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(fā)和一帶一路國家戰(zhàn)略政策的不斷推進，西藏交通事業(yè)也獲得了大發(fā)展的歷史機遇。一些國字頭大型的施工、管理企業(yè)也應(yīng)勢進駐西藏建筑市場，帶來了內(nèi)地的先進施工技術(shù)和管理經(jīng)驗，但是西藏獨特的氣候地理環(huán)境，新的施工工藝要因地制宜，通過實踐檢驗才能應(yīng)用發(fā)展。

路基補強是在路基壓實達到設(shè)計標準或規(guī)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(wěn)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(yè)。

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(tǒng)壓實方法類似，但又區(qū)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(yīng)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(chǔ)上，施加更大的動力來提高壓實質(zhì)量，該動力是一種動態(tài)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(yīng)用機械，也叫“液壓夯實機”“沖擊夯實機”“液壓沖擊夯”等，與傳統(tǒng)的夯擊設(shè)備相比，具有機動靈活，夯實能量高且可調(diào)，影響深度大的優(yōu)點。

2.1 高速液壓夯實機的結(jié)構(gòu)組成

液壓夯實機由承載機構(gòu)、夯架、夯錘、下錘頭、緩沖裝置、液壓系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等組成。承載機構(gòu)多選擇裝載機或挖掘機，提供動力輸出及位置轉(zhuǎn)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(nèi)上下運動，以保證錘擊的重心穩(wěn)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(tǒng)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(tǒng)是液壓夯實機的關(guān)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(jù)不同的作業(yè)要求，可以選擇不同的下落高度來滿足不同需求。根據(jù)錘體下落方式的不同，高速液壓夯實機作業(yè)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(shè)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(qū)動夯板壓實地面。強制落錘式：液壓缸將錘體提升至設(shè)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(qū)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(xiàn)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(yè)面積進行單點或連續(xù)的壓實要求。液壓夯實機產(chǎn)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(jù)需要有低、中、強三檔選擇。擊實頻率也可以根據(jù)不同的工況設(shè)為自動與手動兩種不同的操作模式。高速液壓夯實機的優(yōu)點是適應(yīng)性強，可對壓路機或強夯機作用盲區(qū)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(chǎn)生滑動和滾動位移，移動填充到更細微、穩(wěn)定的位置上去，從而產(chǎn)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(zhì)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(shè)為0.2 m、0.6 m、1.2 m 三個檔位。夯擊強度（檔位）、連擊次數(shù)可根據(jù)需要隨時設(shè)定，也可使用手動隨機夯擊。

表1 高速液壓夯實機技術(shù)參數(shù)

2.3 動力壓密法路基補強施工質(zhì)量控制

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

3 動力壓密法補強路基質(zhì)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(nóng)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(cè)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(shè)計要求的壓實標準、平整度等進行了填筑作業(yè)。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(xiàn)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(yè)。布點方式采用各錘邊緣間距為30 cm，夯錘邊緣到結(jié)構(gòu)物距離為20 cm。根據(jù)高速液壓夯實機夯實能分為弱、中、強3 檔劃分4 段，再根據(jù)選用不同的夯擊錘數(shù)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(yè)錘數(shù)。

表2 試驗段落劃分

3.2 施工中質(zhì)量控制要點

正常施工過程中，單點錘擊數(shù)可根據(jù)實際沉降量適當調(diào)整。規(guī)定錘擊數(shù)的沉降量大于控制值時，應(yīng)區(qū)別情況處理。（1）沉降量大于控制值20%以內(nèi)時，在相鄰4 點間適當減少錘擊數(shù)補夯。（2）沉降量大于控制值20%～50%時，應(yīng)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(yè)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(yè)法，即每次單點作業(yè)，前進或后退作業(yè)下一點。（5）施工時適合采取間隙型作業(yè)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(yè)點夯錘外緣距橋、涵結(jié)構(gòu)物較小距離應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。一排施工點夯錘中心距離結(jié)構(gòu)物為80 cm 為宜，確保結(jié)構(gòu)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(zhì)量檢測

試驗中高速液壓夯實機的夯擊檔位、夯擊次數(shù)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(nèi)布置9 個觀測點，分別設(shè)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(shù)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(shù)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(shù)超過9 次后沉降量隨夯擊次數(shù)增加，沉降量不再繼續(xù)單調(diào)增大，而是進入波動狀態(tài)。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(zhuǎn)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(shù)的增多，路基的密實系數(shù)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(shù)的壓實度進行了現(xiàn)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?？梢钥闯?，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(shù)與路基壓實度對比分析

4 結(jié)語

利用液壓夯實機補強路基，通過試驗檢測及數(shù)據(jù)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(jù)工地實驗數(shù)據(jù)和夯實效果，從經(jīng)濟性和實效性考慮，強檔6 錘的夯實作業(yè)效果較佳，在路基大部分施工位置采用強檔錘6 次的作業(yè)工藝，在結(jié)構(gòu)物附近為避免對結(jié)構(gòu)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(qū)及弱碾?yún)^(qū)宜做補強壓實處理，特別對于施工工期短的填筑作業(yè)段，為減少工后沉降，更應(yīng)進行路基補強。當然，根據(jù)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(jié)合部、路肩、邊坡、管道溝槽及回填夯實、管側(cè)及井口夯實、結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)夯實等部位進行路基補強作業(yè)，減少路基病害的發(fā)生，增強路基穩(wěn)定性，延長公路壽命。

路基補強對提高路基施工質(zhì)量，預(yù)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(yǎng)護成本等方面成效顯著。在西藏日喀則市農(nóng)村公路某重點項目建設(shè)中橋涵臺背回填處及路基碾壓盲區(qū)（路基與硬化路肩結(jié)合處等）壓實補強的應(yīng)用，通過現(xiàn)場試驗檢測及數(shù)據(jù)分析，實際應(yīng)用效果較好。