張凱樂(lè)

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

橋頭跳車作為高速公路施工中的常見問(wèn)題，其產(chǎn)生原因?yàn)榕_(tái)背填土和橋臺(tái)之間產(chǎn)生差異沉降，因此臺(tái)背填土碾壓夯實(shí)至關(guān)重要，需通過(guò)嚴(yán)格到位的碾壓夯實(shí)使臺(tái)背填土壓實(shí)度達(dá)到要求。為滿足這一要求，實(shí)際施工中可借助高速液壓夯實(shí)機(jī)實(shí)現(xiàn)，而為了驗(yàn)證該夯實(shí)機(jī)的碾壓夯實(shí)效果，有必要結(jié)合工程實(shí)際情況對(duì)該夯實(shí)機(jī)及其施工技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 工程概況

某高速公路標(biāo)段起訖樁號(hào)為K31+000—K35+173，路段總長(zhǎng)約4.713km，所在路線總體走向?yàn)闁|西走向，總長(zhǎng)約33.6km。該標(biāo)段范圍內(nèi)包含一系列擬建構(gòu)筑物，包括箱型通道、分離式立交、中橋、互通式立交、大橋與收費(fèi)站。以分布于該標(biāo)段中的大橋?yàn)槔M(jìn)行分析，其沿小樁號(hào)方向采用8%灰土進(jìn)行臺(tái)背回填，具體填筑范圍為K34+498.124—K34+511.57，總長(zhǎng)約13.446m，共填筑33 層，采用壓路機(jī)完成壓實(shí)，且路基壓實(shí)度符合要求后，借助高速液壓夯實(shí)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)壓實(shí)，同時(shí)對(duì)壓實(shí)度與沉降值進(jìn)行測(cè)定，在適當(dāng)位置設(shè)置壓力盒，用于測(cè)定壓實(shí)時(shí)的應(yīng)力水平。路基壓實(shí)度與填料粒徑及強(qiáng)度應(yīng)滿足如表1所示的要求。

表1 路基壓實(shí)度與填料粒徑及強(qiáng)度需滿足的要求

2 橋頭路基施工

采用石灰土對(duì)路橋過(guò)渡段進(jìn)行填筑，具體的填筑高度以原地面至路床頂面為準(zhǔn)確定。在石灰土的外部要有包邊素土，以確保邊坡植草成活，層厚需達(dá)到0.5m 以上。過(guò)渡段頂部還應(yīng)增設(shè)和橋臺(tái)相連的格柵，用于減少工后沉降，防止橋頭跳車。格柵要沿路基縱向進(jìn)行鋪設(shè)，并注意不可縱向搭接，且橫向要有30cm以上的搭接寬度[1]。格柵鋪設(shè)寬度要比所在層位路基寬小150cm。在連接用鋼構(gòu)件表面均勻涂抹一層瀝青實(shí)現(xiàn)防腐。橋臺(tái)和過(guò)渡段基底之間的水平寬度不能小于6.0m，和路基連接部位的坡率按1∶1.5控制。一般路基和采用石灰土進(jìn)行填筑的部分的交界處，需采用臺(tái)階狀進(jìn)行搭接，對(duì)于路床下部臺(tái)階，其高、寬分別按照68cm 和100cm 嚴(yán)格控制。對(duì)隱蔽工程完成驗(yàn)收且確認(rèn)合格后，開始對(duì)過(guò)渡段實(shí)施分層回填與碾壓，要求每層壓實(shí)度都不低于96%。施工時(shí)要注意過(guò)渡段路床填筑要和與之相連的部分填筑保持同步，并借助快速液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)壓橋頭路基[2]。

橋頭段填高較大，需分層進(jìn)行填筑，每層15cm，共分成33層。填筑材料為8%石灰土，為使其粒徑達(dá)到要求，應(yīng)粉碎細(xì)粒土，使其尺寸不超過(guò)10mm，同時(shí)還要進(jìn)行過(guò)篩。拌和時(shí)應(yīng)借助旋耕機(jī)多次實(shí)施，確保填料粒徑與灰劑量都能滿足設(shè)計(jì)要求，避免素土或灰土產(chǎn)生夾層。為給填土之后的夯實(shí)提供方便，表面應(yīng)盡可能達(dá)到平整。為了在夯擊開始前對(duì)填土最佳含水量與最大干密度進(jìn)行測(cè)定，需做好取樣與室內(nèi)試驗(yàn)。在臺(tái)背回填時(shí)，其質(zhì)量檢測(cè)必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，結(jié)合試驗(yàn)所得擊實(shí)曲線，可得填土的最佳含水量為12.5%，最大干密度為1.81g/cm3，塑、液限分別為17和21，塑性指數(shù)為4。此外，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可知，粒徑超過(guò)0.75mm 以上的顆粒質(zhì)量占比可達(dá)95%以上，由于細(xì)顆粒含量相對(duì)較少，因此路基整體剛度會(huì)受到含水量直接影響[3]。

3 夯實(shí)參數(shù)確定

3.1 夯實(shí)機(jī)械

此次施工選用H36型快速液壓夯實(shí)機(jī)，其主要參數(shù)為：自重6.4t；額定沖擊能量36kJ；錘體質(zhì)量3t；錘體行程為0.2～1.2m；夯錘直徑為1m；夯擊頻率在30～80次/min范圍內(nèi)。

3.2 夯點(diǎn)布置

夯點(diǎn)按照梅花形進(jìn)行布置，相鄰兩個(gè)夯點(diǎn)之間的距離為1.5m，具體作業(yè)方式為直線作業(yè)法，對(duì)每個(gè)單點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，需分別完成前進(jìn)與后退。

3.3 夯擊能量與作業(yè)錘數(shù)

此次施工的夯擊能主要有三種，最大值為36kJ，首次作業(yè)的錘數(shù)為3錘，第二次作業(yè)在首次作業(yè)基礎(chǔ)上增加3 錘，以此類推。在確定具體作業(yè)錘數(shù)的過(guò)程中，需充分考慮現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)成果。當(dāng)最后3錘對(duì)應(yīng)的相對(duì)沉降在1cm以內(nèi)時(shí)，方可結(jié)束夯擊[4]。

3.4 夯擊安全距離

為了使現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)避免給涵臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷，在夯實(shí)開始前應(yīng)先進(jìn)行試夯，并在此期間采用人工對(duì)橋臺(tái)表觀質(zhì)量進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)確定具體的夯擊安全距離，本次將安全距離確定為0.5m，使夯實(shí)機(jī)錘心和橋臺(tái)之間保持1m的間隔距離。

3.5 壓力盒布置

（1）在夯錘正下方進(jìn)行力學(xué)傳感器的布置，使傳感器測(cè)定快速夯實(shí)過(guò)程中的最大響應(yīng)；使壓力盒始終保持在水平的狀態(tài)，若存在偏差，將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差，使實(shí)測(cè)結(jié)果偏小，基于此，必須確保壓力盒處于水平面上，同時(shí)防止壓力盒底部與地面產(chǎn)生空隙。

（2）壓力盒應(yīng)在不同測(cè)定位置與方向上較均勻地布置，以確保橋涵臺(tái)背處重要位置的力學(xué)響應(yīng)得以及時(shí)測(cè)定，并對(duì)處于平行位置的所有壓力盒予以數(shù)據(jù)校正。

（3）沿縱向布置的壓力盒，其最大埋深應(yīng)根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)理論推導(dǎo)結(jié)果確定，本次將其確定為1.5m。對(duì)壓力盒采取有效的固定措施，減少或避免壓實(shí)時(shí)其他作業(yè)給壓力盒測(cè)定造成不利影響，導(dǎo)致偏移；在夯實(shí)過(guò)程中還應(yīng)為輸出線設(shè)置套管，防止壓實(shí)時(shí)輸出線被壓斷導(dǎo)致實(shí)測(cè)結(jié)果受到影響[5]。

（4）因臺(tái)背采用分層方法進(jìn)行填筑，即在將首層填筑完畢后，需在表面設(shè)置壓力盒，以觀測(cè)上層填土夯實(shí)過(guò)程中對(duì)下層造成的影響。壓力盒安裝時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格檢查設(shè)備和相關(guān)的配套設(shè)施，以確保設(shè)備設(shè)施的可靠度與靈敏度。

（5）壓力盒布置在中分帶兩側(cè)輪跡帶處，先對(duì)路基進(jìn)行填筑，然后通過(guò)挖坑對(duì)壓力盒進(jìn)行埋設(shè)，挖坑時(shí)，注意其底部應(yīng)保持平整，可用中粗砂對(duì)下底面實(shí)施填筑，以確保將壓力盒埋設(shè)到位后可以保持平整，且沉降達(dá)到要求。

（6）壓力盒實(shí)際埋設(shè)過(guò)程中，還應(yīng)將大顆粒與雜物均清除干凈，以免在壓實(shí)過(guò)程中導(dǎo)致管線被破壞，壓力盒和導(dǎo)線之間的連接長(zhǎng)度要有適當(dāng)余量，以免壓實(shí)給連接線造成干擾或破壞?？紤]到壓力盒數(shù)量很多，故需要在施工中確認(rèn)編號(hào)，并繪制相應(yīng)的表格，從而保證檢測(cè)結(jié)果一一配套[6]。

4 夯實(shí)與試驗(yàn)及結(jié)果對(duì)比

4.1 夯實(shí)

選擇試驗(yàn)段設(shè)定兩種工況，即未進(jìn)行預(yù)壓與進(jìn)行預(yù)壓，采用不用能量等級(jí)與夯擊次數(shù)對(duì)目標(biāo)路基土體實(shí)施夯實(shí)處理。夯實(shí)處理時(shí)，應(yīng)做好土體沉降及表面壓實(shí)度等數(shù)據(jù)的測(cè)量和記錄。同時(shí)在預(yù)壓這一工況條件下進(jìn)行壓力盒的埋設(shè)，與測(cè)定和記錄夯實(shí)時(shí)的壓力水平。將土壤壓實(shí)完成后，其壓實(shí)度與表層沉降量之間有必然的關(guān)系，一般情況下為當(dāng)相對(duì)沉降量相對(duì)較大時(shí)，該部位經(jīng)壓實(shí)得到的壓實(shí)度較高。基于此，對(duì)土壤壓實(shí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)的過(guò)程中，需將試驗(yàn)得出的壓實(shí)度與沉降量充分結(jié)合進(jìn)行分析。

4.2 數(shù)值對(duì)比

由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有補(bǔ)強(qiáng)與直接壓實(shí)兩種不同的工況，且數(shù)值模擬只針對(duì)補(bǔ)強(qiáng)施工，因此數(shù)值對(duì)比也只針對(duì)補(bǔ)強(qiáng)施工。通過(guò)觀察數(shù)據(jù)及其分析結(jié)果，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果之間進(jìn)行對(duì)比，可得出以下結(jié)論：首先，在最大沉降度方面，根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)模擬成果，沉降量的最大值為5.53cm，而根據(jù)實(shí)體施工成果，測(cè)點(diǎn)部位沉降量的最大值為5.90cm；其次，在豎直影響深度與水平影響方面，經(jīng)數(shù)值模擬得出的影響深度為1.44m，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)深度為1.5m，部分位置可達(dá)2.0m。水平方向上的數(shù)值模擬結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果大體相同，都在0.5m 左右；最后，在應(yīng)力值方面，經(jīng)數(shù)值模擬可得表層應(yīng)力值在0.9MPa 左右，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果為0.98MPa，由此可以看出，數(shù)值模擬結(jié)果真實(shí)可信[7]。

但數(shù)值模擬結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果之間依然存在一定差異，導(dǎo)致該差異產(chǎn)生的原因往往包含很多方面，如模擬模型的建立、現(xiàn)場(chǎng)施工狀況、測(cè)點(diǎn)及測(cè)量設(shè)施布置等，具體分析如下：①借助有限元模型實(shí)體工況進(jìn)行模擬時(shí)，使用的各材料技術(shù)參數(shù)可能和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況存在一定差別，導(dǎo)致所得初始應(yīng)力和實(shí)際情況之間也存在差別；②人為或各項(xiàng)自然因素也會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況及測(cè)量過(guò)程和工器具等的埋設(shè)造成影響，進(jìn)而使模擬和現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果存在的差異不同程度的加??；③數(shù)值仿真往往是以理想環(huán)境為基礎(chǔ)建立的，在這種情況下，本構(gòu)模型和能量轉(zhuǎn)化都與實(shí)際情況存在一定差別。

4.3 結(jié)果分析

（1）通過(guò)以上分析可知，采用高速液壓夯實(shí)機(jī)除了能從根本上防止橋頭跳車問(wèn)題，還能將橋頭臺(tái)背處的填土碾壓密實(shí)，從本質(zhì)上保證臺(tái)背質(zhì)量，表現(xiàn)出良好作用與優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)沉降量和壓實(shí)度數(shù)據(jù)的結(jié)合可以看出，在未進(jìn)行預(yù)壓這一工況條件下，最佳做法為2檔6～9次，以確保壓實(shí)度滿足規(guī)范要求，即不低于95%，并確保沉降量保持穩(wěn)定，處在25～30cm范圍內(nèi)。

（2）采用高速液壓夯實(shí)機(jī)對(duì)路基土體進(jìn)行夯實(shí)的過(guò)程中，可在路基土體的有效深度影響范圍之內(nèi)進(jìn)行一次填筑，以規(guī)避以往壓實(shí)分層碾壓存在的弊端，提高各層之間連接部位的作用力，從而縮短工期，減少費(fèi)用。另外，高速液壓夯實(shí)機(jī)還具備轉(zhuǎn)場(chǎng)速度快、使用費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，能在縮短工期的基礎(chǔ)上，大幅減少機(jī)械租賃方面的費(fèi)用，從而減少機(jī)械費(fèi)用在總投資中的占比。

（3）在補(bǔ)強(qiáng)施工中采用這項(xiàng)施工工藝時(shí)，最佳做法為3 擋6～9 次，以此使壓實(shí)度不低于99%，且沉降量保持在5cm 左右，不僅能減少施工完成后發(fā)生的沉降，防止通車一段時(shí)間后產(chǎn)生橋頭跳車，而且壓實(shí)度的提高還能改善路基整體性，進(jìn)而減少路段通車之后由于橫向路面產(chǎn)生塌陷導(dǎo)致形成高度較大的臺(tái)階[8]。

（4）對(duì)路塹過(guò)渡段進(jìn)行施工處理的過(guò)程中，當(dāng)條件允許時(shí)可將施工安全距離縮短至50cm，以增加過(guò)渡段有效壓實(shí)面積，并從根本上保證整個(gè)臺(tái)背結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。

（5）補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)過(guò)程中，快速液壓夯實(shí)機(jī)有效影響深度一般不低于1.5m，部分位置的影響深度甚至可達(dá)2.0m，與傳統(tǒng)夯實(shí)設(shè)備相比，該設(shè)備能大幅提高作用深度，并保證結(jié)構(gòu)安全性。

5 結(jié)論

綜上所述，高速公路施工中橋頭跳車除了會(huì)影響路段行車舒適性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生安全事故，而且通過(guò)對(duì)相關(guān)資料的收集發(fā)現(xiàn)，橋頭跳車還會(huì)增加維修方面的費(fèi)用。但采用快速液壓夯實(shí)機(jī)能有效解決這一實(shí)際問(wèn)題，與傳統(tǒng)夯實(shí)機(jī)相比，不僅影響深度更大，而且在補(bǔ)強(qiáng)壓實(shí)過(guò)程中使用時(shí)能達(dá)到不同壓實(shí)度要求。本文經(jīng)過(guò)分析，得出下列主要結(jié)論：

（1）根據(jù)路基土體與夯實(shí)機(jī)之間的作用模型，明確路基土體和夯實(shí)機(jī)之間的作用，進(jìn)而確定對(duì)夯實(shí)作用有直接或間接影響的因素。

（2）采用高速液壓夯實(shí)機(jī)對(duì)臺(tái)背填土進(jìn)行夯實(shí)能提高臺(tái)背填土壓實(shí)度，使層厚較大的土體也得到有效壓實(shí)，以減少分層數(shù)量。此外，還能減小工后沉降，適當(dāng)延長(zhǎng)臺(tái)背結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)周期，減少運(yùn)營(yíng)維修方面的費(fèi)用。

（3）高速液壓夯實(shí)機(jī)的工作效率相對(duì)較高，基本不會(huì)對(duì)下一道工序的進(jìn)行造成影響。基于最大夯擊勢(shì)能條件下的夯實(shí)頻率可以達(dá)到80 次/min，當(dāng)作業(yè)面積為300m2時(shí)，僅需2h左右即可完成夯實(shí)，還可通過(guò)對(duì)可變工序的適當(dāng)調(diào)整對(duì)高填方路段進(jìn)行補(bǔ)壓，從而避免對(duì)總工期造成影響。

（4）相較于傳統(tǒng)夯實(shí)方法，該夯實(shí)機(jī)的安全性和環(huán)保性更高，且操作靈活、便捷，有很高的可控性。

（5）通過(guò)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果之間的對(duì)比可以看出，當(dāng)預(yù)壓的壓實(shí)度滿足要求時(shí)，借助液壓夯實(shí)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充夯實(shí)，可以使沉降達(dá)到5cm左右，大幅減少工后沉降。此外還能顯著提高壓實(shí)度，一般不低于99%，并保證路基整體性，減小后期由于局部沉降產(chǎn)生的臺(tái)階的高度。

（6）在沒(méi)有進(jìn)行預(yù)壓的條件下，借助液壓夯實(shí)機(jī)能使壓實(shí)度不低于95%，并使沉降量保持在穩(wěn)定狀態(tài)，一般不超過(guò)25～30cm的范圍。

（7）直徑較大的夯錘，其水平方向上的加固范圍很大，而直徑較小的夯錘，其對(duì)淺層土體施加的豎向加固作用更好，但有效加固范圍有限，需減小夯點(diǎn)之間的距離，以保證實(shí)際的加固效果。