謝永利，劉毅鑫，王 東

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064; 2.中交二公局東萌工程有限公司，陜西 西安 710119)

0 引 言

近年來(lái)，隨著中國(guó)公路交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)公路質(zhì)量的要求逐漸提高，然而目前公路橋涵過(guò)渡段仍舊存在大量的橋臺(tái)跳車現(xiàn)象。橋臺(tái)跳車現(xiàn)象是由于路橋過(guò)渡段處于剛性橋臺(tái)與柔性路堤的銜接處，橋臺(tái)與路堤間剛度不同，兩者之間產(chǎn)生的差異沉降而造成的，所以減少甚至消除路橋過(guò)渡段的不均勻沉降是當(dāng)下公路工程亟需解決的工程問(wèn)題。

大量學(xué)者對(duì)路橋過(guò)渡段不均勻沉降成因機(jī)理進(jìn)行了研究[1-5]，其中蔣關(guān)魯?shù)萚1]對(duì)路橋過(guò)渡段進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，指出在進(jìn)行不同程度的地基處理后均存在不均勻沉降現(xiàn)象。涂仁盼等[2-3]利用由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得出的對(duì)數(shù)模型研究了路橋過(guò)渡段沉降規(guī)律。陳虎[4]揭示了路橋過(guò)渡段沉降最大處服從指數(shù)衰減的函數(shù)關(guān)系。牛富俊等[5]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，指出坡向與過(guò)渡段沉降相關(guān)性最大。部分學(xué)者研究了解決此問(wèn)題的處置方法，通過(guò)將Netlon土工網(wǎng)、土工格室柔性搭板、路基加筋處理、EPS輕質(zhì)填料、復(fù)合地基等運(yùn)用到工程實(shí)際中，很好地減弱了過(guò)渡段差異沉降產(chǎn)生的不利影響[6-14]。目前處理差異沉降問(wèn)題多采用強(qiáng)夯法加固地基，強(qiáng)夯法施工是由法國(guó)的Menard公司首創(chuàng)的一種處理地基的方法[15]。許多研究工作者對(duì)強(qiáng)夯法加固機(jī)理和夯擊參數(shù)等進(jìn)行了研究，其中龔福初等[16-19]研究了各項(xiàng)夯擊參數(shù)對(duì)于強(qiáng)夯有效加固效果的影響。Tarawneh等[20]采用液壓夯技術(shù)處理沙漠地質(zhì)公路，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)后土體自身抗液化系數(shù)明顯提高，處理土層厚度可達(dá)4～5 m，顯著提高了地基承載力。Allouzi等[21]利用有限元模型模擬了液壓夯處理砂土地基的過(guò)程，認(rèn)為該地基經(jīng)過(guò)30次夯擊作用后，若繼續(xù)夯擊10次，地基僅獲得1%的改善效果。

本文針對(duì)級(jí)配碎石填筑的路橋過(guò)渡段，結(jié)合土中測(cè)試元件，對(duì)壓路機(jī)與液壓夯施工時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)荷載進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析了振動(dòng)荷載與沖擊荷載下同一測(cè)試層中的應(yīng)力分布特征，研究了振動(dòng)荷載與沖擊荷載沿豎直方向的傳遞規(guī)律。

1 測(cè)試方法

1.1 元件介紹

本次試驗(yàn)采用BX-7型電阻式壓力盒(圖1)，其具有靈敏度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適用于路基、擋土墻、隧道等工程動(dòng)、靜態(tài)的測(cè)試。

圖1 土壓力盒安裝

電阻應(yīng)變片是電阻應(yīng)變測(cè)試中將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件。應(yīng)變片測(cè)取應(yīng)變的工作原理是基于金屬絲的應(yīng)變電阻效應(yīng)，即金屬絲的電阻R隨其機(jī)械變形而變化的一種物理特性。設(shè)金屬絲長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面面積為F，電阻率為P，根據(jù)電阻公式(1)，電阻式壓力盒將電阻應(yīng)變片用一定特性黏結(jié)劑膠黏在受力膜上，當(dāng)受力膜受力變形時(shí)，黏結(jié)在受力膜上的電阻應(yīng)變片也隨之變形，并產(chǎn)生相應(yīng)的電阻變化，其表達(dá)式為

R=PL/F

(1)

ΔR/R=ΔL/L

(2)

式中：ΔR為電阻應(yīng)變片的電阻變化；ΔL為彈性元件表面電阻應(yīng)變片的長(zhǎng)度變化。

1.2 設(shè)備參數(shù)

本次路橋過(guò)渡段現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)使用的機(jī)械為壓路機(jī)和液壓夯，性能參數(shù)如表1，2所示，壓路機(jī)往返過(guò)程中碾壓寬度為2.17 m，整個(gè)橋背填料的碾壓需分3次完成；液壓夯錘錘腳的直徑為1 m，夯擊面積約為0.25π m2，錘擊沖程可調(diào)，在0～1.2 m之間，最大沖擊能為36 kJ。

表1 振動(dòng)壓路機(jī)性能參數(shù)

表2 液壓夯性能參數(shù)

1.3 元件埋設(shè)

針對(duì)本次級(jí)配碎石填筑的路橋過(guò)渡段，采用分層埋設(shè)電阻式壓力盒的方式(圖2)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓夯、壓路機(jī)工作時(shí)的荷載值。本次試驗(yàn)選取橋背中間區(qū)域，為了研究填料深層處的荷載傳遞情況，共埋設(shè)3層測(cè)試元件，每層間距為45 cm，其中第1分層處上覆填料厚度為120 cm，填料頂面標(biāo)高為0 cm，第1分層的標(biāo)高為-120 cm，第2分層的標(biāo)高為-165 cm，第3分層的標(biāo)高為-210 cm。同一層壓力盒按照梅花形分層布設(shè)，其間距為1.0 m，同一層中電阻式壓力盒編號(hào)分別為Ⅰ～Ⅴ，具體布設(shè)方式如圖3所示。在本文中出現(xiàn)的電阻式壓力盒編號(hào)均以層數(shù)結(jié)合平面編號(hào)的形式表示，如1-Ⅳ號(hào)電阻式壓力盒為第1分層土中Ⅳ號(hào)電阻式壓力盒。同時(shí)為了下文清晰表達(dá)出荷載隨深度變化的規(guī)律，將3層土之間相互對(duì)應(yīng)的3個(gè)電阻式壓力盒分為一組，本次試驗(yàn)共有5組，沿深度走向的每一組電阻式壓力盒命名為第n路徑，如1-Ⅰ號(hào)、2-Ⅰ號(hào)、3-Ⅰ號(hào)依次向下為第①路徑，以此類推，其余4條路徑皆以此方式進(jìn)行組合。

圖2 測(cè)試元件空間布設(shè)

圖3 測(cè)試元件平面布設(shè)圖

電阻式壓力盒的埋設(shè)分為4個(gè)步驟(圖3)：①精確定位，在填料碾壓、夯擊密實(shí)后，通過(guò)臺(tái)背中心參照點(diǎn)，找出5個(gè)壓力盒位置點(diǎn)；②埋設(shè)元件，在整平的填料表面，利用挖槽工具，在已標(biāo)記好的壓力盒位置點(diǎn)挖出直徑為0.15 m、高為0.1 m的坑槽，在坑槽底部放上細(xì)料后整平，之后將略大于壓力盒直徑的鐵片放在細(xì)料上方，最后將壓力盒置于鐵片上，利用水平泡將其調(diào)平，調(diào)平后用細(xì)砂覆蓋住整個(gè)坑槽，并將每個(gè)壓力盒標(biāo)記好；③整理測(cè)線，壓力盒接口處測(cè)線用2 m長(zhǎng)的土工布將其圍繞裹好，并使用綁扎帶系好系牢，防止夯擊時(shí)將其剪斷，待壓力盒埋設(shè)完畢后，挖出坑道，將測(cè)線沿坑道、臺(tái)背、臺(tái)耳依次順延至橋臺(tái)背面，并將其裹好以防雨水浸濕；④覆蓋保護(hù)，最后一步使用細(xì)料將壓力盒與坑道測(cè)線進(jìn)行覆蓋，并使用工具將細(xì)料填土整平壓實(shí)，以達(dá)到保護(hù)作用。

2 填筑方法與材料

2.1 填筑方法

級(jí)配碎石填筑之前需使用挖掘機(jī)與整平機(jī)將臺(tái)背底面整平，之后采用分層填筑結(jié)合分層碾壓的方式對(duì)臺(tái)背進(jìn)行回填，按照標(biāo)準(zhǔn)施工章程，臺(tái)背每15 cm填筑1次，共填筑3層，填筑到45 cm時(shí)，壓路機(jī)先碾壓密實(shí)，之后液壓夯會(huì)進(jìn)一步以15擊數(shù)進(jìn)行滿夯，最后填筑下一層級(jí)配碎石填料。

2.2 填筑材料

本次路橋過(guò)渡段使用級(jí)配碎石填料，其級(jí)配如表3所示，臺(tái)背碾壓順序?yàn)樽耘_(tái)前向臺(tái)后分層碾壓，并嚴(yán)格控制分層厚度與密實(shí)度，錐坡填土與臺(tái)背填土同時(shí)進(jìn)行，并按照設(shè)計(jì)寬度一次填足。

表3 級(jí)配碎石的顆粒粒徑范圍

3 動(dòng)荷載傳遞規(guī)律

3.1 振動(dòng)荷載下同一測(cè)試層中的應(yīng)力分布特征

由壓路機(jī)施工示意圖與壓路機(jī)前進(jìn)過(guò)程中(圖4)第1分層平面振動(dòng)荷載特征(圖5)可知，1-Ⅰ號(hào)與1-Ⅳ號(hào)壓力盒最先受到壓路機(jī)振動(dòng)碾壓作用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到1-Ⅰ與1-Ⅳ號(hào)壓力盒最先達(dá)到峰值荷載，分別為98.3，68.5 kPa，之后壓路機(jī)碾壓到1-Ⅴ號(hào)中心點(diǎn)壓力盒上，峰值荷載達(dá)到68.5 kPa，最后受到壓路機(jī)振動(dòng)碾壓的為1-Ⅱ與1-Ⅲ號(hào)壓力盒，峰值荷載分別為65.2，109.6 kPa。

圖4 壓路機(jī)行進(jìn)示意圖

圖5 壓路機(jī)前進(jìn)過(guò)程中振動(dòng)荷載特征

壓路機(jī)在前進(jìn)過(guò)程中，5個(gè)壓力盒在達(dá)到峰值點(diǎn)前的振動(dòng)幅度均比達(dá)到峰值點(diǎn)后的振動(dòng)幅度大，最先受到碾壓振動(dòng)作用的1-Ⅰ與1-Ⅳ號(hào)壓力盒反映出的振動(dòng)幅度特征最為明顯，比其余3個(gè)壓力盒反映出的這一規(guī)律都要顯著。這說(shuō)明壓路機(jī)在靠近壓力盒的過(guò)程中，振動(dòng)荷載的振動(dòng)幅度變化規(guī)律分為2個(gè)階段：第一階段為壓路機(jī)在靠近壓力盒的過(guò)程中，振動(dòng)荷載的振動(dòng)幅度不斷增大，直至到達(dá)壓力盒正上方時(shí)振動(dòng)幅度達(dá)到最大值；第二階段為壓路機(jī)在遠(yuǎn)離壓力盒的過(guò)程中，振動(dòng)荷載的振動(dòng)幅度不斷衰減直至消散。

圖6為壓路機(jī)返回過(guò)程中第1分層平面振動(dòng)荷載特征。由壓路機(jī)施工示意圖(圖4)可知，在返回過(guò)程中1-Ⅱ與1-Ⅲ號(hào)壓力盒最先受到壓路機(jī)振動(dòng)碾壓作用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到1-Ⅱ與1-Ⅲ號(hào)壓力盒最先達(dá)到峰值點(diǎn)，分別為67.3，110 kPa；緊接著壓路機(jī)碾壓到中心點(diǎn)處1-Ⅴ壓力盒，峰值荷載達(dá)到71.4 kPa；1-Ⅰ號(hào)與1-Ⅳ號(hào)壓力盒最后受到碾壓，峰值荷載分別為98.1，59.5 kPa。

圖6 壓路機(jī)返回過(guò)程中振動(dòng)荷載特征

壓路機(jī)在返回過(guò)程中，荷載值達(dá)到峰值點(diǎn)前的振動(dòng)幅度明顯大于峰值點(diǎn)后的振動(dòng)幅度，通過(guò)對(duì)比壓路機(jī)往返過(guò)程的振動(dòng)荷載響應(yīng)特征(圖5，6)可知，壓路機(jī)在靠近壓力盒的過(guò)程中，振動(dòng)頻率持續(xù)增大直至最大值，之后在遠(yuǎn)離壓力盒的過(guò)程中，振動(dòng)幅度逐漸衰減。壓力盒經(jīng)過(guò)壓路機(jī)行進(jìn)過(guò)程中的碾壓作用后，返回過(guò)程中壓力盒所測(cè)荷載值有小幅度的提高，如1-Ⅱ號(hào)土壓力盒所測(cè)荷載值由65.2 kPa增長(zhǎng)為67.3 kPa，可以發(fā)現(xiàn)，隨著壓路機(jī)碾壓遍數(shù)的增多，橋背填土逐漸密實(shí)，同一平面中傳遞的振動(dòng)荷載逐漸增大。此外，可以看出，填料在振動(dòng)荷載作用下，同一填筑平面內(nèi)5個(gè)測(cè)試元件測(cè)得的振動(dòng)荷載存在差異性，其中Ⅰ號(hào)與Ⅳ號(hào)土壓力盒測(cè)得的振動(dòng)荷載的波形曲線較為一致，但Ⅱ號(hào)與Ⅲ號(hào)土壓力盒測(cè)得的振動(dòng)荷載波形曲線明顯不同，這表明測(cè)試元件周圍填料的密實(shí)度存在差異性，從而造成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)具有一定的離散性。加上壓路機(jī)行進(jìn)過(guò)程中若存在輕微偏移，也會(huì)導(dǎo)致每個(gè)測(cè)試元件測(cè)得的振動(dòng)荷載具有差異性。

3.2 沖擊荷載下同一測(cè)試層中的應(yīng)力分布特征

本次試驗(yàn)為填料經(jīng)過(guò)連續(xù)4次夯擊作用后，監(jiān)測(cè)同一水平層中各壓力盒測(cè)得的應(yīng)力情況。圖7為液壓夯夯擊第1層級(jí)配碎石上覆填料中心區(qū)域時(shí)，第1層水平向5個(gè)壓力盒測(cè)得的沖擊荷載隨夯擊數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)的變化曲線。每次夯擊作用前，測(cè)試元件測(cè)得的應(yīng)力取為相對(duì)應(yīng)力。隨著夯擊遍數(shù)的增加，填料同一深度處測(cè)得的相對(duì)應(yīng)力均呈臺(tái)階狀遞增，這是由于夯擊后填料體積減小，堆積密度變大導(dǎo)致的。液壓夯第1擊與第4擊之間的相對(duì)應(yīng)力增量由橫向虛線間距表示(圖7)，分別為13.43，4.83，24.94，10.78，27.21 kPa。由于夯擊點(diǎn)位于上覆填料中心區(qū)域，1-Ⅴ號(hào)壓力盒隨擊數(shù)增加產(chǎn)生的附加應(yīng)力最大，最大值為圖7(e)中所示的第4擊，峰值荷載為257 kPa，其余壓力盒測(cè)得的最大峰值荷載同樣在第4擊，1-Ⅰ到1-Ⅳ號(hào)測(cè)得的峰值荷載分別為87.5，92.1，242.8，75.2 kPa。當(dāng)夯擊點(diǎn)位于路徑⑤正上方時(shí)，沖擊荷載累計(jì)變化量達(dá)到最大，即第1擊與第4擊之間的沖擊荷載差值最大，為65.5 kPa。

圖7 沖擊荷載下同一平面內(nèi)應(yīng)力分布特征

液壓夯夯擊周期為3.3 s，5個(gè)壓力盒在同一時(shí)刻出現(xiàn)峰值，每組數(shù)據(jù)在同一時(shí)刻相互對(duì)應(yīng)，由圖7中豎向虛線表示。夯擊產(chǎn)生的荷載值遠(yuǎn)大于壓路機(jī)振動(dòng)荷載值，1-Ⅴ壓力盒上第1遍夯擊荷載值與壓路機(jī)前進(jìn)過(guò)程測(cè)得振動(dòng)荷載值相差123 kPa，說(shuō)明液壓夯對(duì)于填料的夯實(shí)效果遠(yuǎn)大于壓路機(jī)振動(dòng)碾壓作用。

3.3 壓路機(jī)振動(dòng)荷載豎向傳遞規(guī)律

圖8為壓路機(jī)靠近橋臺(tái)內(nèi)側(cè)碾壓時(shí)，第1遍振動(dòng)荷載豎向傳遞規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)荷載由第1層傳遞到第2層時(shí)，其荷載衰減量明顯大于第2層向第3層傳遞的荷載衰減量，第1層振動(dòng)荷載傳遞到第2層處，Ⅰ號(hào)到Ⅴ號(hào)壓力盒上荷載衰減量分別為50，38.2，72.3，34.4，22.91 kPa；第2層振動(dòng)荷載傳遞到第3層處，Ⅰ號(hào)到Ⅴ號(hào)壓力盒上荷載衰減量分別為29.8，2，16.3，9.9，39.88 kPa，可以得出，振動(dòng)荷載衰減量隨著深度遞減，與附加應(yīng)力沿深度消散規(guī)律一致。1-Ⅲ號(hào)壓力盒上振動(dòng)荷載傳遞到2-Ⅲ號(hào)壓力盒上時(shí)，下降斜率為-1.61；2-Ⅲ號(hào)壓力盒上振動(dòng)荷載傳遞到3-Ⅲ號(hào)壓力盒上時(shí)，下降斜率為-0.36。5條路徑上振動(dòng)荷載在第1層處相差較大，1-Ⅲ號(hào)土壓力盒上振動(dòng)荷載值最大，為109.6 kPa，這是由于此時(shí)壓路機(jī)振動(dòng)鋼輪靠近橋臺(tái)內(nèi)側(cè)碾壓，1-Ⅲ號(hào)壓力盒處于壓路機(jī)重心處。隨著深度的增長(zhǎng)，5條路徑上的振動(dòng)荷載最終傳遞到第3層時(shí)，荷載值均處于21 kPa附近。

圖8 壓路機(jī)第1遍振動(dòng)荷載豎向傳遞規(guī)律

圖9為壓路機(jī)靠近橋臺(tái)內(nèi)側(cè)碾壓時(shí)，第6遍振動(dòng)荷載豎向傳遞規(guī)律，與壓路機(jī)第1遍碾壓規(guī)律類似(圖8)，由第1層傳遞到第3層的振動(dòng)荷載其第1層到第2層的荷載衰減量大于第2層到第3層的荷載衰減量，第1土層振動(dòng)荷載傳遞到第2土層處，Ⅰ號(hào)到Ⅴ號(hào)壓力盒上荷載衰減量分別為41，37，93.6，25，52.27 kPa；第2土層振動(dòng)荷載傳遞到第3土層處，Ⅰ號(hào)到Ⅴ號(hào)壓力盒上荷載衰減量分別為18.4，1.8，17.7，3.3，39.7 kPa?？梢园l(fā)現(xiàn)，路徑③中振動(dòng)荷載衰減量最為明顯，1-Ⅲ號(hào)振動(dòng)荷載傳遞到2-Ⅲ號(hào)壓力盒時(shí)，荷載的下降斜率為-2.08，2-Ⅲ號(hào)振動(dòng)荷載傳遞到3-Ⅲ號(hào)壓力盒時(shí)，荷載的下降斜率為-0.39。5條路徑上的振動(dòng)荷載值在第1層中相差較大，最大振動(dòng)荷載為1-Ⅲ號(hào)壓力盒所測(cè)值，其值為136 kPa，振動(dòng)荷載沿著深度方向最終傳遞到第3層時(shí)，荷載值均處于29.84 kPa附近。

圖9 壓路機(jī)第6遍振動(dòng)荷載豎向傳遞規(guī)律

由壓路機(jī)第1遍與第6遍振動(dòng)荷載豎向傳遞規(guī)律曲線(圖8，9)可知，隨著壓路機(jī)碾壓遍數(shù)的增加，第6遍壓路機(jī)碾壓振動(dòng)產(chǎn)生的荷載相較于第1遍有明顯的增大，如Ⅰ-Ⅲ號(hào)壓力盒受到第1遍碾壓時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)荷載為109.6 kPa，到第6遍時(shí)增加至136 kPa，提高了26.4 kPa。這是由于路橋過(guò)渡段填料為透水性強(qiáng)的級(jí)配碎石，隨著壓路機(jī)振動(dòng)碾壓遍數(shù)的增多，孔隙體積逐漸縮小，土體受到壓縮，變得更加密實(shí)，振動(dòng)荷載更易傳遞到土體內(nèi)部，但由于壓路機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)荷載能級(jí)有限，并且荷載在土體內(nèi)的傳遞是消散過(guò)程，故兩者的振動(dòng)荷載沿深度方向的規(guī)律相同，均為第1層與第2層之間振動(dòng)荷載衰減量遠(yuǎn)大于第2層與第3層之間的振動(dòng)荷載衰減量，這是由于填料阻尼作用，使振動(dòng)荷載沿深度方向不僅振動(dòng)荷載值逐漸減小，其荷載衰減量也有所減小。此外，可以發(fā)現(xiàn)第1層中Ⅰ號(hào)、Ⅲ號(hào)、Ⅴ號(hào)測(cè)試元件測(cè)得的振動(dòng)荷載大于Ⅱ號(hào)、Ⅳ號(hào)測(cè)試元件測(cè)得的振動(dòng)荷載，與第3.1節(jié)中原因一致，壓力盒周圍填料的密實(shí)度有差異、壓路機(jī)行進(jìn)過(guò)程中有輕微偏移，所以導(dǎo)致同一水平面中監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)有較大差異。

3.4 液壓夯沖擊荷載豎向傳遞規(guī)律

本次夯擊點(diǎn)位于測(cè)試元件上覆填料中心區(qū)域，圖10為液壓夯第1遍夯擊時(shí)5條路徑中的沖擊荷載豎向傳遞規(guī)律，由于夯擊點(diǎn)位于中心區(qū)域，所以⑤號(hào)路徑中的沖擊荷載均大于同一土層的其他壓力盒所測(cè)沖擊荷載，第⑤條路徑中1-Ⅴ號(hào)、2-Ⅴ號(hào)、3-Ⅴ號(hào)荷載值分別為163.9，131.9，61.9 kPa，可以發(fā)現(xiàn)，第①，②，④條路徑上壓力盒在第1遍夯擊時(shí)沖擊荷載隨著深度的增大沒(méi)有明顯變化，其中第②條路徑中每一層壓力盒所測(cè)沖擊荷載值分別為62.8，58.6，54.2 kPa，最多相差4.4 kPa，這說(shuō)明液壓夯在第1遍夯擊時(shí)，對(duì)于夯擊點(diǎn)下方作用效果最為顯著，這是由于沖擊荷載沿豎向傳遞時(shí)荷載傳遞效率最高，土體自身抵消的荷載值相較于其他路徑會(huì)小很多。

圖10 液壓夯第1遍沖擊荷載豎向傳遞規(guī)律

通過(guò)對(duì)比5條路徑隨著深度增大沖擊荷載的變化幅度(圖10)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)夯點(diǎn)位于中心區(qū)域時(shí)，第⑤條路徑中2-⑤號(hào)壓力盒上沖擊荷載傳遞到3-Ⅴ號(hào)壓力盒上時(shí)下降幅度最大，斜率為-1.56，第②條路徑中1-Ⅱ號(hào)壓力盒所測(cè)沖擊荷載傳遞到2-Ⅱ號(hào)壓力盒上時(shí)下降幅度最小，斜率為-0.09。除第⑤條路徑外，其余4條路徑?jīng)_擊荷載隨著深度的增大最終傳遞到第3層時(shí)，均衰減到47.32 kPa附近。第1層沖擊荷載傳遞到第2層處，Ⅰ號(hào)到Ⅴ號(hào)壓力盒上荷載衰減量分別為7，4.2，48.6，11.2，32 kPa；第2層沖擊荷載傳遞到第3層處，Ⅰ號(hào)到Ⅴ號(hào)壓力盒上荷載衰減量分別為3.5，4.4，41.3，5.3，70 kPa，第⑤路徑中沖擊荷載沿第1層向第2層傳遞時(shí)，其荷載衰減值小于第2層向第3傳遞的荷載衰減值，相差38 kPa。

圖11為液壓夯第6遍夯擊測(cè)試元件上覆填料中心區(qū)域時(shí)，5條路徑的沖擊荷載豎向傳遞規(guī)律，第③、⑤條路徑中的沖擊荷載隨著深度的增大呈現(xiàn)明顯的遞減趨勢(shì)，由于沖擊點(diǎn)位于中心區(qū)域，⑤號(hào)路徑中的沖擊荷載均大于同一土層的其他沖擊荷載，測(cè)得的第⑤條路徑中1-Ⅴ號(hào)、2-Ⅴ號(hào)、3-Ⅴ號(hào)壓力盒上荷載值分別為314.5，251.7，146.2 kPa。沖擊荷載由第1層傳遞到第2層處，Ⅰ號(hào)到Ⅴ號(hào)壓力盒上荷載衰減量分別為11，7.8，94.47，7.85，62.8 kPa；沖擊荷載由第2層傳遞到第3層處，Ⅰ號(hào)到Ⅴ號(hào)壓力盒上荷載衰減量分別為12.4，9.1，57.43，12.5，105.5 kPa，可以發(fā)現(xiàn)位于夯擊點(diǎn)下方的第⑤路徑中，第2層與第3層之間的沖擊荷載衰減量略大于第1層與第2層之間荷載衰減量，相差42.7 kPa，這是由于夯擊點(diǎn)正下方填料孔隙比沿深度逐漸增大，使得阻尼呈遞增狀態(tài)，導(dǎo)致荷載衰減量遞增。此外，可以發(fā)現(xiàn)第1層中Ⅲ號(hào)與Ⅴ號(hào)測(cè)試元件測(cè)得沖擊荷載大于Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)、Ⅳ號(hào)測(cè)試元件測(cè)得沖擊荷載，產(chǎn)生這種現(xiàn)象主要有兩點(diǎn)原因，原因一為第1層測(cè)試元件上覆填料厚度達(dá)到1.2 m，不能嚴(yán)格保證夯擊點(diǎn)位于中心位置，由圖10與圖11可知，夯點(diǎn)處于路徑⑤與路徑③的中間位置。原因二為每個(gè)壓力盒周圍填料的密實(shí)度有差異，動(dòng)荷載的傳遞規(guī)律是不同的。

圖11 液壓夯第6遍沖擊荷載豎向傳遞規(guī)律

通過(guò)對(duì)比5條路徑?jīng)_擊荷載隨深度增大的變化幅度(圖11)可以發(fā)現(xiàn)，第⑤條路徑中2-Ⅴ號(hào)壓力盒上沖擊荷載傳遞到3-Ⅴ號(hào)壓力盒上時(shí)下降幅度最大，斜率為-2.34，第②，④條路徑上第1層沖擊荷載傳遞到第2層時(shí)下降幅度最小，斜率皆為-0.17左右。除第⑤條路徑外，其余4條路徑?jīng)_擊荷載隨著深度的增大傳遞到第3層時(shí)，最終沖擊荷載都衰減到104 kPa附近。

根據(jù)液壓夯第1遍與第6遍的沖擊荷載沿豎向傳遞規(guī)律(圖10，11)可知，當(dāng)夯點(diǎn)位于中心區(qū)域時(shí)，第⑤路徑中每一層沖擊荷載值均大于同一層其余4個(gè)壓力盒所測(cè)沖擊荷載值。此外，第⑤條路徑中的沖擊荷載值衰減量最大，第1遍夯擊時(shí)，2-Ⅴ號(hào)壓力盒上沖擊荷載傳遞到3-Ⅴ號(hào)壓力盒上時(shí)下降斜率為-1.56，第6遍夯擊時(shí)，2-Ⅴ號(hào)壓力盒上沖擊荷載傳遞到3-Ⅴ號(hào)壓力盒上時(shí)下降斜率為-2.34，可以得出，雖然夯擊遍數(shù)在不斷提高，但沖擊荷載值沿深度傳遞的衰減量較為類似。

由于夯擊點(diǎn)位于中心區(qū)域，路徑⑤中壓力盒測(cè)得的沖擊荷載最大，第1遍夯擊時(shí)，1-Ⅴ號(hào)壓力盒測(cè)得的沖擊荷載為163.9 kPa，第6遍夯擊時(shí)，1-Ⅴ號(hào)壓力盒測(cè)得的沖擊荷載為314.5 kPa，增加量為150.6 kPa；1-Ⅴ號(hào)壓力盒在壓路機(jī)第1遍與第6遍碾壓下，振動(dòng)荷載值分別為82.49，119.47 kPa，增加量為36.98 kPa，這是由于填料的壓實(shí)或夯擊遍數(shù)直接影響動(dòng)荷載的傳遞規(guī)律，即隨著壓實(shí)或夯擊遍數(shù)的增加，壓力盒測(cè)得的應(yīng)力值越大。液壓夯產(chǎn)生的沖擊荷載增加量約為壓路機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)荷載增加量的4倍左右，液壓夯能級(jí)顯著高于壓路機(jī)能級(jí)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)填料的壓實(shí)或夯擊遍數(shù)直接影響動(dòng)荷載的傳遞規(guī)律，隨著壓實(shí)或夯擊遍數(shù)的增加，壓力盒測(cè)得的應(yīng)力值越大。

(2)由于填料阻尼作用，動(dòng)荷載沿深度方向不僅逐漸減小，而且其荷載衰減量也有所減小。

(3)隨著夯擊遍數(shù)的增加，同一深度處填料的相對(duì)應(yīng)力增量均呈臺(tái)階狀遞增，這是由于夯擊后填料體積減小，堆積密度變大導(dǎo)致的。相比其他路徑，夯擊點(diǎn)位于測(cè)試元件上覆填料中心區(qū)域時(shí)，第⑤路徑測(cè)得的沖擊荷載累計(jì)變化量達(dá)到最大，即第1擊與第4擊之間的沖擊荷載差值為最大。

(4)填料經(jīng)過(guò)壓路機(jī)與液壓夯的6遍壓實(shí)與夯擊后，同一深度處動(dòng)荷載的增加量相差較大，具體表現(xiàn)為沖擊荷載增加量為振動(dòng)荷載增加量的4倍左右。