冲击压实技术在水坝中的应用

1、蓝派冲击压实技术开发(北京)有限公派冲击压实技术简介 发展历史 国内应用现状 蓝派冲击压实技术作用原理 土壤压实原理 土壤压实影响因素 蓝派冲击压实作用机理 蓝派冲击压实性能特点 蓝派冲击压实影响因素蓝派冲击压实技术应用 应用领域 相关案例结论发明：20世纪50年代，南非 工程师Berrange首创了连续式冲击压实技术及其设备。但由于当时的工业发展对地基处理的要求不高，这一技术并未得到很好发展。1951年年Berrange在开普敦在开普敦工作的场景工作的场景发展：20世纪70年代，世界上许多国家都在进行大规模的基础设施建设，对压实质量及效率提出更高要求，蓝派冲击压实

2、进入发展阶段。蓝派冲击压实设备种类更加丰富。成熟：进入21世纪，蓝派冲击压实技术获得广泛认同，目前南非蓝派公司已在多个国家建立子公司，冲击压实业务遍布亚洲、北美、欧洲、澳洲等众多国家 。 95年进入香港机场，99年蓝派公司成立。截止目前,蓝派冲击压实技术已在全国28个省市近200个工程项目得到推广应用.应用范围广泛,包括各等级公路路基,机场,水坝等。尤其在公路领域，该技术已经纳入新编规范。 压实是通过施加外力使被压实材料提高压实度的过程。铺筑材料的压实过程，是向被压实材料加载，克服松散多相材料中固体颗粒间的摩擦力、粘着力，排除固体颗粒间的空气和水分，使各个颗粒发生位移、互相靠近，从而压实度提高

3、。对铺筑材料的压实，一般都用周期性的加载。 对于同一种填料，影响其压实质量的因素有很多，主要影响因素为压实功、土的含水量、每层铺筑厚度以及压实荷载作用时间。 （一）压实功 （二）含水量 （三）铺土厚度 （四）压实荷载作用时间 实践表明，对于同等大小的荷载，荷载作用时间越长，压实效果越好，尤其对于较大的压实荷载，压实效果会随施加荷载作用的时间增加而迅速增大。 作业中牵引机带动压实轮滚动，压实轮轮廓曲线从最小半径逐步增大，压实轮与地表的接触面积逐渐减小，压实轮对填料施以揉压作用。当其滚动至最大半径处时，出现一瞬间支持力等于重力的碾压过程。随后压实轮滚动至下一轮瓣轮廓曲线最小半径处，此时冲击轮沿垂直

4、方向的线加速度远大于重力加速度，压实轮冲击地表土体，产生远大于冲击轮自重的冲击作用, 迫使被压实材料结构发生改变，填料得到压实。 蓝派冲击压实的三种力学行为 1、压实轮重心下落过程中对填料产生的巨大冲击力； 2、压实轮的冲击力以及高速运行过程中旋转和跳动引起的周边填料颗粒的振动，从而一定程度上促进周边颗粒的嵌填调整，有利于冲击力发挥作用； 3、压实轮静重在滚动过程中对填料施加的揉压碾压作用。 （一）作用能量大 由于蓝派冲击压实机的特殊作用机理，其压实是一个低频高幅的运动过程，其作用频率为1.5-2Hz，振幅为22cm，压实轮具有很大的势能；同时牵引机以12-15km/h左右的速度运行，压实轮具

5、有极大的动能。两种能量之和远大于常规压实设备的作用能量，由于冲击式压实机的作用能量大，从而对路基能够产生更大的作用力，最大可达250t左右。 Duration of load (s)Soil responseVibratory RollersImpact Rollers0.12s0.02s振动式压实机 冲击压实机荷载时间土壤反应（二）荷载作用时间长（三）压实影响深度大根据不同填料性质及压实标准，压实厚度可达0.6-1.5m，而常规振动压路机仅为0.3-0.5m。冲压后地基强度随深度逐渐减小，更符合道路使用过程中的受力状态。常规振动压路机处理后路基强度呈阶梯变化。常规压实设备与冲击压实设备作用深

6、度对比示意图dd3d （四）对填料的要求放宽在同等含水量的情况下，冲击压实能较常规压实设备获得更大的压实度。 能够充分增大土壤孔隙水压力，在有排水通道的情况下，加速水的消散。由于填筑厚度加大，因此可以放宽对填料粒径的要求。（五）施工效率高冲击压实机运行速度快，达12km/h左右，是常规压实设备的3-5倍,填筑厚度是常规压实设备的3倍左右,但碾压遍数一般为常规压实设备的3倍左右。每台班可以压实地基8,000立方米左右（虚方） 这对于在保证工程质量的前提下，提高工程进度具有重要意义。 不足：蓝派冲击压实设备需要施工场面大于振碾需要场面，由于其作业是回转错轮法，边角处处理不到，可以采用其它机具配合使

7、用。1211221221221121冲击碾压行驶路线及测点布置示意图冲碾高程检测点位置试验线中心线路线中心 1、压实轮质量 冲击压实轮对土壤的压实作用有冲击、揉压和碾压三部分组成，在保证其它参数不变的情况下，压实轮自重越大，所产生的冲击力越大，而自重对揉压、碾压的作用也更大，因此在能够保证作业速度的前提下，压实轮重量越大越好。但压实轮重量的增加会大大提高对牵引机的要求。 2、压实轮轮瓣数量 轮瓣数量直接影响压实轮的形状和重心落距，瓣数越少，则落距越大，压实轮在同等质量和同等运行速度的前提下就会获得更大的冲击力，但瓣数过少会造成压实轮滚动翻起的阻力增大，同时对地表的扰动影响也会增加，从而影响作业

8、效率，并对牵引机造成很大的冲击。因此轮瓣数一般为35个。 3、作业速度 根据经验，动荷载作用时间越长，则向深层传递的效果越显著，因此在同样的动荷载作用下，作用时间越长越好，但蓝派冲击压实机与常规振动压路机不同，作业速度越高，轮瓣在下落过程中受到的加速度就越大，由此产生更大的动荷载，输出更大的压实能量，从而对深层具有更好的压实效果。但过高的速度对牵引机会提出更高的要求，同时会导致荷载作用时间减少，影响土壤的反应时间，在某些情况下甚至对土壤的压实是有害的，因此对于蓝派冲击压实机，作业速度是一个比较矛盾的变量，速度快，压实荷载大，即压实功提高，但荷载作用时间短，会降低压实效果，因此应当有一个合理的作

9、业速度，从现有工程经验来看，蓝派冲击压实机1215km/h的作业速度是比较有效的。 冲击压实与振动压路机对比冲击压实与振动压路机对比作用能量大，压实质量高作业效率高适用范围广，能够处理特殊路基冲击压实与强夯对比冲击压实与强夯对比作业效率高压实更加均匀，而强夯表层1m左右扰动较大。造价低对填筑体进行压实（包括公路路基、机场场道、水坝以及其它建筑地基）填筑体检测性增强补压原地基冲击碾压旧水泥砼路面破裂、稳固吹填海沙地基压实路基填筑体压实机场场道填筑体压实路基增强补压原地基冲击碾压 旧水泥砼路面破碎稳固旧 路 拓 宽石 方 压 实海 沙 处 理水坝填筑体压实 混凝土面板堆石坝产生与发展的历史与碾压技

10、术的进步密不可分.冲击压实机由于其更大的冲击力、大振幅低频率的振动、更深的有效深度、行驶速度快、工程造价低等优点，进一步推动了堆石坝的工程质量和技术进步。 洪家渡面板堆石坝填料为白云质灰岩和鲕粒灰岩，2002年采用蓝派冲击压实技术对垫层料、过渡料、堆石料共进行5层、约9000m3的现场冲碾试验。 填料冲碾机具设计干密度（g/cm3）设计孔隙率（%）试验干密度（g/cm3）试验孔隙率（%）加水量（%）行进速度（km/h）铺层厚度（cm）冲压遍数垫 层五边2.2019.12.2019.2表面湿润148027过 渡三边2.1919.72.23518.0151416027主 堆三边2.1820.02.

11、2119.0151416027次 堆三边2.1222.32.1919.55151416027主堆石经冲压后，小于80mm的颗粒含量为3050，小于5mm的颗粒含量为512,小于0.075mm的颗粒含量为23,都在设计包线范围内。表明冲压机对填料破碎影响很小，冲碾后并未明显增多，级配是连续的，且小于 0.075mm的颗粒含量增加很小，对渗透性不致造成影响。 渗透系数过渡料为0.288-0.323cm/s，主堆石料为0.394-0.441cm/s，均满足自由排水的要求。 由于在满足设计要求的前提下，采用蓝派冲击压实技术的填筑厚度加大，同时完成每层填筑体压实的时间缩短，可以大大提高工效，因此在整个大

12、坝的填筑中，蓝派冲击压实技术得到了良好的应用，目前洪家渡水电站运行状况良好。董箐水电站堆石填筑体填料为砂泥岩料，采用蓝派三边形冲击压实机分别采用不同遍数对不同厚度（120cm、140cm和160cm）的填料进行冲碾试验。在铺厚160cm、冲碾27遍的情况下，干密度达到2.178，孔隙率19.93%。冲碾之后，填料颗粒级配有所变化，但变化较小，仍在设计包络线之内，数良好级配。碾压方式洒水量层厚(cm)干密度(g/cm3)孔隙率()渗透系数(cm/s)三边冲碾表面湿润1202.165/2.185/2.20120.40/19.67/19.082.0310-21402.161/2.178/2.1902

13、0.55/19.93/19.494.1210-21602.141/2.158/2.16521.29/20.66/20.407.3510-21202.174/2.193/2.20920.07/19.38/18.793.5210-21402.164/2.180/2.19420.44/19.85/19.345.3110-21602.145/2.164/2.17321.14/20.44/20.117.9810-2151202.173/2.192/2.20620.11/19.41/18.901.9910-21402.163/2.179/2.19220.84/19.89/19.414.0510-21602

14、.143/2.160/2.16821.21/20.59/20.297.5610-21202.177/2.198/2.21119.96/19.19/18.713.6310-21402.167/2.183/2.19620.33/19.74/19.265.0110-21602.150/2.171/2.17820.96/20.18/19.937.0510-2 兴义机场填料为白云岩，石料中粒径超过0.6m的占80%，不均匀系数为5.1。经用三边轮冲击压实机冲压，12遍时密度达到2.25g/cm3,28遍时达到2.35g/cm3,空隙率13%18%。而用激振力为50t的振 动压实机做对比试验，密度仅达到1

15、.92.1 g/cm3, 空隙率19%22%。 瀑布沟水电站砾石土心墙填筑体采用蓝派冲击压实机进行碾压试验，铺厚60cm，采用三边形与五边形冲击压实机联合冲压20遍后，压实度达到98%以上，渗透系数达到1x10-6 1x10-7 数量级。而同期采用18t凸块碾所作的对比试验，铺筑厚度30cm，渗透系数只能达到1x10-5 1x10-6数量级。瀑布沟 蓝派冲击碾压复核试验检测成果土料名称铺土厚度(cm)碾压遍数(遍)含水量(%)干密度(g/cm3)全料(重型)垂直渗透系数(cm/s)最大干密度(g/cm3)最优含水量(%)压实度下层剔除80mm砾石土60205.82.342.356.00.996

16、.8E-07 5.8E-0760205.62.322.376.10.981.7E-05 4.0E-06剔除150mm砾石土掺15%粘土60206.82.262.375.20.968.1E-06 6.8E-0760306.91.20E-0660205.52.362.385.00.996.1E-06 1.2E-06剔除80mm砾石土掺15%粘土60206.02.362.385.10.992.7E-06 1.3E-0660206.62.292.375.10.97剔除150mm砾石土60205.72.332.375.80.982.6E-06 1.7E-0660206.12.352.375.80.995.90E-07瀑布沟冲碾层间结合瀑布沟冲碾层间结合（回转区）瀑布沟凸块碾层间结合采用专业承包的方式 1、蓝派公司在冲击压实技术方面的丰富经验。 2、蓝派冲击压实设备的较高的操作要求和维护保养要求。 3、蓝派公司充足的设备数量和