冲击碾压法处理强风戈壁区客专地基工法

冲击碾压法处理强风戈壁区客专地基工法前言在客运专线路基施工中，地基作为路基本体的载体，发挥着重要的作用。也是决定路基工后沉降的关键技术之一。针对不同的地质条件，采用相应的地基处理方法，严格控制路基工后沉降，满足设计刚度，改善基地承载力。新建xx铁路第二双线（新疆段）7标为强风戈壁地区，该段位于三十里风区，地质条件复杂，土质主要为戈壁土（圆砾土、卵石土为主）。部分地段分布有膨胀岩、盐渍土、岩盐、石膏岩等。因风蚀、干旱造成原地面承载力无法满足设计要求。本工法结合地质条件采用冲击碾压法，改善土体质量，满足地基承载力和沉降要求。2.工法特点2.1将碾压面进行平整，夯实，满足冲击压路机械的工作速度。2.2通过冲击碾压有效改善戈壁土的物理性能和碾压面以下1.5米压实度。。2.3施工过程中测定碾压前后沉降量，合理掌握机械碾压路线、速度和遍数。2.4这种施工方法将地形分段处理，机动灵活，极大提高工作效率。2.5冲击碾压施工时充分保证构筑物与机械水平安全距离。3.适用范围3.1本工法适于处理碎石土、砂土、低饱和的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基的填前碾压。3.2适于填方达到标高后的追密压实、土石混填路堤分层夯实等。4.工艺原理冲击压路机以非圆形轮进行原位静压、搓揉、冲击的周期性连续作业，产生强烈的冲击波，对地基土进行冲击碾压。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12-15km/h、冲击能量25Kj、压实宽度2×900mm、牵引车功率不小于225KW、冲击频率60-110次/min。当牵引机拖动压路机工作时，多边非圆滚轮沿弧形轮廓曲线向前滚动，重心离地面的高度上下交替变化，产生的势能和动能向前、向下碾压，形成巨大的低频大振幅冲击力，通过多边弧形论连续均匀地冲击传向地面，使土体均匀致密，达到压实基础的目的，从而提高路基的密实度和强度均匀性，减少工后沉降。冲击轮每进行1次冲击，其质心上下摆动，完成蓄能、释放、冲击3个过程，以产生的势能和动能联合作用于地面，有效影响深度可达到2.4米以上，影响深度达到5米以上。根据经验碾压速度要保持在12km/h～15km/h之间。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.2施工工艺要点人工配合机械清除地表范围内的植被、浮土等，清除地表厚度一般为30cm，保证清后地面纵、横坡度不陡于1:5。检测地基土各项指标是否满足设计要求，然后按照试验确定的施工工艺和方法施工。按工艺试验确定的碾压遍数结束后，测量地基冲击碾压前后沉降量级表层压实度，其指标满足设计要求。对地基土处置范围、高程进行测量，不能满足设计要求则需进行修整，满足要求则采用光轮压路机，对表层进行碾压。冲击碾压面上铺设一层30cm厚褥垫层，压实标准同基床底层。5.3冲击碾压施工要点施工前做好技术准备：技术、安全交底、岗前培训。工艺试验参数：最终冲击碾压遍数为20遍，冲击压路机行驶速度为12km/h以上，压实系数为≥0.92，地基系数K30≥110（Mpa/m），重型动力触探：N63.5＞10cm/10击，褥垫层碾压参数：一静+两弱+两强+两静，22吨压路机，K30≥130，Evd≥40冲击碾压工作面长度为200米为宜，相邻两短冲击碾压搭接长度不小于15m。冲击碾压施工.1原地面土质为粗粒土中细角粒土，地基系数K30为120Mpa/m，干容重rd=12KN/m3。.2(见图5.3.4.2冲击碾压环形示意图)冲碾时压路机先从路基一侧边缘行驶，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的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，此时应重复上述冲碾，当冲碾完成五遍时整个路基基本被冲碾到位，此时停止冲碾，进行高程检测（见图5.3.4.2高程检测）。冲击碾压最后5遍的沉降量不得大于1cm。.3冲击碾压宽度不宜小于6.0m，自行式冲击压路机单块最小冲压施工面积不小于1000m2,牵引式冲击压路机单块最小冲压施工面积不小于1500m2。工作面较窄时，需设置转弯车道，冲压最短直线距离不宜少于100m。冲击碾压行驶速度≥12km/h，冲压时错峰冲压，冲压5遍即改变冲压方向，结合本段地质资料，碾压遍数20遍。为保证起跑速度地基处理碾压范围可适当放宽，目的是为了保证≥12km/h的速度要求。地基处理实际宽度也比设计放宽m以上。.4本段施工范围内土质（本段土质为细角砾土）含水率极低，且日照时间长、蒸发速度快，为保证碾压质量，施工前洒水焖湿。最优含水率最低控制在W0pt-5%≤W，为使水分不被迅速蒸发，洒水后2小时即可进行碾压施工（施工平均气温为25）。褥垫层施工.1（见图5.3.5.1褥垫层处理横断面图）采用冲击碾压处理后的地基，于碾压面上填筑厚度30cm的水泥卵砾石，水泥卵砾石采用P.O42.5水泥与卵砾石的混合料（水泥质量与卵砾石质量的比不小于5%），水泥卵砾石内铺设一层土工格栅（标称伸长率≤10%，拉伸强度不小于120KN/m），土工格栅铺设时拉伸强度方向与横断面方向一致，即：土工格栅的受力、弯卷方向平行于线路横向。水泥卵砾石压实标准与基床底层相同，水泥卵砾石要求在施工过程中洒水养生，并采用塑料薄膜进行覆盖。图.2冲击碾压环形示意图.2土工格栅铺设范围不小于设计值，搭接宽度允许偏差为0～50mm，甲方要求搭接宽度为30cm（根据《铁路路基土工合成材料应用设计规范》8.3.1.1规定：土工格栅可不搭接），回折长度设计为2m，允许偏差为±50mm。在铺设10cm水泥卵砾石并摊平压实后铺设土工格栅，再摊铺压实10cm后，纵向回折2m，并再次进行摊铺压实10cm厚的水泥卵砾石。土工格栅之间的搭接、土工格栅与水泥卵砾石垫层之间的固接采用22#铅丝绑扎固定。6.材料与设备表6主要机具设备表序号设备名称设备型号单位数量用途1挖掘机PC300台2地基处理2推土机TY230台2地基处理3平地机PY185台2地基处理4振动压路机22T台2地基处理5冲击式压路机VCT25台1地基处理6小型冲击夯BT60台3地基处理6洒水车台1地基处理7测量仪器套1地基处理8土工试验仪器套1地基处理9灌砂筒套1地基处理10K30检测设备套1地基处理11Evd检测设备备套1地基处理12动力触探仪套1地基处理13集料拌和站WB600处1地基处理7.试验工艺7.1、重型动力触探7.1.1、试验一般规定及设备简介一般情况下轻型动力触探可确定一般粘性土的地基承载力。本方案乃至本工区施工段均为细角砾土，必须施工重型动力触探。动力触探孔数在同一场地不应小于3孔。重型动力触探设备类型和规格见下表：类型及代号重锤质量（kg）重锤落距(cm）探头截面积（cmm2）探杆外径（mm）动力触探击数符号单位重型DPH63.5±0.5576±24342、50N63.5击/10cm重型动力触探设备探头材质应选用45号碳素钢或优于45号碳素钢，表面淬火后硬度为HRC=45～50；探杆每米质量不应大于7.5kg，探杆接头外径应与探杆外径相同，探杆和接头材料应选用耐疲劳高强度的钢材；锤座直径应小于锤径1/2，并大于100mm，导杆长度应满足重锤落距的要求，锤座和导杆总质量为20～25kg；重锤应采用圆柱形，高径比为1～2，重锤中心的通孔直径应比导杆外径大3～4mm。7.1.2、试验要点动力触探前必须对机具设备进行检查，部件磨损或变形超出以下规定者，要予以更换或修复：（1）、探头允许磨损量：直径磨损不得大于2mm，锥尖高度磨损不得大于5mm；（2）、每节探杆非直线偏差不得大于0.6%；（3）、所有部件连接处丝扣要完好，连接牢固。动力触探机具必须稳固，作业过程中支架不得偏移。动力触探时，应始终保持重锤沿导杆铅直下落，锤击频率应控制在15～30击/min。在预钻孔内进行重型动力触探时，钻孔孔径大于90mm、孔深大于3m、实测击数大于8击/10cm时，可用小于或等于90mm的孔壁管下放至孔底或用松土回填钻孔，以减小探杆径向晃动。动力触探的锤座距孔口高度不宜超过1.5m，探杆保持竖直。重型动力触探每贯入10cm要记录其相应击数，可采用每阵击（一般为1～5击）的贯入度，并按下式换算成相当于同类型动力触探贯入10cm时的击数：N63.5=10n/△S，其中N63.5为动力触探实测击数，n为每阵击的击数，△S为每阵击时相应的贯入度。实验记录必须清晰完整。7.1.3、试验参数的修正及各类参考系数重型动力触探实测击数N63.5，应按照下式进行修正，修正后的击数（击/10cm）N，63.5=aN63.5，a为杆长击数修正系数。a值可参考下表：N63.5杆长510152025303540≥50≤2m1.01.01.01.01.01.01.01.0—4m0.960.950.930.920.900.890.870.860.84根据修正后的动力触探击数，应绘制动力触探击数与贯入深度曲线图。重型动力触探击数平均值N63.5p=∑N，63.5/n，n为参加统计的测点数。冲积、洪积成因的中砂～砾砂土地基和碎石类土地基的基本承载力б0，当贯入深度小于20m时，可根据场地土层的N63.5p按下表确定。N63.5p（击击/10cm）345678910121416182022中砂～砾砂土120150180220260300340380------碎石类土1401702002402803203604004805406006607207807.2最优含水率填料的最优含水率通过击实试验确定，此项试验由于一线试验员长期操作，已经较为熟练，此处不再赘述。7.3平板荷载试验7.3.1、一般规定及设备简介该实验主要测定在其影响范围内岩土体的承载能力和变形特征。当该承压板影响深度范围内（2倍承压板直径或宽度）底层有变化时，应进行分层实验。平板荷载试验设备包括刚性承压板、加卸荷载装置、量测荷载及沉降的仪器。加卸荷载的千斤顶的额定量程不应小于预计极限荷载的1.4倍。观测沉降用的百分表或位移传感器，全量程不应小于50mm，检测误差不得大于0.01mm。当百分表或位移传感器不能居中置于承压板形心时，所用百分表或位移传感器不得少于2只。7.3.2、试验要点实验过程中避免试坑暴晒或雨淋。试验前承压板下铺设2～3cm厚中粗砂垫层，轻轻拍实找平，使承压板与试坑面平整接触。一次安装传力主、千斤顶、荷载台架及反力装置时，应逐一检查、调整对承压板中心的垂直度和同心度，并应避免对承压板施加冲击力和预应力。试验方法可采用快法(沉降非稳定法)，该法适用于砂类土或碎石类土中。每施加一级荷载，隔15min观测一次沉降，累积观测大2h。现场试验过程中，应及时记录观测数据，绘制曲线草图。试验数据处理时，按外推法推算出各级荷载下沉降速率达到慢法（该法请参考相关资料，《铁路工程地质原位测试规程》）相对稳定标准时所需的时间和相应的沉降。7.3.3、基本承载力б0的确定（1）、在绘制的lgp(荷载)-lgs（沉降）或p-△s/△p曲线上，取第一转折点所对应的荷载强度为б0；（2）、取相对沉降s/b值对应的荷载强度为б0，可按下表取值。土名黏性土粉土砂类土状态流塑软塑硬塑坚硬稍密中密密实松散稍密中密密实s/b0.0200.0160.0120.0100，0200.0150.0100.0200.0160.0120.008土的变形模量E0可按下式确定:E0=ω(1-μ2)bpa/sa其中，ω为承压板形状系数，圆形为0.79；μ为泊松比，碎石类土取0.25，砂类土和粉土取0.30；pa为比例界限压力，即p-s曲线上第一拐点压力，p-s曲线无直线段时，按0.5pu（地基极限承载力）取值；sa为与pa相对应的沉降；b为承压板直径（或宽度）。8．质量控制7.1遵守现行《铁路客运专线路基施工规范》、《铁路客运专线路基工程质量验收标准》及设计文件要求。7.2严把材料进场关，杜绝不合格材料进场。增大材料的检测频度，确保材料质量符合要求。7.3明确质量标准、操作规程和工艺流程。7.4严格按照选定的冲击压实遍数进行压实作业。7.5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。若工作面起伏过大，应停止冲压，用平地机平整后再施工。7.6选派责任心强的施工人员操作，以确保达到各工艺的技术要求，加强质量监督检查工作。7.7对冲碾过程中的每一道工序必须按施工要求做好记录。7.8加强施工过程中对地质的检测，出现冲碾达不到不合格的地质或区段，要采取换填等应对措施。7.9褥垫层拌和施工时，应选派经培训合格的机械工操作搅拌机，并选派专人负责各种材料的计量。9．安全措施8.1该区段属于三里强风区，所有施工机械必须经过强风检算，确保风天施工安全。各种设备必须按性能说明书使用，按操作规程进行操作，不得违章指挥、操作、不得超负荷工作，加强设备的维修和保养工作。8.2经常检查牵引车与冲击式压路机的联结销是否插好，液压油路的联结有无异常，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能缩到最短位置；确认一切正常后才能开始进行作业。8.3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。8.4冲击式压路机工作前方如有结构物应及时掉头，安全距离不小于5米。8.5冲碾完成后必须恢复路基面的横坡和平整度，采取相应的排水措施。8.6冲碾范围内的出入口应有醒目的安全标识，禁止无关车辆和人员出入。在不断绝交通的情况下应采取交通安全设施，设置交通标识。8.7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志。10．环保措施9.1严格执行国家及自治区政府有关环境保护、水土保持的规