輕型夯施工過程中涵洞結構安全性評價

劉建奇+司癸卯+張孟強+邵現田+張啟龍

摘要：為了研究輕型夯施工對橋臺涵洞結構物的影響，在河北省張承高速公路某標段工程施工現場進行試驗，分析了輕型液壓夯實機補強夯實過程的沖擊能量對涵洞安全性的影響。使用位移傳感器測試涵背水平位移與夯擊次數的關系、涵背水平位移與夯點水平距離的關系；并采用位移評價方法評定涵洞的安全性。試驗結果表明：在輕型夯產生的沖擊荷載作用下涵洞結構是安全的。

關鍵詞：位移傳感器；涵背；評價方法；位移變化

中圖分類號：U443.21文獻標志碼：B

Safety Evaluation of Culvert Structure in Construction Process of Lightweight Tamper

LIU Jianqi1， SI Guimao2， ZHANG Mengqiang1， SHAO Xiantian2， ZHANG Qilong2

（1. Hebei Province Expressway Management Bureau， Shijiazhuang 050051， Hebei， China；

2. Key Laboratory for Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China ）

Abstract： In order to study the effect of light tamping on the abutment and culvert， the impact of impact energy on the safety of culvert compacted with lightweight hydraulic tamper was analyzed and tested in the construction site of a section of ZhangjiakouChengde expressway in Hebei Province. The displacement sensor was used to test the relationship between the horizontal displacement of the culvert and the number of tamping and the relationship between the horizontal displacement of the culvert and the horizontal distance of the tamping spots. And the safety evaluation of the culvert was conducted using the displacement evaluation method. The results show that the culvert structure is safe under the impact load produced by lightweight tamper.

Key words： displacement sensor； culvert back； evaluation method； displacement change

0引言

目前，輕型液壓夯實機處理（橋臺）涵背路基的方法在國內鐵路、公路等大型建設工程中得到廣泛應用，但對于施工過程中輕型夯沖擊能對橋涵結構影響的研究不多[111]。為了探究輕型夯的沖擊能量對涵洞結構的影響，選取張承高速路基9標的某座蓋板涵作為試驗測試場地，覆土后涵高5 m，涵洞內側高4 m。涵洞兩側采用對稱填筑，分層填筑厚度控制在40 cm（松鋪），分層碾壓，18 t壓路機振動碾壓不少于6遍。通過試驗測試輕型夯施工過程中涵背位移的變化，分析不同夯擊距離及夯擊次數等工況下，涵洞結構的水平位移變化規律；并探討國內外關于輕型液壓夯實機施工過程中對周圍結構物安全評價的指標或方法[1215]，為研究夯實的最佳工藝參數提供理論根據。

1涵洞安全性評價方法

因為位移評價方法無需把測量的位移量轉換為其他變量，所以本試驗采用位移評價方法對涵洞結構的安全性進行評估。在對涵洞結構進行安全性評價時，可以把豎直度允許偏差值作為涵洞中涵背結構的形狀位移變化，如圖1所示，其中虛線部分表示涵背變形后的位置。

《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F801—2012）中規定：墩、臺身豎直度允許偏差為0.3%H（H為墩、臺身高度）且不大于20 mm； 因此，在進行回填土夯實過程中，如果涵背的變形超過0.3%H或大于20 mm，則輕型液壓夯實機在施工過程中對涵洞結構的安全具有危害，如果涵背的變形小于03%H或小于20 mm，則輕型液壓夯實機施工過程對涵洞結構安全的危害較小或沒有危害[1618]。

2試驗檢測系統搭建

2.1數據收集過程

本試驗用到的石器件及儀器有電阻應變片、位移傳感器、動態應變儀和數據采集儀等，通過信號傳輸線將電阻應變片、動態應變儀和數據采集儀連接在一起，位移傳感器通過信號傳輸線直接連接到數據采集儀。當輕型液壓夯實機工作時，涵洞結構受到沖擊力作用會發生變形，從而電阻應變片和位移傳感器產生電信號，電信號通過信號傳輸線進入數據采集儀，并在顯示窗口中顯示數據。

2.2測試器件布置形式

為了保護試驗測試裝置，避免其在施工過程中遭受破壞，位移傳感器、數據采集儀等裝置均布設在涵洞的內部。位移傳感器在涵洞背側布局如圖2所示，其中黑色的圓圈代表位移傳感器。試驗測試裝置的器件均布置在涵洞總長的1/2處（即正中間位置處），每組位移傳感器均從上向下縱向布置。endprint

圖2位移傳感器在結構物側面布設

涵背的5組位移傳感器固定在支架上，第1組位移傳感器與涵洞蓋板內側（內側涵頂）的距離為50 cm，第5組位移傳感器與涵洞底板的距離為50 cm，中間各組位移傳感器的間隔均為75 cm，總高4 m（涵洞內側），位移傳感器一端與涵背內側接觸，另一端通過信號線與數據采集儀連接（圖2）。

3試驗夯點布設方式

為了研究輕型液壓夯實機在夯擊時產生的沖擊力對涵洞結構的影響，將夯點與檢測器件布設在同一軸線上，每個輕型液壓夯實機的作業層布置4個夯點，夯點位置在每個作業層保持一致，每個夯點與檢測系統的水平距離為變量。其中1#夯點距離檢測系統的水平距離為10 cm，2#夯點距離檢測系統的水平距離為60 cm，3#夯點距離檢測系統的水平距離為160 cm，4#夯點距離檢測系統的水平距離為260 cm，以此探究不同水平距離與涵洞結構受力的關系，施工現場試驗的夯點具體位置布設如圖3所示。

4試驗過程及檢測方法

對路基進行分層填筑、分層碾壓，填筑至1 m后，采用輕型液壓夯實機的高檔（錘重3 t，舉高1.2 m）在設定的夯點進行施工夯擊，每夯擊1次收集5個位移數據，每個夯點夯擊12次，即1個夯點一共收集60個數據，每1個作業層共收集240個數據；路基填筑2 m（3、4、5 m涵洞）后，涵洞結構如圖4所示。采用同樣的施工工藝繼續進行試驗，并收集數據，每個夯

點在數據采集儀中對應1個儲存文件夾。等待試驗結束后，利用德維創數據分析軟件對所有儲存文件中收集的數據進行分析，并從記錄的圖形中提取每次夯擊時位移傳感器測試的數值，然后繪制成表格，再對表格中的數據進行分析。

5涵背試驗數據采集及分析

5.11#夯點涵背水平位移與夯擊次數的關系

1#夯點涵背產生的水平位移與夯擊次數的關系如圖5所示。涵背路基回填至1 m高時，涵背路基上表面位于第4組應變片和第5組應變片之間，1#夯點距離涵背水平距離為100 cm，幾乎與涵背接觸，因機械行走與機械架構原因，100 cm是極限接近的水平距離，而且在此夯點夯擊時采用最大的夯擊能量，所以對1#夯點的夯擊過程是整個試驗的最不利工況。以此最不利工況分析輕型夯施工過程中涵洞結構的安全性最為合適，只要在該工況下輕型液壓夯實機施工時對涵背產生的水平位移滿足安全要求，則其他工況必能滿足安全施工的要求，該水平位移取每次夯擊作用下對涵背產生的最大水平位移。

圖51#夯點涵背水平位移與夯擊次數的關系

從圖5中可以看出：隨著夯擊次數的增加，涵背的水平位移變化極其離散，但是總體在005～02 mm范圍內變化，個別點低于0.05 mm。以此判斷水平位移與夯擊次數沒有較好的相關性，主要與夯擊作用產生的沖擊荷載有關。同樣，在1#夯點實施輕型液壓夯實機的最大夯擊能量（36 kJ），涵洞最大位移值為0.2 mm，每個作業層位移的最大值的平均值為0192 mm，此位移相對于涵洞結構的尺寸是極其微小的，而且在兩邊對稱填筑的涵背路基結構中，這樣的位移變形量在填筑過程中是可以完全抵消的。

6結語

為了探究夯擊作用對涵洞結構的影響，本文通過試驗測試輕型液壓夯實機施工過程中涵洞結構的水平位移變化，分析不同水平夯擊距離及夯擊次數等工況下，涵洞水平位移及應變變化規律，得到以下結論。

（1）在1#夯點輕型夯實施最大夯擊能量（36 kJ）時，涵洞結構最大位移值為02 mm，所有最大值的平均值為0192 mm。由位移評價方法可知，0.2 mm<0.3%H=15 mm，因此該涵洞結構在輕型夯施工過程中是安全的。

（2）在2#夯點進行夯擊時，涵洞結構的位移變化范圍為0.01～0.1 mm；在3#夯點進行夯擊時，涵洞結構的位移變化范圍為0～0.05 mm；在4#夯點進行夯擊時，涵洞結構的位移變化范圍為0～001 mm。由位移評價方法可知：2#、3#、4#夯點的最大位移均小于0.3%H。因此，輕型夯采用最大能量（36 kJ）進行夯實施工時，該涵洞結構在輕型夯產生的沖擊能量作用下是安全的。

（3）隨著夯點與涵背水平距離的逐漸增加，最大的夯擊能量（36 kJ）產生的涵背位移呈減小趨勢，并且距離越遠，減小的幅度越大。

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[責任編輯：王玉玲]endprint