高速液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)技術(shù)研究

程 翀

(山西省交通運(yùn)輸廳公路交通工程定額站，山西 太原 030006)

0 引言

高速液壓夯實(shí)機(jī)是一種機(jī)動(dòng)靈活、高強(qiáng)度、高效率逐漸被廣泛使用的新型夯實(shí)機(jī)械，可用于短路基、橋涵墻背、路基邊角處的補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)作業(yè)。近年來雖然高速液壓夯實(shí)機(jī)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用越來越廣泛，但目前對(duì)高速液壓夯實(shí)機(jī)的應(yīng)用研究多集中在補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)石料或砂礫料方面，對(duì)其在黃土填筑路基補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)中的應(yīng)用研究較少。

1 高速液壓夯實(shí)機(jī)加固機(jī)理及適用范圍

1.1 高速液壓夯實(shí)機(jī)工作原理

根據(jù)錘體下落方式的不同，高速液壓夯實(shí)機(jī)可分為自由落錘式和強(qiáng)制落錘式，其工作原理如圖1所示，自由落錘式(單作用)：在主機(jī)驅(qū)動(dòng)下通過液壓缸將夯錘提至設(shè)定高度后釋放，錘體在自重作用下自由下落，落下后通過緩沖傳力裝置夯擊靜壓在地面上的夯板，以錘體沖擊力與機(jī)器自重的合力通過夯板壓縮土體，從而達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)的作用；強(qiáng)制落錘式(雙作用)：與自由落錘式不同之處在于液壓缸將夯錘提至設(shè)定高度后，迅速向錘體反向加力，錘體在自重和液壓缸反向推力作用下加速下落，以更大的沖擊力通過夯板壓縮土體，以達(dá)到更好的壓實(shí)效果。

1.2 高速液壓夯實(shí)機(jī)性能特點(diǎn)及適用范圍

高速液壓夯實(shí)機(jī)作用力峰值較小，作用柔和，且作用時(shí)間較長(zhǎng)，能夠防止揚(yáng)塵及填料的飛濺。與振動(dòng)碾壓相比，高速液壓夯實(shí)機(jī)具有較強(qiáng)的貫穿力，作用范圍較深，在一定深度范圍內(nèi)夯實(shí)密實(shí)度較均勻。高速液壓夯實(shí)機(jī)通過先進(jìn)的液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)夯實(shí)，夯擊能量分為強(qiáng)、中、低三檔，夯擊檔位可根據(jù)需要自行選定，夯擊頻率分為手動(dòng)與自動(dòng)兩種操作模式，連擊次數(shù)可以根據(jù)需要自行設(shè)定，也可通過手動(dòng)控制隨機(jī)夯擊，并且在主機(jī)(通常為裝載機(jī))牽引下能方便、快捷地完成換位或轉(zhuǎn)場(chǎng)工作。

高速液壓夯實(shí)機(jī)可用于多種地形及多種作業(yè)方式，特別適合高等級(jí)公路路基填筑的夯實(shí)處理。高速液壓夯實(shí)機(jī)在高等級(jí)公路施工中主要用于對(duì)達(dá)標(biāo)路基的補(bǔ)強(qiáng)及直接夯實(shí)，以減小路基的工后沉降，主要應(yīng)用部位為橋臺(tái)涵背填土、填挖結(jié)合部、高填路基、新舊路基結(jié)合部及加寬部、雞爪沖溝、沖壓盲區(qū)、不便或不宜使用強(qiáng)夯的部位等，以及其他需要補(bǔ)強(qiáng)或直接夯實(shí)的部位。

2 高速液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)黃土路基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

2.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)概況

試驗(yàn)依托山西某高速公路黃土路基施工現(xiàn)場(chǎng)，該路段地基土為一般新黃土具有代表性。在現(xiàn)場(chǎng)采用泰安恒大機(jī)械有限公司第三代夯神牌HC42高速液壓夯實(shí)機(jī)對(duì)其在黃土路基施工中的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究。HC42高速液壓夯實(shí)機(jī)為雙作用液壓錘，與裝載機(jī)配套使用，采用電腦控制、液壓加力，沖擊強(qiáng)度多級(jí)調(diào)控，共分3個(gè)檔位。

由高速液壓夯實(shí)機(jī)工作原理可知，其夯實(shí)效果主要取決于夯錘質(zhì)量、夯錘提升高度、夯擊次數(shù)、夯點(diǎn)布設(shè)形式等因素。由于機(jī)器出廠后夯錘質(zhì)量即已確定，故本文采用工程現(xiàn)場(chǎng)HC42高速液壓夯實(shí)機(jī)進(jìn)行不同檔位、不同夯擊次數(shù)、不同夯點(diǎn)間距的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究各因素對(duì)黃土路基補(bǔ)強(qiáng)效果的影響。

2.2 夯擊檔位對(duì)夯實(shí)效果影響

HC42高速液壓夯實(shí)機(jī)共分3個(gè)檔位，為研究不同檔位對(duì)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)效果的影響，在新舊路基結(jié)合部碾壓達(dá)標(biāo)的路基表面，采用梅花式布設(shè)夯點(diǎn)，夯點(diǎn)中心間距為150 cm，即鄰近夯點(diǎn)邊緣間隔50 cm。對(duì)不同的點(diǎn)分別采用Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ檔夯擊18次進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，每夯擊3次使用水準(zhǔn)儀觀測(cè)一次下沉量，每檔位條件下取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行下沉量觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果可以看出，Ⅲ檔補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)效果最好，Ⅱ檔次之，Ⅰ檔補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)效果最差。由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，Ⅲ檔夯擊3遍的效果即超過或接近Ⅰ檔與Ⅱ檔夯擊效果。因此，使用HC42高速液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)黃土路基時(shí)，宜采用Ⅲ檔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)，效率最高。

2.3 夯擊次數(shù)對(duì)夯實(shí)效果影響

為研究高速液壓夯實(shí)機(jī)夯擊次數(shù)對(duì)夯實(shí)效果的影響，在扶壁式擋土墻墻背回填黃土路基碾壓后，選擇Ⅲ檔分別在不同點(diǎn)位進(jìn)行6次、9次、12次、15次、18次、21次、24次的夯擊試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中每夯3錘觀測(cè)一次夯沉量，夯實(shí)完成后對(duì)不同夯擊次數(shù)用環(huán)刀在夯點(diǎn)中心不同深度處取樣檢測(cè)壓實(shí)度。

2.3.1夯沉量

從每點(diǎn)夯擊不同次數(shù)引起的夯沉量來看，使用HC42高速液壓夯實(shí)機(jī)對(duì)黃土路基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)，根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)位置及壓實(shí)質(zhì)量要求的不同，同時(shí)考慮補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)施工效率，每點(diǎn)夯擊次數(shù)以12次～18次為宜，且最后3錘引起的夯沉量不宜大于1 cm～1.5 cm。

2.3.2壓實(shí)度

補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)完成后，在夯擊不同次數(shù)的夯點(diǎn)中心不同深度處取樣檢測(cè)壓實(shí)度，從夯擊不同次數(shù)引起的壓實(shí)度變化來看，使用HC42高速液壓夯實(shí)機(jī)對(duì)黃土路基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)，根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)位置及壓實(shí)質(zhì)量要求的不同，同時(shí)考慮補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)施工效率，補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)厚度不宜過大，每填筑1 m～1.5 m即需補(bǔ)強(qiáng)一次，每點(diǎn)夯擊次數(shù)以12次～18次為宜。

2.4 夯點(diǎn)間距對(duì)夯實(shí)效果影響

為研究夯點(diǎn)間距對(duì)夯實(shí)效果的影響，在墻背回填黃土路基碾壓后，布設(shè)夯點(diǎn)間距分別為1.25 m,1.5 m,1.75 m,2.0 m進(jìn)行夯擊試驗(yàn)，夯點(diǎn)布設(shè)形式為梅花式。根據(jù)前面試驗(yàn)結(jié)果，每點(diǎn)夯擊次數(shù)取為18次，每夯擊3次觀測(cè)一次夯沉量。夯擊完成后，在夯點(diǎn)中心、夯點(diǎn)邊緣、兩點(diǎn)間隔中心不同深度處用環(huán)刀取樣檢測(cè)其壓實(shí)度。

2.4.1夯沉量

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果分析，從考慮夯沉量的角度看，補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)不同位置時(shí)，夯點(diǎn)中心間距均不宜超過1.5 m，且夯點(diǎn)中心間距應(yīng)隨壓實(shí)質(zhì)量要求的提高而減小，每點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)夯擊次數(shù)不應(yīng)少于12錘，以最后3錘引起的夯沉量小于1 cm～1.5 cm為宜。

2.4.2壓實(shí)度

補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)作業(yè)前，選擇兩個(gè)點(diǎn)檢測(cè)初始?jí)簩?shí)度。對(duì)中心間距不同的夯點(diǎn)夯實(shí)完成后，將表面虛土鏟除，在夯錘中心、夯錘邊緣、兩夯點(diǎn)中間不同深度處取樣檢測(cè)壓實(shí)度，從試驗(yàn)結(jié)果及分析可知，夯點(diǎn)中心間距對(duì)深層范圍內(nèi)的土體壓實(shí)度有一定影響，尤其是對(duì)兩夯點(diǎn)作業(yè)間隙土體壓實(shí)效果影響較大。故從考慮壓實(shí)度的角度看，補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)不同位置時(shí)，同時(shí)考慮施工效率及補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)的均勻性，夯點(diǎn)間距不宜超過1.5 m，且夯點(diǎn)間距應(yīng)隨著壓實(shí)質(zhì)量要求的提高而減小，必要時(shí)可進(jìn)行緊密作業(yè)。

3 高速液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)黃土路基質(zhì)量控制方法與標(biāo)準(zhǔn)

使用HC42高速液壓夯實(shí)機(jī)對(duì)黃土路基不同部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)，補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)厚度以1.0 m～1.2 m為宜，對(duì)路基壓實(shí)質(zhì)量要求不高時(shí)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)厚度可為1.5 m，補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)宜采用Ⅲ檔，夯擊次數(shù)以12次～18次為宜，夯點(diǎn)布設(shè)為梅花式，夯點(diǎn)中心間距不得超過1.5 m，且最后3錘夯沉量不宜大于1 cm～1.5 cm。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及分析，制定黃土路基不同部位采用HC42高速液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)施工質(zhì)量控制方法與標(biāo)準(zhǔn)如下，為高速液壓夯實(shí)機(jī)在補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)黃土路基中的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

3.1 橋臺(tái)涵背

每分層填筑1 m進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)一次，夯點(diǎn)采用梅花式滿布或夯點(diǎn)中心間距為1.2 m，采用Ⅲ檔15錘～18錘，且最后3錘夯沉量不宜大于1 cm，夯點(diǎn)邊緣與橋臺(tái)等結(jié)構(gòu)物的距離不宜小于20 cm，具體大小需根據(jù)結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度而定，縱向補(bǔ)強(qiáng)范圍應(yīng)超出過渡區(qū)1 m～2 m。

3.2 新舊路基拼接部、擋墻墻背

新舊路基拼接部每填筑一個(gè)臺(tái)階厚度補(bǔ)強(qiáng)一次，強(qiáng)度較高的墻背每回填1.5 m補(bǔ)強(qiáng)一次，夯點(diǎn)邊緣與墻背距離不宜小于50 cm，夯點(diǎn)采用梅花式布設(shè)，夯點(diǎn)中心間距1.2 m，采用Ⅲ檔15錘～18錘，且最后3錘夯沉量不宜大于1 cm。橫向補(bǔ)強(qiáng)范圍按照1排～2排布點(diǎn)。

3.3 高填方短路基、雞爪沖溝、填挖結(jié)合部及其他部位

每分層填筑1.5 m進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)一次，夯點(diǎn)采用梅花式布設(shè)，夯點(diǎn)中心間距1.2 m～1.5 m，采用Ⅲ檔12錘～15錘，且最后3錘夯沉量不宜大于1.5 cm。填挖結(jié)合部補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)范圍向外延伸不少于3 m。

上述各個(gè)部位補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)完成后，須用機(jī)械將路基表面約20 cm厚度的沖擊虛土全部鏟除并刮平，使用光輪壓路機(jī)或小平板夯收壓整平后進(jìn)行下一道工序施工。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)高速液壓夯實(shí)機(jī)加固機(jī)理及性能特點(diǎn)的分析，研究了不同夯擊檔位、夯擊次數(shù)、夯點(diǎn)間距對(duì)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)效果的影響。結(jié)合補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)位置的不同，提出了相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)技術(shù)參數(shù)，為HC42高速液壓夯實(shí)機(jī)在黃土路基補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)中的應(yīng)用提供技術(shù)參考，建立了相應(yīng)的質(zhì)量控制方法及標(biāo)準(zhǔn)。