沉降觀測中， 為了保證數(shù)據(jù)的

32、可靠性， 每個觀測斷面選擇了 7 個固定測點，測點用鋼釘釘入土基，并系上紅布條以方便壓實后尋找。觀測中選取試驗段外一個小橋擴大基礎(chǔ)上的某點作為水準點，并假設(shè)該點高程為 100cm，依此計算各個測點的相對高程，以此分析試驗路段的沉降量。各觀測斷面在不同壓實遍數(shù)時測點高程的算術(shù)平均值如表4-1。表 41 不同沖擊碾壓遍數(shù)時各斷面相對高程沖擊碾壓遍數(shù)沖壓前10 15 20 25 斷面各觀測斷面相對高程平均值（mm ）1 12910 12893 12885 12882 12884 2 12896 12881 12872 12868 12871 3 12851 12846 12837 12835 128

33、38 4 12857 12838 12831 12829 12833 均值（ mm ）12879 12865 12856 12854 12857 12.82012.83012.84012.85012.86012.87012.88012.89012.90012.91012.920051015202530沖壓遍數(shù)相對高程斷面1斷面2斷面3斷面4圖 4-1 斷面相對高程變化曲線路基沖擊增強補壓技術(shù)研究17 12.85012.85512.86012.86512.87012.87512.880051015202530沖壓遍數(shù)平均相對高程圖 4-2 斷面平均相對高程變化曲線表 4-2 路基平均沉降量斷面各

34、路基斷面平均沉降量(cm) 10 遍15 遍20 遍25 遍累計值1 1.7 0.8 0.3 0.2 2.6 2 1.5 0.9 0.4 0.3 2.5 3 0.5 0.9 0.2 0.3 1.3 4 1.9 0.7 0.3 0.4 2.5 均值（ cm）1.6 0.8 0.3 0.3 2.4 從斷面相對高程變化曲線（圖4-1）來看，沖擊碾壓的前15 遍，沉降量增加比較明顯，在沖擊壓實20 遍時達到了最大沉降量，總沉降量約為2cm 。從斷面平均相對高程變化曲線（圖4-2）可以看出，前十遍的沉降量最明顯，沉降量增長速度最快， 從第十遍到第十五遍的沉降量較為明顯，但不如前十遍的增長速度快。到第二十

35、遍時， 沉降幾乎不再增長。 沖壓到第二十五遍時， 沉降不再增長，甚至出現(xiàn)負增長。 從現(xiàn)場觀察， 由于沖擊壓實使得土基表面層的土被沖散，表面層有 510cm的松散層，這就是沖擊壓實后五遍沉降量出現(xiàn)負增長的原因。從路基平均沉降量 （表 4-2）來看，前十遍的沉降量達到了1.6cm,占總沉降量的 60% 。從第十遍到第二十遍的沉降量為1.1cm，僅占總沉降量的40% 。最后十遍的沉降量為 -0.3cm。可見，單純的增加沖壓遍數(shù)并不能帶來更好的效果。路基沖擊增強補壓技術(shù)研究18 4.2 沖擊壓實遍數(shù)與壓實度關(guān)系分析沖擊增強補壓實在路床進行的， 為了檢驗壓實度與沖壓遍數(shù)的關(guān)系，采用灌沙法來檢驗沖壓前、

36、10 遍及以后每沖壓5 遍后的壓實度。每斷面檢測兩點。檢測時，將路基表面的松散土層除去，以保證檢測的可靠性。 該路段取土重型標準擊實試驗最大干密度1.91g/cm3， 對應(yīng)最佳含水量為11.9%。 檢測壓實度如表 4-3。在沖擊碾壓中， 沖擊壓路機通過所有工作面一次為一遍，對于每個不同的橫斷面，可以認為所受到的沖擊作用與均勻性是等效的。因此，無論在壓實度分析或沉降分析中，均采用斷面分析方法。整體平均壓實度曲線見圖4-3。表 43 不同沖擊碾壓遍數(shù)時各斷面壓實度沖擊碾壓遍數(shù)沖壓前10 15 20 25 斷面各觀測斷面平均壓實度1 96% 96% 96% 97% 97% 2 95% 96% 97%

37、 97% 97% 3 95% 96% 96% 97% 96% 4 96% 97% 98% 97% 97% 均值95.5% 96.3% 96.8% 97% 96.8% 95.40%95.60%95.80%96.00%96.20%96.40%96.60%96.80%97.00%97.20%051015202530沖壓遍數(shù)壓實度圖 4-3 平均壓實度曲線從整體壓實度的增長來看，沖擊壓實到第20 遍時，壓實度增長到最大值，共增長了 1.5%。沖擊壓實到 10 遍時，平均壓實度增長了0.8%，占正增長的 53% 。沖壓到 30 遍時，壓實度下降了0.2%。和沉降量檢測結(jié)果相類似，分析其原因，路基沖擊增強補壓技術(shù)研究19 還是由于土體表面有一定厚度的土被沖散，土的緊密程度比以前有所下降。 從含水量來看，實驗過程一直未進行散水。隨著沖壓的進行，時間的延續(xù)，再加上晴好的天氣， 含水量由開始的接近于最佳含水量，到最后的比含水量偏小， 這也是壓實度出現(xiàn)負增長的原因。可以看出，總體壓實度從沖壓前的95.5%到?jīng)_壓到第 20 遍時的最大值 97%