動力壓密法補強路基質量控制及檢測方法

邵 華

（山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031）

引言

隨著西部大開發和一帶一路國家戰略政策的不斷推進，西藏交通事業也獲得了大發展的歷史機遇。一些國字頭大型的施工、管理企業也應勢進駐西藏建筑市場，帶來了內地的先進施工技術和管理經驗，但是西藏獨特的氣候地理環境，新的施工工藝要因地制宜，通過實踐檢驗才能應用發展。

路基補強是在路基壓實達到設計標準或規范要求后，為進一步提高路基壓實度，減小不均勻沉降和工后沉降，增強路基穩定性而進行的補充壓實。動力壓密法是路基補強的一種工法，該法是通過高速液壓夯實機進行路基補強作業。

1 動力壓密法

動力壓密法又稱動力加固法，是一種介于沖擊壓實與強夯之間的壓實方法。與沖擊壓實法、強夯法等傳統壓實方法類似，但又區別于其他壓實方法：（1）靜力壓實就是依靠輪碾自重及荷重進行壓實。（2）振動壓實是利用振動效應增強靜力碾壓的效果。（3）沖擊壓實是高頻率交替的夯擊力碾壓，該夯擊力仍是變力，是重力與變力的合力。（4）強夯是錘體直接高速撞擊地面，具有沖擊力大、衰減快的典型特征。（5）動力壓密法是在靜力壓實的基礎上，施加更大的動力來提高壓實質量，該動力是一種動態可變力。

2 高速液壓夯實機

高速液壓夯實機是動力壓密法主要應用機械，也叫“液壓夯實機”“沖擊夯實機”“液壓沖擊夯”等，與傳統的夯擊設備相比，具有機動靈活，夯實能量高且可調，影響深度大的優點。

2.1 高速液壓夯實機的結構組成

液壓夯實機由承載機構、夯架、夯錘、下錘頭、緩沖裝置、液壓系統、電子控制系統等組成。承載機構多選擇裝載機或挖掘機，提供動力輸出及位置轉移等；夯架起導向作用，與裝載機或挖掘機的動臂相連能使該裝置整體升降;夯錘與夯架的連接處均有凹槽，通過凹槽在夯架內上下運動，以保證錘擊的重心穩定；下錘頭與地面直接接觸，包含下錘體及墊板等；液壓夯實機液壓系統包括專用油缸、液壓管路、高低壓蓄能器、電磁換向閥等；電子控制系統是液壓夯實機的關鍵所在。

夯錘是與油缸的活塞桿相連，從液壓動力源來的高壓油通過油管供給油缸，利用油壓使夯錘下落，油缸下腔瀉油的同時上腔注入高壓油，使夯錘加速下落，根據不同的作業要求，可以選擇不同的下落高度來滿足不同需求。根據錘體下落方式的不同，高速液壓夯實機作業方式可分為自由落錘式和強制落錘式。自由落錘式：液壓缸將錘體提升至設定高度后釋放，錘體自由下落；錘體落下后通過錘墊擊打下錘體與夯板的組件，驅動夯板壓實地面。強制落錘式：液壓缸將錘體提升至設定高度后快速反向加力，錘體在重力和液壓缸推力的共同作用下加速下落；錘體落下后通過錘墊擊打下錘體與夯板的組件，驅動夯板壓實地面。

2.2 液壓夯實機的基本工作原理

重型夯錘在重力和助推力作用下，加速下落對土壤進行夯實，并在液壓缸的作用下實現快速的上下往復運動。在裝載機或挖掘機工作裝置的牽引下機動靈活地對不同位置進行準確、快速的壓實。從而滿足對夯實作業面積進行單點或連續的壓實要求。液壓夯實機產生的夯擊勢能可達54 kJ，夯擊勢能時的頻率可達15 ～17 次/分鐘，夯擊能可根據需要有低、中、強三檔選擇。擊實頻率也可以根據不同的工況設為自動與手動兩種不同的操作模式。高速液壓夯實機的優點是適應性強，可對壓路機或強夯機作用盲區是一種很好的補充。

高速液壓夯實機是一種利用機器重力和變力的合力壓縮土體的壓實機械，其壓實原理與沖擊式壓路機、強夯機類似，即制造出瞬時強大外力，土壤顆粒在猛烈的沖擊外荷載作用下，克服顆粒間的摩擦阻力產生滑動和滾動位移，移動填充到更細微、穩定的位置上去，從而產生空隙體積壓縮，土壤縫隙的減小即路基更加密實，見表1。

HRA40 高速液壓夯實機為一體式雙作用錘、5 英寸PLC 一體機控制，與5 t 裝載機配套使用。HRA40 的額定勢能40 kJ、錘體質量3.33 t、提升高度1.2 m、夯板直徑1 m（接地面積0.785 m2），提升高度可設為0.2 m、0.6 m、1.2 m 三個檔位。夯擊強度（檔位）、連擊次數可根據需要隨時設定，也可使用手動隨機夯擊。

表1 高速液壓夯實機技術參數

2.3 動力壓密法路基補強施工質量控制

高速液壓夯實機具有高蓄能多回路液壓集成系統，配套ZL50 型裝載機進行動力牽引，在施工中應用效果較好。

3 動力壓密法補強路基質量控制及檢測

3.1 試驗段檢測程序

選用西藏日喀則市某重點農村公路項目施工中的K2+880—K3+150 段成型路基作為試驗段，該段路基工期緊張，右側50 cm 寬水泥混凝土硬化路肩已施工完畢，但靠近硬化路肩的路基部位壓實不足；路基已按設計要求的壓實標準、平整度等進行了填筑作業。首先對該段路基進行了壓實度、平整度檢測。試驗段開始前，又讓施工班組對現場路基右半幅進行了交通安全封閉、表面整平，并對靠近硬化路肩的路基進行了灑水處理，目的防止表面粉塵化，影響夯擊能量向深層傳遞。（1）放出所選擇的夯點，用白灰標識并編號，并按編號測出每一點初始高程。（2）高速液壓夯實機按測量放樣的位置就位，使夯錘對準點位開始進行夯擊作業。布點方式采用各錘邊緣間距為30 cm，夯錘邊緣到結構物距離為20 cm。根據高速液壓夯實機夯實能分為弱、中、強3 檔劃分4 段，再根據選用不同的夯擊錘數3、6、9 次劃分3 段，見表2。（3）分別測量夯點的下沉量并記錄。（4）以每檔3 錘為一組，錘擊直至完成第6 次、9 次、12 次夯實，累加并記錄每3 錘的沉降量，通過試驗確定作業錘數。

表2 試驗段落劃分

3.2 施工中質量控制要點

正常施工過程中，單點錘擊數可根據實際沉降量適當調整。規定錘擊數的沉降量大于控制值時，應區別情況處理。（1）沉降量大于控制值20%以內時，在相鄰4 點間適當減少錘擊數補夯。（2）沉降量大于控制值20%～50%時，應在相鄰4 點補夯。（3）沉降量大于50%時，說明下層土體偏弱，局部開挖重填或其他加固措施。（4）單個夯點滿足夯擊標準要求后，移機進行下一點位，采用直線作業法。若施工位置為橋涵臺背路段，為利于機械的行走，適合采用直線作業法，即每次單點作業，前進或后退作業下一點。（5）施工時適合采取間隙型作業點布置：每個夯點邊緣間隔一定距離，呈等邊三角形布點，液壓高速夯實機作業點夯錘外緣距橋、涵結構物較小距離應根據現場試驗確定。一排施工點夯錘中心距離結構物為80 cm 為宜，確保結構物安全。（6）路基在實驗前不得進行補壓等臨時性增強措施；檢測點不得選擇在運土自卸車反復碾壓部位。

3.3 試驗段質量檢測

試驗中高速液壓夯實機的夯擊檔位、夯擊次數對補強夯實效果都是有影響，試驗段縱向每30 m 的等間距在路基補強范圍內布置9 個觀測點，分別設置在K2+890（弱檔）、K2+920（弱檔）、K2+950（弱檔）、K2+980（中檔）、K3+010（中檔）、K3+040（中檔）、K3+070（強檔）、K3+100（強檔）、K3+130（強檔），每個觀測點打入水泥釘以進行沉降觀測。在夯擊前、夯擊后3、6、9 次后用水準儀觀測路基高程，路基沉降量變形見表3。

表3 不同夯擊數下試驗段路基沉降量

從表3 中可以看出:（1）當采用強檔夯擊次數分別為3 次、6 次、9 次時，路基表面 平均沉降量分別為51 mm、88 mm、95 mm。（2）夯擊至第6 ～9次時，路基沉降量增幅已不明顯。（3）夯擊次數超過9 次后沉降量隨夯擊次數增加，沉降量不再繼續單調增大，而是進入波動狀態。分析認為，夯擊能量是從淺層向深層逐漸傳遞，下沉量開始由淺層變形量的疊加轉化為深層變形量的疊加，下沉量增大。由于有效厚度，當能量傳遞到一定深度后，將隨著夯擊數的增多，路基的密實系數增大，沉降量開始下降。隨后當密實到一定程度后，補夯對路基效果減弱，沉降量逐漸減小。

為驗證動力壓密法補強路基的有效性，對液壓夯實機不同錘擊次數的壓實度進行了現場試驗檢測。在試驗段選取 3 個點用灌沙法測試路基平均壓實度，夯擊前后的路基壓實度對比分析見圖1。可以看出，采用動力壓密法對路基增強補夯效果明顯。夯擊前路基平均壓實度為93.8%，采用強檔6 錘夯擊后壓實度提高到了98.5%，提高幅度為5.01%。

圖1 夯實機錘擊數與路基壓實度對比分析

4 結語

利用液壓夯實機補強路基，通過試驗檢測及數據對比分析，本試驗段最大平均下沉量達95 mm，對路基增強補夯補壓效果良好。根據工地實驗數據和夯實效果，從經濟性和實效性考慮，強檔6 錘的夯實作業效果較佳，在路基大部分施工位置采用強檔錘6 次的作業工藝，在結構物附近為避免對結構物造成損傷，采用中檔6 錘或9 錘的施工工藝。

對于大方量高填方路基、橋涵臺背回填處、路基碾壓盲區及弱碾區宜做補強壓實處理，特別對于施工工期短的填筑作業段，為減少工后沉降，更應進行路基補強。當然，根據工程造價、路基方量及施工便利度可選擇液壓夯實機、液壓振動夯實機、沖擊式壓路機、強夯機、超重噸位超大激振力自行式振動壓路機等不同的路基補強機械。除此之外，高等級公路還可以對新舊路結合部、路肩、邊坡、管道溝槽及回填夯實、管側及井口夯實、結構物基礎夯實等部位進行路基補強作業，減少路基病害的發生，增強路基穩定性，延長公路壽命。

路基補強對提高路基施工質量，預防路基下沉，提高路基整體承載力，增強路面抗早期破壞能力，延長路基使用壽命，減少后期運營養護成本等方面成效顯著。在西藏日喀則市農村公路某重點項目建設中橋涵臺背回填處及路基碾壓盲區（路基與硬化路肩結合處等）壓實補強的應用，通過現場試驗檢測及數據分析，實際應用效果較好。