論橋涵臺背回填高速液壓夯機補強施工技術

王林海

（貴州橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

橋涵臺背段壓實施工是路橋項目碾壓施工難點區(qū)域，大噸位壓實機碾壓振動功率過大，易對臺背造成破壞，小噸位壓路機碾壓振動功率不足，無法滿足臺背段壓實度要求，影響路橋項目運營期服役性能。高速液壓夯實設備具備可調夯擊能量的功能，且機身相對較小，能夠滿足狹小碾壓作業(yè)面夯實作業(yè)需求，兼具大噸位壓路機的夯實功率及小型壓路機機動性，利用高速液壓夯實機補強臺背欠壓區(qū)，可解決臺背段壓實度不足的問題[1-3]?；诖耍撐囊劳芯唧w工程，對橋涵臺背回填高速液壓夯機補強施工技術展開研究，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 高速液壓夯實機的工作機理

高速液壓夯實機由液壓系統(tǒng)提供夯擊能量，控制系統(tǒng)為電子控制，可根據(jù)夯實作業(yè)需求設置不同夯擊力度檔位，有步進夯實、連續(xù)夯實兩種作業(yè)模式。

（1）高速液壓夯實機夯錘重3.35 t，夯板直徑1.14 m，行程0.2~1.2 m，夯擊勢能為40.2 kJ，夯擊頻率30~80次/min；施工前按夯擊作業(yè)面設計壓實度、作業(yè)面面積等，設置夯實機作業(yè)參數(shù)，設備在電子控制系統(tǒng)控制下，可自動按照設置參數(shù)進行夯實施工。

（2）高速液壓夯實機夯錘在液壓系統(tǒng)作用下提升至一定高度，在夯錘重力、液壓蓄能器作用下，將夯錘重力勢能通過緩沖傳力裝置轉化為夯板夯擊動能，碾壓夯實土體，在液壓缸快速反復作用下，形成對作業(yè)面土體的持續(xù)、快速夯擊碾壓；設備在裝載機驅動下，可準確、快速夯實作業(yè)面不同夯實點位，單點影響半徑約為100~120 cm，作用深度約為200~300 cm，有效壓縮深度可達120~200 cm。高速液壓夯實機作業(yè)原理見圖1所示。

圖1 高速液壓夯實機工作原理

2 液壓夯實機施工工藝

2.1 填土要求

臺背處宜采用工程性質優(yōu)良、質地較輕的優(yōu)質路基填土，并嚴格按照設計及規(guī)范要求展開分層填筑、壓實，壓實設備噸位不得低于32 t，嚴禁使用高液限土、細粒土等工程性質不良土方填筑臺背[4]。

2.2 分層填筑碾壓

施工前，必須將施工組織報告上報監(jiān)理單位驗收審批，并嚴格按照已審批施工組織方案施工，確保填料粒徑、最佳含水量、松鋪厚度、施工機具組合等符合相關規(guī)范及施工設計方案要求，保證臺背填筑、碾壓施工質量。

壓實厚度控制在15 cm左右。

2.3 填后高程與壓實度檢測

通道墻身位置，使用紅漆按10 cm精度涂刷刻度線，作為臺背填方控制、臺背沉降觀測線。涵臺背按施工規(guī)范及設計要求涂刷防水瀝青。土方回填8層后，測定一次頂面高程，每側臺背測定4次。

每層回填土方碾壓完畢后，按2或1點/（50 m2）測定回填土方壓實度，確保臺背回填土壓實度符合設計要求。

2.4 液壓夯施工夯擊范圍

（1）平面夯擊范圍：1）涵臺臺背段，按施工圖紙標定尺寸規(guī)劃出回填區(qū)域范圍；2）填方段蓋板涵部位，底面為基礎內(nèi)緣1 m按1∶1坡率放坡至涵墻身頂面；3）圓管涵部位，每側填土長度要求大于孔徑長的1倍，填土高度大于孔徑的1倍和管壁厚度的2倍；4）夯擊范圍確定后，撒布石灰標注[5]。

（2）豎向夯擊范圍：1）涵洞基地至蓋板頂部高程，試壓施工都填厚分別為80 cm、120 cm、160 cm、200 cm，根據(jù)試驗施工測試結果，確定夯實層厚參數(shù)；2）單點夯擊遍數(shù)為兩遍，每遍夯擊3次，夯錘沖程為120 cm。夯點布置見圖2。

圖2 液壓夯實機夯點布置

（3）夯擊順序：墻身向臺背、從兩側向中間、從低處向高處的順序夯擊。

（4）夯擊力：高速液壓夯實機夯錘重3.35 t，設置沖程參數(shù)為120 cm，可算得夯錘夯擊力為F=387 kN。

（5）夯擊頻率：單點夯擊2遍，每遍夯擊3次，即每個夯點夯擊6次。

（6）夯擊標準：每遍夯擊施工完畢后，測定夯點沉降數(shù)據(jù)，兩遍夯擊完成后沉降差值≤1 cm視為壓實度合格。

（7）夯擊效率；96區(qū)夯實補強后，壓實度可達97%~99%，經(jīng)高速液壓夯實機補強壓實后沉降約6 cm。

2.5 相對沉降與壓實度檢測

（1）單夯點施作完第1、2、3……遍壓實后（每遍夯擊3次），測定夯點高程，計算夯擊前后相對沉降及總沉降數(shù)據(jù)。

（2）測定臺背補強區(qū)域中間層壓實度，列表分析夯擊補強前后壓實度差異[6]。

（3）根據(jù)列表中沉降數(shù)據(jù)、壓實度數(shù)據(jù)，繪制相對沉降與壓實度變化曲線。

2.6 修整或復壓

每節(jié)段液壓夯實施工完畢后，對夯實基面進行清理、修整；若工況循序，可采用大噸位壓路機復壓一遍，為后續(xù)節(jié)段回填碾壓施工順利開展奠定良好基礎。每個施工節(jié)段長度設置5.1~5.5 m為宜；按上述工序循環(huán)作業(yè)至臺背施工至設計標高。

2.7 施工注意事項

（1）夯擊補強施工階段，為防止夯錘夯擊能量過大破壞橋涵結構，要求夯點距構造物距離不得小于30 cm，確保結構物填層邊部穩(wěn)定性。

（2）結構物頂部填土厚度不足3.0 m時，嚴禁開展夯實施工，避免夯擊施工破壞結構物。

（3）填層表面過于干燥時，為防止填料表面粉塵化，可向填層表面適量灑水，確保夯擊能量傳遞向深層填料。

3 應用案例

3.1 工程概況

某高速公路工程長90.17 km，以該工程某拱涵（4 m×4 m）臺背段為例，進行液壓夯實補強施工。

3.2 液壓夯實施工檢測方法及標準

3.2.1 檢測方法

（1）沉降檢測：分別測定夯點夯擊1遍（每遍夯擊3次）、2遍后的標高數(shù)據(jù)，計算測點沉降量。

（2）壓實度檢測；前后兩遍夯沉值≤10 mm時，測定夯擊面以下1 m土層壓實度。

3.2.2 液壓高速夯實質量檢測標準

高速液壓夯實補強施工階段，待前后兩遍夯沉量差值≤10 mm，測定夯擊補強面1 m深土層處壓實度，要求補強壓實后土層壓實度提升約1%~3%[7]。

檢測各夯點壓實度數(shù)據(jù)，及時補夯壓實度不足的點位。

3.3 檢測結果及分析

試驗段高速液壓夯實補強施工參數(shù)：沖程1.2 m。夯擊2遍，每遍夯擊3次，夯實補強后的沉降量、壓實度檢測數(shù)據(jù)見表1~3所示。

表1 某拱涵臺背回填液壓高速夯實

從表中數(shù)據(jù)可知，高速液壓夯實機可有效補強臺背段，提升臺背沉降段壓實度，消除工后沉降問題，降低道路服役期跳車病害發(fā)生概率。

分析不同分層厚度補強效果可知，不同分層厚度補強后壓實度、夯實前后標高差值變化較小，綜合高速液壓夯實補強施工效率、施工成本，建議分層厚度為1.6 m，即沒完成1.6 m厚填層補強一次；高速液壓夯實機施工參數(shù)設置如下：夯實檔位：高檔位；夯錘沖程1.2 m；夯實遍數(shù)2遍（每遍夯擊3次）；涵臺、橋涵處每施工節(jié)段長度分別設置為6 m、8 m[8]。

表2 某拱涵臺背回填液壓高速夯實壓實度檢測

表3 拱涵臺背回填液壓高速夯實反挖壓實度檢測

4 技術效果對比分析

案例工程試驗段施工數(shù)據(jù)顯示，高速液壓夯實機補強效果顯著。傳統(tǒng)臺背路堤段，常規(guī)分層填筑碾壓施工的基礎上，采用該文確定的高速液壓夯實機實施夯實補強，壓實度可提升約1%~3%，補強后沉降約5~6 cm，工后沉降平均減小約2.0 cm[9]。同時，試驗段施工發(fā)現(xiàn)，臺背路堤填筑材料工程性能也是影響臺背段路堤工后沉降的重要因素，受填土材料容重影響較大，相同壓實、補強工藝不同容重材料工后沉降約為2.0~8.0 cm，隨回填材料容重增加，臺背路堤工后沉降隨之增加[10]。不同橋頭跳車防治技術工藝效果見圖3。

從圖3可知，高速液壓夯實機補強施工技術可有效減小臺背填方路堤工后沉降，降低橋頭跳車病害發(fā)病概率。

圖3 橋頭跳車的防治技術

5 結論

該文依托具體工程，研究了橋涵臺背路堤回填高速液壓夯實補強施工技術，驗證了該技術在橋頭跳車病害治理領域的工程效果?；谏鲜鲅芯?，高速液壓夯實補強施工技術平均工效為100 m2/（2 h），夯擊作用深度為2 m，96區(qū)臺背回填路堤壓實度增加約1%~3%，夯擊補強前后沉降約為6 cm，工后沉降可減小約2 cm，橋頭跳車治理效果顯著；同時，相較于傳統(tǒng)強夯設備，高速液壓夯實機操作更加便捷，有效工作時間與工作間隙明顯縮短，對工期基本無影響。