敖卓鐸

1 工程概況

廣梧高速河口—平臺段，河口—雙鳳段是國家重點公路規(guī)劃第18橫向路線廣東省廣州至云南昆明的一段。起點位于云浮市云城區(qū)河口鎮(zhèn)，接廣梧一期高速公路，終點與蒼郁高速公路相連，全長98.49 km。該項目全線分河口—雙鳳段、雙鳳—平臺段，其中雙鳳—平臺段被列入交通部、廣東省聯(lián)合勘察設(shè)計典型示范項目，以及廣東省交通廳首批科技示范工程。我省建成的高速公路大部分橋涵臺背均出現(xiàn)不同程度工后沉降，從而導(dǎo)致“跳車”現(xiàn)象，滿足不了行車安全、舒適、暢通等要求。本項目盡量減少橋涵臺背的工后沉降，確保行車安全、舒適，但本項目沿線缺乏透水性填料和水密法用的水源，要想達到上述要求比較困難。廣梧高速公路有限公司委托廣東恒建高速公路發(fā)展有限公司利用該公司擁有的高速液壓夯實技術(shù)，結(jié)合沿線透水性不良的填料，利用高速液壓夯實機進行補強的作用機理、施工工藝以及質(zhì)量檢測方法展開試驗研究。

2 目的與方法

2.1 目的

廣梧高速公路沿線缺乏透水性填料，臺背涵側(cè)采用非透水性填料(粉土質(zhì)砂)進行填筑，由于振動壓路機在臺背附近部分路基不能振動碾壓，使其壓實度不易滿足要求，故而通過高速液壓夯實機進行補強，以達到臺背涵側(cè)路基的壓實標(biāo)準(zhǔn)。而采用夯實機對不同填料進行夯實補強時，應(yīng)用不同夯實工藝。本次試驗主要針對現(xiàn)場典型填料圍繞高速液壓夯實機進行補強的作用機理、施工工藝以及質(zhì)量檢測方法展開。主要研究如下內(nèi)容:

1)明確地基基底承載力要求和試驗填料特性;2)分析夯實機補強作業(yè)效果，確定相應(yīng)試驗填料的夯實機補強施工工藝;3)形成臺背涵側(cè)路基施工工藝和質(zhì)量檢測方法的建議。

2.2 高速液壓夯實機

液壓高速夯實機為機—電—液壓一體化產(chǎn)品，由夯錘、夯架、夯腳、液壓驅(qū)動裝置、電器系統(tǒng)等組成。夯架采用可相對移動的雙層嵌套式結(jié)構(gòu)及帶緩沖墊的夯腳，可懸掛在挖掘機、裝載機等機體上，由承載設(shè)備提供液壓動力。其工作原理是:用液壓缸將夯錘提升至一定高度后釋放，夯錘在重力和液壓力的作用下快速下落，打擊靜壓在地面上帶緩沖墊的夯腳，再通過夯腳夯擊地面，并在液壓缸的作用下實現(xiàn)快速的上下往復(fù)動作。

3 試驗情況

3.1 填料土性試驗

取試驗段典型填料50 kg進行室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗，包括液塑限、顆粒級配分析、擊實試驗、CBR試驗等，以掌握填料的性狀。

3.2 現(xiàn)場夯實試驗

3.2.1 試驗段區(qū)段劃分

結(jié)合現(xiàn)場施工情況，試驗工點選擇在廣梧高速公路K63+913通道橋1號臺臺背路基，路基填筑高度4 m。

試驗工點按照補強路基高度劃分為3個區(qū)段，即2.4 m，3.0 m和3.4 m，每個區(qū)段長度分別為9 m，并在每個區(qū)段進行兩種夯實勢能的試驗，即二檔和三檔。

3.2.2 傳感器布置與測試方法

1)夯實前傳感器的埋設(shè)及測試。試驗前，對應(yīng)3個區(qū)段基底進行基本承載力測試。

試驗段先通過壓路機進行正常碾壓填筑，然后采用夯實機進行補強。在壓路機逐層碾壓過程中進行傳感器埋設(shè)和土的物理力學(xué)指標(biāo)測試，埋設(shè)傳感器包括動態(tài)土壓力盒和裝配式沉降板，測試夯實過程中在豎向方向的動應(yīng)力傳遞和對橋臺的側(cè)向動應(yīng)力。物理力學(xué)指標(biāo)測試包括含水量和密度，以得到夯實前不同深度處的壓實度。由于K63+913通道橋橋臺為懸臂式，其夯實機夯實過程中對橋臺混凝土產(chǎn)生受拉的位置位于橋臺底部外側(cè)，因而外側(cè)底部混凝土面粘貼應(yīng)變片。

路基通過壓路機正常壓實達到試驗高度后(3個臺階高度分別為2.4 m，3.0 m，3.4 m)，采用輕型動力觸探測試基本承載力，每個區(qū)段測試2點，測點在試驗段均勻分布，得到夯實前不同深度處的基本承載力，試驗測點避免重復(fù)，同時避開傳感器埋設(shè)位置。

2)夯實過程的測試。在夯實補強過程中，進行動應(yīng)力、沉降變形、臺背混凝土應(yīng)變和基本承載力測試。二檔區(qū)每夯實4次后測試變形和基本承載力各1次，三檔區(qū)每夯實3次后測試變形和基本承載力各1次，每個區(qū)段基本承載力測試布置2點，測點不重復(fù)。同時，每次夯實時均進行動應(yīng)力和混凝土應(yīng)變測試。

3)補強后開挖測試。夯實補強結(jié)束后，每個區(qū)段先進行輕型動力觸探試驗，從側(cè)面向工點中部進行垂直開挖，測試不同深度處的密度和含水量。

3.3 施工工藝

1)路基填筑前，對基底范圍內(nèi)的地表雜土、樹根等進行清除，對基底整平壓實，壓實度不小于90%。同時，對基底基本承載力進行測試，對于基底承載力低于150 kPa的位置需要進行加強。2)現(xiàn)場填料與試驗選用的填料一致。3)臺背填筑范圍，橋臺臺背填土長度不應(yīng)小于臺高的3倍～4倍。4)使用機械，在橋臺周圍1 m以外使用18 t以上壓路機分層填筑，分層填筑的每層壓實厚度不大于25 cm，振動碾壓(不少于8遍)。1 m范圍內(nèi)進行靜壓(不少于8遍)。5)壓實不同路基高度后，采用夯實機進行補強，夯實過程中進行相關(guān)的測試。安全施工距離是從夯實作業(yè)中點到臺背的距離，已有臺背夯實試驗結(jié)果表明，該距離為60 cm，夯實機夯錘半徑為50 cm，即夯錘與臺背的最小距離為10cm。夯錘布點方式采用梅花樁式，錘心與錘心相距150 cm，兩個作業(yè)點邊距為50 cm。6)夯實結(jié)束后進行相關(guān)檢測。夯實后路基基底承載力應(yīng)達到180 kPa以上。

3.4 試驗結(jié)論

1)臺背涵側(cè)路基采用夯實機進行補強，能提高路基壓實度，減小路基沉降，臺背混凝土拉應(yīng)變遠小于其限值，是一種有效的補強方法，試驗提出的施工工藝是較為合理的，采用的填料是可行的。2)夯實機工作時對路基產(chǎn)生的最大動應(yīng)力受夯實勢能、夯實路基高度和路基模量等因素影響，而夯實勢能是主要影響因素。夯實機產(chǎn)生的動應(yīng)力隨夯實次數(shù)的增加而增大，隨夯實路基高度增加略有增大，隨夯實勢能的增大而增大，一檔、二檔和三檔夯實產(chǎn)生的動應(yīng)力變化趨勢基本一致。3)夯實機產(chǎn)生的豎向動應(yīng)力隨深度增加而迅速減小，應(yīng)力主要影響深度在2.0 m～2.5 m。夯實機在2.5 m深度處的影響寬度約為1.5 m。4)路基相同深度處壓路機產(chǎn)生的動應(yīng)力約為夯實機的16.0%～20.0%，小型打夯機產(chǎn)生的動應(yīng)力約為夯實機的3.1%～3.9%。5)路基夯實后承載力增大主要在2.5 m范圍內(nèi)，二檔和三檔區(qū)在2.5 m范圍內(nèi)的平均基本承載力分別約增大20 kPa和 30 kPa，夯實路基越高，基本承載力增大越小。6)路基沉降量隨夯實次數(shù)增大而增大，其增長率隨次數(shù)而減小，沉降量隨深度逐漸減小;變形量主要發(fā)生在1.5 m范圍內(nèi)。7)路基面壓實度隨夯實次數(shù)增加而增大，Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ三區(qū)路基在二檔和三檔分別作用16次和12次后壓實度增大2.4%，1.9%，2.1%和3.5%，2.7%，2.5%。壓實度沿深度變化主要發(fā)生在2 m左右的范圍內(nèi)。8)夯實機夯實時，臺背混凝土主要發(fā)生彈性變形，最大應(yīng)變隨夯實次數(shù)略有增大，均不超過10 μ ε。

3.5 試驗建議

1)從本次試驗路基沿深度方向的豎向應(yīng)力、基本承載力、沉降量及壓實度等方面的變化可知，夯實機在本工點路基的影響深度范圍為2.5 m，建議路基夯實高度取2.5 m以內(nèi)。2)建議臺背路基夯實工藝采用二檔12錘或三檔9錘，夯錘布點方式采用梅花樁式，兩錘心相距1.5 m，夯錘與臺背的最小距離為0.1 m。3)建議采用輕型動力觸探儀檢測夯實效果，碾壓路基夯實后基本承載力平均值應(yīng)提高20 kPa，本工點碾壓路基夯實后基本承載力應(yīng)達到180 kPa。4)針對本試驗工點采用的粉土質(zhì)砂為臺背路基填料，盡管其壓實性能滿足要求，為確保其水穩(wěn)定性，建議試驗工點臺背路基夯實填筑至設(shè)計標(biāo)高-20 cm后，填筑20 cm厚碎石(自然級配，最大粒徑不大于5 cm)，且中間夾鋪一層土工布，以增強路基防排水能力。

4 項目的經(jīng)濟效果和社會效果

本項目的推廣可以解決山區(qū)高速公路施工中在缺乏透水性良好的回填料和水源情況下，利用高速液壓夯實機作用機理優(yōu)點，把公路沿線符合要求的土源利用好，加快建設(shè)進度，縮短工期，節(jié)約造價近60%(回填中粗砂水密法與填土夯實補強經(jīng)濟效益比較)，有著明顯的社會效益。

5 技術(shù)應(yīng)用

通過本次對第7合同段K63+913通道橋1號臺臺背用粉土質(zhì)砂回填，利用高速液壓夯實機補強，同時加做一層碎石防水層，既能達到規(guī)范要求的壓實度和水穩(wěn)定性，又能加速工后沉降，使橋臺在營運中達到相對穩(wěn)定，減少“跳車”現(xiàn)象，確保行車安全和舒適，同時能利用沿線充足的土源，降低成本、節(jié)約造價。綜上所述，廣梧高速公路河口—平臺段第10合同段～第18合同段在拱涵涵背前后10 m及擋土墻墻背5 m內(nèi)均廣泛利用高速液壓夯實機補強處理。