濱海公路潮差侵蝕路段路基填筑壓實及防護技術(shù)

錦州濱海公路潮差侵蝕路段路基填筑壓實及防護技術(shù)研究

“濱海公路潮差侵蝕路段路基路面及防護工程技術(shù)研究”是交通部西部交通建設(shè)科技項目，項目研究內(nèi)容有三項：地基處理與路基填筑技術(shù)；路基防護技術(shù)；路面結(jié)構(gòu)與材料研究。本稿根據(jù)錦州市濱海公路工程特點，確定西?？谥燎叭嵌蝺?nèi)K12+365－K13+000共635米填海路段為項目試驗段，整個項目的研究由省局項目辦主持，由錦州市公路處與哈爾濱工程大學(xué)組成課題組共同完成。下面，就前兩個項目研究及應(yīng)用情況匯報如下。錦州市濱海公路填海段效果圖

第一部分：錦州濱海公路潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)第二部分：錦州濱海公路潮差侵蝕路段防護工程第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)一、試驗路的自然狀況二、地基處理與路基填筑三、路基壓實方案的選擇及壓實工藝四、沖擊壓實工藝控制五、檢測結(jié)果及分析六、試驗的初步結(jié)論及注意事項

試驗段選擇在錦州濱海路K12+365－K13+000處，該處為填海段，距海岸線40～50米，路基頂面寬度43米，海底淤泥層厚0.6～1.0米，常潮位水深2.7米，最大潮位水深2.9米。在K12+700處設(shè)計有一座1孔10米小橋。1:1.51:2寬度43m平均填高2.9m臨海側(cè)背海側(cè)水位2.7m(2.9m)第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)一、試驗路的自然狀況二、地基處理與路基填筑三、路基壓實方案的選擇及壓實工藝四、沖擊壓實工藝控制五、檢測結(jié)果及分析六、試驗的初步結(jié)論及注意事項1、地基處理方案

根據(jù)地質(zhì)資料，該段海床淤泥層只有0.6－1.0m，所以我們采取拋石擠淤的處理方案。2、路基填筑方案

a.填料選擇及填筑過程

錦州填海路段，針對試驗段路基的浸水部分和非浸水部分采用不同的填筑材料及填筑方法。

浸水部分路基考慮到海水對其沖擊、腐蝕及路基的強度、穩(wěn)定及耐久性要求，我們采用粒徑較大的開山毛石，特別是迎海面，我們選用的毛石粒徑更大一些。因為開山毛石的強度較高，單軸抗壓強度都超過80MPa，足以支持上面部分的荷載；同時，石塊之間相互嵌擠，縱橫交錯，側(cè)向移動較難，保證填筑的路基相對較為穩(wěn)定；并且石塊之間存在著縫隙，有利于路基兩側(cè)的海水流通，減少海水對路基的沖擊和路基兩側(cè)水力梯度，可以充分保證路基的耐久性。

b.浸水路基填筑后需要解決的問題

根據(jù)路基施工規(guī)范的要求，路基必須密實、均勻、穩(wěn)定才能保證路面長年處于良好的服務(wù)水平，浸水填石路基由于條件限制，一般只能采取傾瀉拋填的方式填筑且一次性填筑厚度要超過2.9m，所以我們將面臨三個需要解決的問題：一是路基底部存在的淤泥質(zhì)軟弱地基不能得到有效加固引起的路基穩(wěn)定性問題；二是因水面以下路基不能分層壓實而引起的整個路基填筑體的強度問題；三是濱海公路工期緊張，而浸水填石路基填方工程量大，對壓實的工作效率也提出了較高要求。

浸水部分路基施工時，填筑方式為傾泄式填筑，讓填料按著自重方式自由下落，即沿著設(shè)計路線的中線向海中一步步填筑，然后再根據(jù)路基寬度的要求，由路線的中線向兩邊填筑，直到滿足路基寬度的設(shè)計要求。其上填筑一層山皮土找平路基面。

在非浸水部分選用級配、透水性良好、強度較高的山皮土，采用傳統(tǒng)的分層填筑、分層壓實方式進行施工。第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)一、試驗路的自然狀況二、地基處理與路基填筑三、路基壓實方案的選擇及壓實工藝四、沖擊壓實工藝控制五、檢測結(jié)果及分析六、試驗的初步結(jié)論及注意事項1、采用沖擊壓實技術(shù)

因為試驗段為填筑高度在3m左右、且基底淤泥質(zhì)軟弱地基在1米左右的浸水填石路段，經(jīng)過我們多次論證，該段適宜采用沖擊壓實技術(shù)進行碾壓，利用沖擊壓實設(shè)備巨大的作用能量在提高填筑體本身整體強度的同時也有利于下層大粒徑碎石嵌擠入淤泥質(zhì)軟弱地基中，加強排水擠淤的效果，從而提高路基的整體穩(wěn)定性，試驗證明這一技術(shù)的應(yīng)用取得了良好的壓實效果。2、沖擊壓實的作用原理

沖擊壓實技術(shù)主要是利用非圓形壓實輪在高速滾動過程中產(chǎn)生的巨大作用能量來實現(xiàn)對土體的壓實。對于土石填筑體的沖擊壓實，主要采用三邊輪沖擊壓實機，施工過程中牽引機拖動三邊形壓實輪以12～15km/h左右的速度對地表施以揉壓、碾壓和沖擊的綜合作用，從而對土體產(chǎn)生大振幅沖擊剪切，并以沖擊波的形式向下傳播，使一定深度范圍內(nèi)的土石顆粒產(chǎn)生振動響應(yīng)，進而克服土石顆粒之間的吸附力、粘聚力，使土石填料得到壓實。(見下圖)沖擊壓實作用原理示意圖

作用原理

作用原理沖擊壓實機作業(yè)現(xiàn)場實錄第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)沖擊壓實技術(shù)優(yōu)勢

作用能量大影響深度大對填料的要求放寬施工效率高

3、沖擊壓實技術(shù)優(yōu)勢

由于沖擊壓實機的特殊作用機理，其壓實是一個低頻高幅的運動過程，其作用頻率為1.5－2.0HZ，振幅為22cm，壓實輪具有很大的勢能；同時牽引機以12－15km/h左右的速度運行，壓實輪具有極大的動能。兩種能量之和遠大于常規(guī)壓實設(shè)備的作用能量，由于沖擊式壓實機的作用能量大，從而對基礎(chǔ)能夠產(chǎn)生更大的作用力，最大可達250T左右。

同樣因為沖擊式壓實機的巨大作用能量，因此較常規(guī)壓實設(shè)備有更大的作用影響深度，對于原基處理，影響深度可達3－4m左右。振動壓路機基礎(chǔ)強度在深度方向上發(fā)生階梯狀變化，而經(jīng)沖擊式壓實機處理的基礎(chǔ)，其強度沿深度方向逐漸遞減，更加符合道路使用過程中的基礎(chǔ)受力狀態(tài)。（見下圖）普通壓路機呈鋸齒分布的密度

沖擊式壓路機比較均勻的密度

第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)

沖擊壓實技術(shù)優(yōu)勢

作用能量大影響深度大對填料的要求放寬施工效率高

沖擊壓實設(shè)備產(chǎn)生的高能量，可以加大填層厚度，從而放寬對填料粒徑級配的要求，同時對填料的含水量要求也可以適當放寬在最佳含水量的±3%左右。

沖擊壓實機運行速度達12－15km/h左右，是常規(guī)振動壓路機的3－5倍，填筑厚度是常規(guī)振動壓路機的3倍左右，每臺班可以處理地基8,000－10,000m3左右（虛方），同時沖擊式壓實機調(diào)運靈活，不借助其它運輸設(shè)備可在幾十平方公里的場地范圍內(nèi)機動調(diào)運。

4、沖擊壓實技術(shù)優(yōu)勢第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)一、試驗路的自然狀況二、地基處理與路基填筑三、路基壓實方案的選擇及壓實工藝四、沖擊壓實工藝控制五、檢測結(jié)果及分析六、試驗的初步結(jié)論及注意事項

沖壓施工過程中應(yīng)做好速度控制和遍數(shù)控制。1.速度控制：

為保證沖壓質(zhì)量，要嚴格控制壓實機在沖壓過程中的運行速度，速度過慢，則沖擊力不足，難以對填筑體取得應(yīng)有的壓實效果；速度過快，則可能沖壓輪輪瓣頂點作用于路基表面后迅速離開，沖擊力沒有足夠的時間向下層路基傳遞，影響下層的作用效果。一般對于普通的土石路基，沖擊壓實機的運行速度應(yīng)遵循先慢后快、先輕后重的原則，沖壓初期速度控制在10～12km/h左右，待填筑體具有一定強度后速度提高到12～15km/h。工藝控制2、遍數(shù)控制：

應(yīng)根據(jù)“沉降收斂”的控制原則確定合理的沖壓遍數(shù)，避免過壓，否則不僅造成經(jīng)濟上的浪費，還有可能導(dǎo)致表層擾動層厚度增加，影響壓實質(zhì)量。同時對于填筑厚度較小且下層為淤泥質(zhì)軟弱地基的路段，在沖擊壓實機的巨大沖擊力的連續(xù)作用之下，軟弱地基的孔隙水壓力會迅速增大，當達到一定程度時，甚至?xí)霈F(xiàn)彈簧現(xiàn)象，為避免彈簧現(xiàn)象的發(fā)生，在沖碾過程中，要及時監(jiān)控工作面的變化，同時控制每次連續(xù)沖碾的遍數(shù)，適時停止沖壓或適當調(diào)整沖壓速度，一般應(yīng)待孔隙水壓消散趨于平穩(wěn)或者消散到最高孔隙水壓力的30%時，方可重新開始沖碾。第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)一、試驗路的自然狀況二、地基處理與路基填筑三、路基壓實方案的選擇及壓實工藝四、沖擊壓實工藝控制五、檢測結(jié)果及分析六、試驗的初步結(jié)論及注意事項

沖擊壓實施工過程中，以五遍為一個檢測單元，進行沉降量、承載板以及彎沉檢測，共沖壓二十遍。

1、沉降監(jiān)測

2、載荷試驗

3、彎沉檢測

結(jié)合現(xiàn)有施工規(guī)范的經(jīng)驗方法，沖擊碾壓采用“沉降收斂”的方式，即以若干遍數(shù)為一個檢測單元，檢測每個單元的沉降量小于某一規(guī)定的數(shù)值之后，認為沖擊壓實已經(jīng)達到了其作用效果，再繼續(xù)追加遍數(shù)意義不大。

隨著沖壓遍數(shù)的增加，總沉降量不斷增大，但每個檢測單元的沉降量逐漸減小，沉降趨于收斂，表明經(jīng)沖壓之后填筑材料的孔隙率不斷減小，壓實度不斷提高。

沖擊壓實施工過程中，以五遍為一個檢測單元，進行沉降量、承載板以及彎沉檢測，共沖壓二十遍。

1、沉降監(jiān)測

2、載荷試驗

采用直徑為30cm的承載板共進行了9個點的現(xiàn)場載荷試驗，共獲得了16組數(shù)據(jù)，沖碾20遍后計算回彈模量平均值達到79.8MPa。

從圖中曲線可以看出，沖壓5遍時回彈模量不升反降，但隨著沖碾遍數(shù)繼續(xù)增加，回彈模量又不斷提高，較沖碾之前提高達10%。初步分析是由于路堤頂層為40cm左右山皮土，沖碾之前，路基已經(jīng)振動壓路機碾壓并靜置了較長時間，路基表面以下幾十公分厚度范圍內(nèi)的土石填筑體形成了一定結(jié)構(gòu)強度，經(jīng)沖壓之后，這種結(jié)構(gòu)強度被破壞，使得回彈模量降低，但隨著沖碾遍數(shù)的增加，深層的填筑體被進一步壓實，路基的整體強度又不斷提高，從而回彈模量也逐步增大。

五、檢測結(jié)果及分析第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)

沖擊壓實施工過程中，以五遍為一個檢測單元，進行沉降量、承載板以及彎沉檢測，共沖壓二十遍。

2、載荷試驗

3、彎沉檢測

采用由于沖擊壓實機的作用特點，壓實輪輪瓣會對沖壓工作面表面產(chǎn)生水平剪切作用，造成表層材料的擾動，工作面起伏不平，因此經(jīng)沖壓后的工作面必須進行整平，并采用振動壓路機碾壓2~3遍后方可進行彎沉檢測。

為了驗證表層土石混填材料的結(jié)構(gòu)強度對彎沉結(jié)果的影響，在沖壓后3天和30天，分別采用5.4m貝克曼梁對整個沖碾試驗段進行彎沉檢測，測試車輛為后軸軸載100kN的載重車輛。

樁號沖壓后3天彎沉（左幅）0.01mm沖壓前3天彎沉（右幅）0.01mm沖壓后30天彎沉（左幅）0.01mm沖壓后30天彎沉（右幅）0.01mm左輪右輪左輪右輪左輪右輪左輪右輪K12+4751461661141461081008080K12+450130168110130748090100K12+42516426417216014011086100K12+40020617816415212813096104平均值160.6100.4標準差40.119.4代表彎沉值（0.01mm）240.8139.2K12+400—K12+500沖壓后不同時間的彎沉測試結(jié)果

從彎沉檢測結(jié)果可以看出，沖壓之后在確保良好整平和振動壓路機碾壓之后，彎沉結(jié)果能夠滿足280（0.01mm）的彎沉設(shè)計要求，并且由于表層40cm左右的土石混填材料在經(jīng)過較長時間的靜置后，形成一定的結(jié)構(gòu)強度，而這一層厚又對彎沉測試結(jié)果具有重要影響，因此30天后重新檢測得到更好的彎沉測試結(jié)果，所有測點的彎沉測試結(jié)果均較之前的測試結(jié)果大幅度減小。

五、檢測結(jié)果及分析第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)一、試驗路的自然狀況二、地基處理與路基填筑三、路基壓實方案的選擇及壓實工藝四、沖擊壓實工藝控制五、檢測結(jié)果及分析六、試驗的初步結(jié)論及注意事項

1.從各項檢測數(shù)據(jù)可以看出，使用沖擊壓實技術(shù)對填筑厚度在3m左右、淤泥深度1m左右的浸水填石路堤具有良好的壓實效果，在技術(shù)上是可行的；而且沖擊壓實的造價與振動壓實造價基本相當，不到強夯的二分之一，在經(jīng)濟上是合理的；同時在確保施工質(zhì)量的前提下，采用沖擊壓實技術(shù)可以加快施工進度，其施工效率是常規(guī)振動壓路機的3－5倍，是強夯的5－8倍。綜上所述，沖擊壓實技術(shù)在技術(shù)、經(jīng)濟、效率等方面具有明顯的優(yōu)勢，值得我們在今后的類似工程中進行推廣應(yīng)用。

2.由于填筑材料及工程地質(zhì)的多樣性，目前還不能建立壓實厚度、壓實遍數(shù)以及壓實質(zhì)量之間較為明確的相關(guān)關(guān)系，為保證施工質(zhì)量，對于類似工程，應(yīng)根據(jù)路基周邊環(huán)境、淤泥厚度以及路基填筑材料及厚度，在進行沖擊壓實之前選取有代表性的路段做一試驗段，通過試驗段取得最佳遍數(shù)、工作速度、間隔時間等相關(guān)數(shù)據(jù)，由此確定合理的沖擊壓實施工參數(shù)。六、試驗的初步結(jié)論及注意事項第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)3.由于路基在沖壓結(jié)束后，表面會起伏不平，尤其是路基較薄弱的位置起伏更大，同時會存在一定厚度的擾動層，為了避免降雨而造成路基表面積水，影響路基質(zhì)量，要對沖壓完工后的路段及時整平并采用振動壓路機進行碾壓，此后方可進行彎沉、承載板等相關(guān)檢測。六、試驗的初步結(jié)論及注意事項第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)4.用承載板和彎沉檢測來對沖擊壓實的作用效果進行評價存在一定的隨機性，尤其是沖壓之后馬上測量的效果往往與靜置一段時間后的效果相差很大，因此在采用這兩種方法對壓實效果進行評價時一定要結(jié)合其它的測試手段，對數(shù)據(jù)進行綜合分析后方可做出結(jié)論。六、試驗的初步結(jié)論及注意事項第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)

5.采用“沉降收斂”的方法對沖擊壓實的施工過程進行控制是一種方便有效的措施，為了達到最佳的壓實效果，沉降收斂值應(yīng)越小越好，但考慮到目前沉降觀測的精度，將兩個相鄰單元的沉降量小于0.5－1cm作為收斂值是合適的。需要強調(diào)的是，采用沉降收斂控制的前提是沖擊壓實機的作業(yè)速度是合理的，速度過慢，則沖擊力不足，很有可能沖壓幾遍就達到了所謂的“沉降收斂”，但實際上路基還遠沒有壓實。六、試驗的初步結(jié)論及注意事項第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)

6．填石路堤表面填筑一定厚度的細粒材料，不僅有利于為沖擊壓實機提供良好的工作面，使沖擊壓實機獲得較大的速度，同時也可避免沖擊壓實輪直接作用在大粒徑碎石上給設(shè)備造成損害，因此建議在具備條件的地方，填筑體表層盡可能鋪筑30cm左右的細粒材料。六、試驗的初步結(jié)論及注意事項第一部分：潮差侵蝕路段路基填筑與壓實技術(shù)第二部分：潮差侵蝕路段防護工程為解決柔濱海公鏟路迎海肅側(cè)路基嗎的消浪慨、防護拘及抗冰配破壞等畫問題，粉我們多惡次邀請鬧哈爾濱諷工程大萍學(xué)和大留連理工照大學(xué)專塊家到現(xiàn)詢場調(diào)研藥，在反阿復(fù)論證炒的基礎(chǔ)免上，結(jié)莫合實際清情況，互確定采胸用柵欄銹板防護沫和六角?？招膲K饅防護二疑種技術(shù)花方案。高同時充資分考慮絹了防腐恢、防凍呆、海浪角沖刷等宗因素對臟砼預(yù)制批件的影面響，進圾行了施粘工圖設(shè)月計及砼呼配合比憲設(shè)計，幼設(shè)計圖豬如下：第二部分芳：潮差侵膛蝕路段防烏護工程第二部龜分：潮部差侵蝕夸路段防洽護工程甲型柵括欄板平召面圖杜乙錄型柵欄籍板平面全圖六角空卵心塊平疼面圖第二部分呢：潮差侵濫蝕路段防唐護工程柵欄板之防護俯樂視圖第二部咽分：潮援差侵蝕獅路段防漁護工程六角塊與躲柵欄板防女護俯視圖第二部柔分：潮蕉差侵蝕抹路段防鞠護工程防護橫況斷面圖第二部懷分：潮聲差侵蝕安路段防蟲護工程截止目場前，哈報工大已戶完成了窮兩種防炒護方案鴿的相關(guān)貧驗算和糖設(shè)計工援作，施載工單位源也完成益了部分巧防護板錫塊的預(yù)畏制和鋪采筑工作活（見下之圖）。柵欄板防幻玉護實景圖刷柵欄板符與六角塊歸防護效果沉圖第二部第分：潮胃差侵蝕聽路段防域護工程通過計算太分析及實堵際觀測，岡我們總結(jié)泊出柵欄板甜、六角塊潮防護具有廚以下特點置：1、在消浪瞧能力方釋面：由于柵比欄板、六烘角塊的粗隸糙率和滲升透率都比賠較大，通亂過計算它匯比一般的勁混凝土預(yù)跟制件的摩顯擦系數(shù)大副得多，因陣此，在消運能方面作漲用明顯。簡另外，應(yīng)詠用柵欄板校、六角塊怒做護面體許可以極大株的降低波年浪的爬高挺值，從而曬可以降低背路堤填筑攝的高度?；宜晕覀兠J為，這兄二種防護探形式均是暫消能作用退明顯、外宵型美觀的煩護面體。第二部分超：潮差侵姜蝕路段防蒜護工程2、在防護作摘用方面：由于許柵欄板雙的體積擾都在3立方米意以上，奶其質(zhì)量獵約7.5噸，厚度謎為0.5米；六吊角塊體積昆在1立方米以弊上，質(zhì)量脊約2.5噸，厚度穗為0.5米，從搖柵欄板半、六角儲塊的體抵積、質(zhì)北量和厚霉度這幾遣個指標摘上來看位都超過鐘了根據(jù)活海洋水燙文資料切所計算亦的護面糊體的指字標要求修，滿足鎮(zhèn)了防護蘇設(shè)計的這要求。第二部循分：潮湊差侵蝕究路段防蒙護工程3、抗冰破壞虜?shù)哪芰Γ簴艡诎?、現(xiàn)六角塊均喂采用標號楊為C35的混凝土窄預(yù)制，通受過計算，尋錦州地區(qū)狗冬季海洋糠中的冰塊票對護面體取的作用力予小于護面益體所能承羞受的作用目力，即使無按最不利跑的情況計濁算，假設(shè)位所有的冰脈力均作用