沖擊壓實技術(shù)在水壩中的應(yīng)用

1、藍(lán)派沖擊壓實技術(shù)開發(fā)(北京)有限公派沖擊壓實技術(shù)簡介 發(fā)展歷史 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀 藍(lán)派沖擊壓實技術(shù)作用原理 土壤壓實原理 土壤壓實影響因素 藍(lán)派沖擊壓實作用機(jī)理 藍(lán)派沖擊壓實性能特點(diǎn) 藍(lán)派沖擊壓實影響因素藍(lán)派沖擊壓實技術(shù)應(yīng)用 應(yīng)用領(lǐng)域 相關(guān)案例結(jié)論發(fā)明：20世紀(jì)50年代，南非 工程師Berrange首創(chuàng)了連續(xù)式?jīng)_擊壓實技術(shù)及其設(shè)備。但由于當(dāng)時的工業(yè)發(fā)展對地基處理的要求不高，這一技術(shù)并未得到很好發(fā)展。1951年年Berrange在開普敦在開普敦工作的場景工作的場景發(fā)展：20世紀(jì)70年代，世界上許多國家都在進(jìn)行大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對壓實質(zhì)量及效率提出更高要求，藍(lán)派沖擊壓實

2、進(jìn)入發(fā)展階段。藍(lán)派沖擊壓實設(shè)備種類更加豐富。成熟：進(jìn)入21世紀(jì)，藍(lán)派沖擊壓實技術(shù)獲得廣泛認(rèn)同，目前南非藍(lán)派公司已在多個國家建立子公司，沖擊壓實業(yè)務(wù)遍布亞洲、北美、歐洲、澳洲等眾多國家 。 95年進(jìn)入香港機(jī)場，99年藍(lán)派公司成立。截止目前,藍(lán)派沖擊壓實技術(shù)已在全國28個省市近200個工程項目得到推廣應(yīng)用.應(yīng)用范圍廣泛,包括各等級公路路基,機(jī)場,水壩等。尤其在公路領(lǐng)域，該技術(shù)已經(jīng)納入新編規(guī)范。 壓實是通過施加外力使被壓實材料提高壓實度的過程。鋪筑材料的壓實過程，是向被壓實材料加載，克服松散多相材料中固體顆粒間的摩擦力、粘著力，排除固體顆粒間的空氣和水分，使各個顆粒發(fā)生位移、互相靠近，從而壓實度提高

3、。對鋪筑材料的壓實，一般都用周期性的加載。 對于同一種填料，影響其壓實質(zhì)量的因素有很多，主要影響因素為壓實功、土的含水量、每層鋪筑厚度以及壓實荷載作用時間。 （一）壓實功 （二）含水量 （三）鋪土厚度 （四）壓實荷載作用時間 實踐表明，對于同等大小的荷載，荷載作用時間越長，壓實效果越好，尤其對于較大的壓實荷載，壓實效果會隨施加荷載作用的時間增加而迅速增大。 作業(yè)中牽引機(jī)帶動壓實輪滾動，壓實輪輪廓曲線從最小半徑逐步增大，壓實輪與地表的接觸面積逐漸減小，壓實輪對填料施以揉壓作用。當(dāng)其滾動至最大半徑處時，出現(xiàn)一瞬間支持力等于重力的碾壓過程。隨后壓實輪滾動至下一輪瓣輪廓曲線最小半徑處，此時沖擊輪沿垂直

4、方向的線加速度遠(yuǎn)大于重力加速度，壓實輪沖擊地表土體，產(chǎn)生遠(yuǎn)大于沖擊輪自重的沖擊作用, 迫使被壓實材料結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，填料得到壓實。 藍(lán)派沖擊壓實的三種力學(xué)行為 1、壓實輪重心下落過程中對填料產(chǎn)生的巨大沖擊力； 2、壓實輪的沖擊力以及高速運(yùn)行過程中旋轉(zhuǎn)和跳動引起的周邊填料顆粒的振動，從而一定程度上促進(jìn)周邊顆粒的嵌填調(diào)整，有利于沖擊力發(fā)揮作用； 3、壓實輪靜重在滾動過程中對填料施加的揉壓碾壓作用。 （一）作用能量大 由于藍(lán)派沖擊壓實機(jī)的特殊作用機(jī)理，其壓實是一個低頻高幅的運(yùn)動過程，其作用頻率為1.5-2Hz，振幅為22cm，壓實輪具有很大的勢能；同時牽引機(jī)以12-15km/h左右的速度運(yùn)行，壓實輪具

5、有極大的動能。兩種能量之和遠(yuǎn)大于常規(guī)壓實設(shè)備的作用能量，由于沖擊式壓實機(jī)的作用能量大，從而對路基能夠產(chǎn)生更大的作用力，最大可達(dá)250t左右。 Duration of load (s)Soil responseVibratory RollersImpact Rollers0.12s0.02s振動式壓實機(jī) 沖擊壓實機(jī)荷載時間土壤反應(yīng)（二）荷載作用時間長（三）壓實影響深度大根據(jù)不同填料性質(zhì)及壓實標(biāo)準(zhǔn)，壓實厚度可達(dá)0.6-1.5m，而常規(guī)振動壓路機(jī)僅為0.3-0.5m。沖壓后地基強(qiáng)度隨深度逐漸減小，更符合道路使用過程中的受力狀態(tài)。常規(guī)振動壓路機(jī)處理后路基強(qiáng)度呈階梯變化。常規(guī)壓實設(shè)備與沖擊壓實設(shè)備作用深

6、度對比示意圖dd3d （四）對填料的要求放寬在同等含水量的情況下，沖擊壓實能較常規(guī)壓實設(shè)備獲得更大的壓實度。 能夠充分增大土壤孔隙水壓力，在有排水通道的情況下，加速水的消散。由于填筑厚度加大，因此可以放寬對填料粒徑的要求。（五）施工效率高沖擊壓實機(jī)運(yùn)行速度快，達(dá)12km/h左右，是常規(guī)壓實設(shè)備的3-5倍,填筑厚度是常規(guī)壓實設(shè)備的3倍左右,但碾壓遍數(shù)一般為常規(guī)壓實設(shè)備的3倍左右。每臺班可以壓實地基8,000立方米左右（虛方） 這對于在保證工程質(zhì)量的前提下，提高工程進(jìn)度具有重要意義。 不足：藍(lán)派沖擊壓實設(shè)備需要施工場面大于振碾需要場面，由于其作業(yè)是回轉(zhuǎn)錯輪法，邊角處處理不到，可以采用其它機(jī)具配合使

7、用。1211221221221121沖擊碾壓行駛路線及測點(diǎn)布置示意圖沖碾高程檢測點(diǎn)位置試驗線中心線路線中心 1、壓實輪質(zhì)量 沖擊壓實輪對土壤的壓實作用有沖擊、揉壓和碾壓三部分組成，在保證其它參數(shù)不變的情況下，壓實輪自重越大，所產(chǎn)生的沖擊力越大，而自重對揉壓、碾壓的作用也更大，因此在能夠保證作業(yè)速度的前提下，壓實輪重量越大越好。但壓實輪重量的增加會大大提高對牽引機(jī)的要求。 2、壓實輪輪瓣數(shù)量 輪瓣數(shù)量直接影響壓實輪的形狀和重心落距，瓣數(shù)越少，則落距越大，壓實輪在同等質(zhì)量和同等運(yùn)行速度的前提下就會獲得更大的沖擊力，但瓣數(shù)過少會造成壓實輪滾動翻起的阻力增大，同時對地表的擾動影響也會增加，從而影響作業(yè)

8、效率，并對牽引機(jī)造成很大的沖擊。因此輪瓣數(shù)一般為35個。 3、作業(yè)速度 根據(jù)經(jīng)驗，動荷載作用時間越長，則向深層傳遞的效果越顯著，因此在同樣的動荷載作用下，作用時間越長越好，但藍(lán)派沖擊壓實機(jī)與常規(guī)振動壓路機(jī)不同，作業(yè)速度越高，輪瓣在下落過程中受到的加速度就越大，由此產(chǎn)生更大的動荷載，輸出更大的壓實能量，從而對深層具有更好的壓實效果。但過高的速度對牽引機(jī)會提出更高的要求，同時會導(dǎo)致荷載作用時間減少，影響土壤的反應(yīng)時間，在某些情況下甚至對土壤的壓實是有害的，因此對于藍(lán)派沖擊壓實機(jī)，作業(yè)速度是一個比較矛盾的變量，速度快，壓實荷載大，即壓實功提高，但荷載作用時間短，會降低壓實效果，因此應(yīng)當(dāng)有一個合理的作

9、業(yè)速度，從現(xiàn)有工程經(jīng)驗來看，藍(lán)派沖擊壓實機(jī)1215km/h的作業(yè)速度是比較有效的。 沖擊壓實與振動壓路機(jī)對比沖擊壓實與振動壓路機(jī)對比作用能量大，壓實質(zhì)量高作業(yè)效率高適用范圍廣，能夠處理特殊路基沖擊壓實與強(qiáng)夯對比沖擊壓實與強(qiáng)夯對比作業(yè)效率高壓實更加均勻，而強(qiáng)夯表層1m左右擾動較大。造價低對填筑體進(jìn)行壓實（包括公路路基、機(jī)場場道、水壩以及其它建筑地基）填筑體檢測性增強(qiáng)補(bǔ)壓原地基沖擊碾壓舊水泥砼路面破裂、穩(wěn)固吹填海沙地基壓實路基填筑體壓實機(jī)場場道填筑體壓實路基增強(qiáng)補(bǔ)壓原地基沖擊碾壓 舊水泥砼路面破碎穩(wěn)固舊 路 拓 寬石 方 壓 實海 沙 處 理水壩填筑體壓實 混凝土面板堆石壩產(chǎn)生與發(fā)展的歷史與碾壓技

10、術(shù)的進(jìn)步密不可分.沖擊壓實機(jī)由于其更大的沖擊力、大振幅低頻率的振動、更深的有效深度、行駛速度快、工程造價低等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步推動了堆石壩的工程質(zhì)量和技術(shù)進(jìn)步。 洪家渡面板堆石壩填料為白云質(zhì)灰?guī)r和鮞粒灰?guī)r，2002年采用藍(lán)派沖擊壓實技術(shù)對墊層料、過渡料、堆石料共進(jìn)行5層、約9000m3的現(xiàn)場沖碾試驗。 填料沖碾機(jī)具設(shè)計干密度（g/cm3）設(shè)計孔隙率（%）試驗干密度（g/cm3）試驗孔隙率（%）加水量（%）行進(jìn)速度（km/h）鋪層厚度（cm）沖壓遍數(shù)墊 層五邊2.2019.12.2019.2表面濕潤148027過 渡三邊2.1919.72.23518.0151416027主 堆三邊2.1820.02.

11、2119.0151416027次 堆三邊2.1222.32.1919.55151416027主堆石經(jīng)沖壓后，小于80mm的顆粒含量為3050，小于5mm的顆粒含量為512,小于0.075mm的顆粒含量為23,都在設(shè)計包線范圍內(nèi)。表明沖壓機(jī)對填料破碎影響很小，沖碾后并未明顯增多，級配是連續(xù)的，且小于 0.075mm的顆粒含量增加很小，對滲透性不致造成影響。 滲透系數(shù)過渡料為0.288-0.323cm/s，主堆石料為0.394-0.441cm/s，均滿足自由排水的要求。 由于在滿足設(shè)計要求的前提下，采用藍(lán)派沖擊壓實技術(shù)的填筑厚度加大，同時完成每層填筑體壓實的時間縮短，可以大大提高工效，因此在整個大

12、壩的填筑中，藍(lán)派沖擊壓實技術(shù)得到了良好的應(yīng)用，目前洪家渡水電站運(yùn)行狀況良好。董箐水電站堆石填筑體填料為砂泥巖料，采用藍(lán)派三邊形沖擊壓實機(jī)分別采用不同遍數(shù)對不同厚度（120cm、140cm和160cm）的填料進(jìn)行沖碾試驗。在鋪厚160cm、沖碾27遍的情況下，干密度達(dá)到2.178，孔隙率19.93%。沖碾之后，填料顆粒級配有所變化，但變化較小，仍在設(shè)計包絡(luò)線之內(nèi)，數(shù)良好級配。碾壓方式灑水量層厚(cm)干密度(g/cm3)孔隙率()滲透系數(shù)(cm/s)三邊沖碾表面濕潤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 興義機(jī)場填料為白云巖，石料中粒徑超過0.6m的占80%，不均勻系數(shù)為5.1。經(jīng)用三邊輪沖擊壓實機(jī)沖壓，12遍時密度達(dá)到2.25g/cm3,28遍時達(dá)到2.35g/cm3,空隙率13%18%。而用激振力為50t的振 動壓實機(jī)做對比試驗，密度僅達(dá)到1

15、.92.1 g/cm3, 空隙率19%22%。 瀑布溝水電站礫石土心墻填筑體采用藍(lán)派沖擊壓實機(jī)進(jìn)行碾壓試驗，鋪厚60cm，采用三邊形與五邊形沖擊壓實機(jī)聯(lián)合沖壓20遍后，壓實度達(dá)到98%以上，滲透系數(shù)達(dá)到1x10-6 1x10-7 數(shù)量級。而同期采用18t凸塊碾所作的對比試驗，鋪筑厚度30cm，滲透系數(shù)只能達(dá)到1x10-5 1x10-6數(shù)量級。瀑布溝 藍(lán)派沖擊碾壓復(fù)核試驗檢測成果土料名稱鋪土厚度(cm)碾壓遍數(shù)(遍)含水量(%)干密度(g/cm3)全料(重型)垂直滲透系數(shù)(cm/s)最大干密度(g/cm3)最優(yōu)含水量(%)壓實度下層剔除80mm礫石土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礫石土摻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礫石土摻15%粘土60206.02.362.385.10.992.7E-06 1.3E-0660206.62.292.375.10.97剔除150mm礫石土60205.72.332.375.80.982.6E-06 1.7E-0660206.12.352.375.80.995.90E-07瀑布溝沖碾層間結(jié)合瀑布溝沖碾層間結(jié)合（回轉(zhuǎn)區(qū)）瀑布溝凸塊碾層間結(jié)合采用專業(yè)承包的方式 1、藍(lán)派公司在沖擊壓實技術(shù)方面的豐富經(jīng)驗。 2、藍(lán)派沖擊壓實設(shè)備的較高的操作要求和維護(hù)保養(yǎng)要求。 3、藍(lán)派公司充足的設(shè)備數(shù)量和