高速公路橋涵臺背專項處理應用高速液壓夯實

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河口鎮，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、廣東省聯合勘察設計典型示范項目，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不同程度工后沉降，從而導致“跳車”現象，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展有限公司利用該公司擁有的高速液壓夯實技術，結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，臺背涵側采用非透水性填料(粉土質砂)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，以達到臺背涵側路基的壓實標準。而采用夯實機對不同填料進行夯實補強時，應用不同夯實工藝。本次試驗主要針對現場典型填料圍繞高速液壓夯實機進行補強的作用機理、施工工藝以及質量檢測方法展開。主要研究如下內容:

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效果，確定相應試驗填料的夯實機補強施工工藝;3)形成臺背涵側路基施工工藝和質量檢測方法的建議。

2.2 高速液壓夯實機

液壓高速夯實機為機—電—液壓一體化產品，由夯錘、夯架、夯腳、液壓驅動裝置、電器系統等組成。夯架采用可相對移動的雙層嵌套式結構及帶緩沖墊的夯腳，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快速的上下往復動作。

3 試驗情況

3.1 填料土性試驗

取試驗段典型填料50 kg進行室內物理力學性質試驗，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 現場夯實試驗

3.2.1 試驗段區段劃分

結合現場施工情況，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個區段，即2.4 m，3.0 m和3.4 m，每個區段長度分別為9 m，并在每個區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及測試。試驗前，對應3個區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和土的物理力學指標測試，埋設傳感器包括動態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力傳遞和對橋臺的側向動應力。物理力學指標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生受拉的位置位于橋臺底部外側，因而外側底部混凝土面粘貼應變片。

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，同時避開傳感器埋設位置。

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

3)補強后開挖測試。夯實補強結束后，每個區段先進行輕型動力觸探試驗，從側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的測試。安全施工距離是從夯實作業中點到臺背的距離，已有臺背夯實試驗結果表明，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，兩個作業點邊距為50 cm。6)夯實結束后進行相關檢測。夯實后路基基底承載力應達到180 kPa以上。

3.4 試驗結論

1)臺背涵側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生的最大動應力受夯實勢能、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。夯實機產生的動應力隨夯實次數的增加而增大，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、二檔和三檔夯實產生的動應力變化趨勢基本一致。3)夯實機產生的豎向動應力隨深度增加而迅速減小，應力主要影響深度在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生的動應力約為夯實機的16.0%～20.0%，小型打夯機產生的動應力約為夯實機的3.1%～3.9%。5)路基夯實后承載力增大主要在2.5 m范圍內，二檔和三檔區在2.5 m范圍內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增大而增大，其增長率隨次數而減小，沉降量隨深度逐漸減小;變形量主要發生在1.5 m范圍內。7)路基面壓實度隨夯實次數增加而增大，Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ三區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生在2 m左右的范圍內。8)夯實機夯實時，臺背混凝土主要發生彈性變形，最大應變隨夯實次數略有增大，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。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提高20 kPa，本工點碾壓路基夯實后基本承載力應達到180 kPa。4)針對本試驗工點采用的粉土質砂為臺背路基填料，盡管其壓實性能滿足要求，為確保其水穩定性，建議試驗工點臺背路基夯實填筑至設計標高-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 項目的經濟效果和社會效果

本項目的推廣可以解決山區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點，把公路沿線符合要求的土源利用好，加快建設進度，縮短工期，節約造價近60%(回填中粗砂水密法與填土夯實補強經濟效益比較)，有著明顯的社會效益。

5 技術應用

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，既能達到規范要求的壓實度和水穩定性，又能加速工后沉降，使橋臺在營運中達到相對穩定，減少“跳車”現象，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內均廣泛利用高速液壓夯實機補強處理。