冲击碾压施工工艺

～冲击碾压施工工艺

1、概论：冲击压路机是一种新式路基压实机械，1997年5月首次在北京八达岭高速公路补强中应用，同时，国内的科研及工程机械单位也开始研制生产，并将产品投放市场，对路基压实质量的提高产生了很强的推动作用。2005年10月，河南山岛机械有限公司生产的山岛冲击式压路机成套压实设备，首次应用于重庆遂渝无碴高速铁路试验段路基施工，取得明显效果。为了有效提高路基压实度，太原铁路局在新建太原至兴县铁路（太原至静游段）采用山岛冲击压实机械进行路基补强，通过路基试验段施工取得试验参数，分析冲击压路机在路基补强中的作用。

2、工程简介：太兴铁路TXXS-2标段多为黄土路基，湿陷等级Ⅰ～Ⅱ级，湿陷性质分自重与非自重两种。根据设计要求，非自重湿陷性黄土路基基底处理措施为：挖方地段：基底冲击碾压20遍;填方地段：基底冲击碾压40遍。自重湿陷性黄土路基基底处理措施为：挖方地段：基底冲击碾压40遍，填方地段：基底采用重锤夯实。以黄土作为填料的路堤，每填筑1.0m追加冲击碾压20遍。本标段冲击碾压面积286639平方米。结合本标段实际情况，在大面积进行冲击碾压作业前，在娄烦车站站场填方进行试验段施工，冲击碾压选择DK78+293～DK78+430段的冲沟内进行。该段为Ⅱ级自重湿陷性黄土，填方地段基底采用重锤夯实。使用挖方土作为填料，按照设计要求黄土路基每填筑1.0m追加冲击碾压20遍。冲击碾压试验在黄土路基填筑完成1.0m后进行。

3机械构成及压实作用原理

本标段采用的河南山岛机械有限公司生产的的SD30（三边）冲击式压路机，牵引机械选用60型冲击压路机牵引机。其冲击轮宽度为2×900mm，质量为16T，最大冲击力能达到25千焦，处理深度最大为5m，动力为400马力。它是集传统的静碾压实、振动压实和打夯机压实三种功能于一身的新型压实设备。

3.1冲击压路机的主要机械构造组成

山岛冲击式压路机主要由“拖架、摇臂、三叶凸形轮”三部分组成，在这三部份之间的相互联结中间设置了多级缓冲结构，牵引轴处采用缓冲弹簧，摇臂限位处采用缓冲橡胶块，另一端采用缓冲油缸和贮能器，冲击轮与拖架之间采用橡胶套连结，摇臂轴处设举升后，冲击轮由拖架上的四个橡胶轮支撑，作为短途转场及跨越桥涵构筑物之用。

现国内所使用的冲击压路机多以“三叶形”为主，由轮式或履带式的大马力牵引车拖动，行驶速度9～15km/h。由于冲击的能量及运行的动力均来自于牵引机械的动力输出，故牵引功率较大，在240～480马力范围内。

3.2冲击压实原理

压路机在工作中，当牵引车拖动三边弧形轮子向前滚动时，压实轮重心离地面的高度上下交替变化，产生的势能和动能集中向前、向下碾压，形成巨大的冲击波，通过三边弧形轮连续均匀的冲击地面，使土体均匀致密。在此过程中，三边压实轮每旋转一周，其重心抬高和降低三次，对地面产生夯实冲击和振动作用三次。具体冲击作用过程可分为两个阶段：

第一阶段

在牵引的作用下，压实轮依靠与地面的摩擦力沿外廓曲线向前滚动，重心处于曲线最低点时，再向前滚动，重心开始上移，牵引力带来的动能转化成压实轮的势能和动能，并且缓冲机构开始作用，使蓄能器的缓冲液压缸收缩，蓄能器蓄能，具体表现为压实轮的运动滞于机身运动。

第二阶段

当压实轮重心处于曲线最高点向前滚动时，压实轮的势能开始转化为动能，蓄能器缓冲液压

缸伸张，蓄能器中的压力能释放，转化为压实轮的动能。具体表现为压实轮的运动快于机身运动，补偿前一阶段滞后的位移，而且由于压实轮的特殊结构，其重心除了具有向前的线速度外，还有一个向下的线速度，直至压实轮另一条曲线的最低点接触地面，向下的线速度达到最大，动能达到最大。当压实轮的另一条曲线与地面接触时，开始对地面产生冲击夯实作用。牵引车的工作速度越大，使在第一阶段中蓄能器的缓冲液压缸收缩越大，蓄能越多。在第二阶段中释放的能量转化为压实轮的动能越大，对地面产生冲击夯实的动能也越多，激振的效果也越好。根据经验和山岛冲击式压路机设计行车速度要求，碾压速度以10～12km/h 为宜。

对于一般路基的非饱和土，冲压轮着地时由于动能释放，在冲压轮下的局部面积（约

0.60m×0.80m）产生瞬时的冲击动荷载，向下传递快速挤密深层土颗粒；同时冲击能量以震动波的形式在弹性半空间中传播，使土颗粒相互靠拢，排出孔隙中的气体与水，土颗粒重新排列而挤密压实。

由此可见，山岛冲击压路机的压实原理可归类为轻型强夯，这种夯法结合了压路机连续工作的特点，即把强夯用夯锤一点一点上下夯击方式变连续滚动式的夯击，故有方便简单的特点及较高的工作效率。

4冲击压路机的压实功效及经济性能

冲击压路机由于较大地增加了压实功，25KJ三叶形山岛冲击压路机的压实功是振动压路机的10倍，所以压实影响深度及有效压实度都有成倍增加。压实影响深度是5m，有效压实厚度1.0～1.5m,可广泛应用于土石路基的填筑及补强，尤适合于补强(详见下表4-1)。

表4-1冲击压路机与强夯、普通压路机的路基适用性、经济指标的对比

项目

冲击压路

机(YCT25)

强夯普通压路机

压实原理

冲击轮滚

动产生的

动势能转

换成冲击

路基的动

能，压实路

基、冲压能

量为25KJ。

压实原理

与强夯相

同。有效压

实深度1～

1.50m。

用具有较大势能的重锤(1000～8000KJ)下

落转变成动能，对地基产生动荷载及震动

波，挤密压实土体。有效加固深度4～15m。

静力压路机为轮下的静压力对路基产生压

应力压实土体，有效压实厚度为0.2～

0.25m。振动压路机为振动压力波向深层传

递，压实路基,有效压实深度0.3-0.5m。

压实工效

工作速度

12～

20km/h。每

小时可压

实面积为：

20000㎡

/h。按有效

压实厚度

1.00～

每小时的夯实面积为:15～25㎡/h。按轻

型强夯加固深度4m计，压实工效为:60～

100m3/h。

工作速度3～6km/h。按压实厚度0.4m,压实

遍数5遍计，压实工效为:240～360m³/h。