結(jié)構(gòu)物臺(tái)背回填機(jī)械液壓夯實(shí)施工工法

結(jié)構(gòu)物臺(tái)背回填機(jī)械液壓夯實(shí)施工工法1.前言近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的公路建設(shè)也在蓬勃發(fā)展。在公路運(yùn)營(yíng)期間，由于車輛的載重大、行駛的速度快，會(huì)有許多工程問(wèn)題暴露出來(lái)，尤其是公路橋頭跳車，它是公路瀝青路面常見(jiàn)的病害之一，且路橋過(guò)渡段是病害多發(fā)地段，直接表現(xiàn)為路面、橋面銜接錯(cuò)臺(tái)而形成的橋頭跳車，不僅直接影響行車舒適性和安全性，還會(huì)在經(jīng)濟(jì)上造成很大損失。目前，隨著公路建設(shè)投資力度逐年不斷加大，新建公路行車安全性和舒適性得到了廣大駕乘人員的高度關(guān)注。橋涵臺(tái)背的回填質(zhì)量將直接影響路面行車舒適性和后續(xù)的路面管養(yǎng)。橋梁及涵洞與臺(tái)背回填段是一種柔性路段與剛性路段的銜接，回填料由于自然沉降導(dǎo)致橋頭跳車的產(chǎn)生，給行車舒適性及安全性帶來(lái)了極大的隱患。橋梁及涵洞的臺(tái)背回填作為路基施工的一個(gè)質(zhì)量控制難點(diǎn)，一直以來(lái)都是項(xiàng)目建設(shè)的重點(diǎn)關(guān)注工序，在工程施工中必須高度重視橋涵構(gòu)筑物的臺(tái)背回填質(zhì)量，以減少路基與橋涵結(jié)構(gòu)物之間產(chǎn)生的不均勻沉降，避免路面層斷裂、跳車等通病，提高行車的舒適感，延長(zhǎng)道路的使用壽命。在橋臺(tái)、涵背兩側(cè)壓實(shí)和公路路基的補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)中，采用高速液壓夯實(shí)機(jī)夯實(shí)技術(shù)是一種良好的手段。2.工法特點(diǎn)2.1本工法利用液壓提升系統(tǒng)將重2.5t的夯錘提升至一定高度后釋放，在重力和和液壓蓄能器的共同作用下依靠下落能對(duì)土壤進(jìn)行壓實(shí)，并在液壓缸的作用下實(shí)現(xiàn)快速的上下往復(fù)動(dòng)作，在裝載機(jī)裝置的牽引下，機(jī)動(dòng)靈活地對(duì)不同位置進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的壓實(shí)，從而滿足對(duì)沖壓作業(yè)面進(jìn)行單點(diǎn)或連續(xù)壓實(shí)的要求。研究證明高速液壓夯實(shí)機(jī)夯實(shí)深度為2~3m，影響作用深度可達(dá)5~8m。高速液壓夯實(shí)機(jī)為強(qiáng)制落錘式?jīng)_擊夯，其夯實(shí)強(qiáng)度接近強(qiáng)夯，產(chǎn)生的夯擊勢(shì)能為36kJ，最大夯擊勢(shì)能頻率可達(dá)15次/min，夯擊能量根據(jù)需要有低、中、強(qiáng)三擋可調(diào)(以下簡(jiǎn)稱1、2、3擋)。擊實(shí)頻率也可以根據(jù)不同的工況設(shè)為自動(dòng)與手動(dòng)兩種不同的操作模式，能夠滿足不同工況的要求。2.2高速液壓夯實(shí)機(jī)(圖2-1)與一般強(qiáng)夯技術(shù)相比具有以下特點(diǎn):夯擊的沖擊力峰值較小，作用柔和，不會(huì)損壞橋臺(tái)結(jié)構(gòu)，還能夠做到防止路基土飛濺。2.3高速液壓夯實(shí)機(jī)與壓路機(jī)碾壓技術(shù)相比具有以下特點(diǎn):對(duì)夯實(shí)地基具有均勻且較強(qiáng)的夯實(shí)效果和較大的夯實(shí)能量，不會(huì)導(dǎo)致路基土體的表面硬化和結(jié)塊，作用影響深度較大，能在較大的深度范圍內(nèi)獲得較均勻的密實(shí)度，可以有效地解決橋頭臺(tái)背回填的問(wèn)題。此外還可以用于小型構(gòu)造物臺(tái)背、支擋結(jié)構(gòu)物臺(tái)背、半挖半填等局部路段的狹小面積的夯實(shí)作業(yè)。3.適用范圍本工法適用于橋梁及涵洞的臺(tái)背回填、狹小面積或特殊作業(yè)面的夯實(shí)，也可用于路肩、邊坡、高填方路段等的壓實(shí)補(bǔ)強(qiáng)。4.工藝原理用液壓缸將夯錘提升到一定高度后快速釋放，夯錘在重力和液壓蓄能器的共同作用下，加速下落沖擊帶緩沖墊的夯板，通過(guò)夯板間接夯擊地面，達(dá)到夯實(shí)效果。高速液壓夯實(shí)機(jī)作業(yè)原理如圖4-1所示。由于夯錘對(duì)地面的作用是通過(guò)緩沖墊實(shí)施的，加之液壓加力裝置的持續(xù)作用，與傳統(tǒng)的夯實(shí)技術(shù)(強(qiáng)夯等)相比，其作用力的峰值小，作用時(shí)間長(zhǎng)，具有作用柔和、不易剪切、填層流線的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的表層碾壓技術(shù)(壓路機(jī))相比，貫穿能力強(qiáng)而均勻，在基礎(chǔ)處理中不易形成表層硬結(jié)，可在較大的范圍內(nèi)獲得均勻的密實(shí)度。圖4-1高速液壓夯實(shí)機(jī)作業(yè)原理圖注:hi為不同落錘高度。5.施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1施工工藝流程5.1.1場(chǎng)地平整。路基在夯擊前必須按設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、平整度等進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行高速液壓夯實(shí)點(diǎn)的布設(shè)。5.1.2夯實(shí)點(diǎn)布設(shè)。測(cè)量人員在經(jīng)檢驗(yàn)合格的路基段放出夯點(diǎn)，用白灰標(biāo)識(shí)并編號(hào)，按照編號(hào)測(cè)出每一點(diǎn)的初始高程。5.1.3液壓夯實(shí)機(jī)按測(cè)量放樣的位置就位，使夯錘對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)位。5.1.4夯實(shí)機(jī)根據(jù)其夯實(shí)能分為強(qiáng)、中、弱三擋，將夯機(jī)調(diào)至強(qiáng)擋夯擊3錘，測(cè)量夯點(diǎn)的下沉量并記錄，以強(qiáng)擋每3錘為一組累加并記錄每3錘的沉降量。5.1.5重復(fù)第5.1.4條項(xiàng)目，直至高速液壓夯實(shí)機(jī)完成第6、9、12、15錘的夯實(shí)，累加并記錄每3錘的沉降量。5.1.6單個(gè)夯點(diǎn)滿足夯擊標(biāo)準(zhǔn)要求后，移機(jī)至下一點(diǎn)位，采用扇形作業(yè)方法，每次作業(yè)左、中、右3點(diǎn)，再進(jìn)行下一排3點(diǎn)施工。5.1.7高速液壓夯實(shí)機(jī)作業(yè)點(diǎn)夯錘外緣距橋、涵結(jié)構(gòu)物的最小距離不小于50cm。橫向結(jié)構(gòu)物頂部填土厚度不小于2.0m時(shí)方可進(jìn)行夯實(shí)作業(yè)。5.1.8經(jīng)檢驗(yàn)符合設(shè)計(jì)要求后，平整場(chǎng)地，進(jìn)入下一道工序。5.2操作要點(diǎn)5.2.1作業(yè)點(diǎn)布置1、接觸型:每個(gè)夯點(diǎn)邊緣接觸，呈接觸型等邊三角形緊密布點(diǎn)，適用于狹小面積或補(bǔ)強(qiáng)質(zhì)量有較高要求的路段。底座邊緣接觸型作業(yè)方法如圖5-2所示。2、間隙型:每個(gè)夯點(diǎn)邊緣間隔一段距離，呈等邊三角形布點(diǎn)，間隔距離一般以1倍的夯錘底面半徑為宜，視現(xiàn)場(chǎng)情況和強(qiáng)度要求而定。采用間隙型梅花布點(diǎn)，第一排中心與結(jié)構(gòu)物距離為100cm(即錘邊緣與結(jié)構(gòu)物的安全距離為50cm)。底座邊緣間隙型作業(yè)方法如圖5-3所示。圖5-2底座邊緣接觸型作業(yè)方法圖5-3底座邊緣間隙型作業(yè)方法5.2.2作業(yè)方式作業(yè)方式分為直線法和扇面法。直線法就是每次作業(yè)單點(diǎn)，前進(jìn)或后退作業(yè)下一點(diǎn)，適用于間隙型作業(yè)點(diǎn)布置;扇面法就是每次作業(yè)左、中、右3點(diǎn)，后退進(jìn)行下一排3點(diǎn)作業(yè)，適用于接觸型作業(yè)點(diǎn)布置。5.2.3作業(yè)錘數(shù)進(jìn)行每次累加3錘的夯實(shí)作業(yè)，以最后3錘作業(yè)的相對(duì)沉降量不大于1cm作為確定最大錘數(shù)的依據(jù)。在靠近結(jié)構(gòu)物的第1排采用1擋、2擋、3擋9錘施工。分別進(jìn)行1~3擋3錘、6錘、9錘、12錘和15錘對(duì)結(jié)構(gòu)物的安全性影響評(píng)價(jià)。為了避免結(jié)構(gòu)物破壞，布點(diǎn)距離首先定為150cm，在確保安全情況下遞減50cm(即100cm)，以此類推，再分別驗(yàn)證3擋6錘、9錘和12錘的表面壓實(shí)度和沉降量，從而確定錘擊數(shù)。5.2.4填筑層數(shù)采用灌砂法對(duì)夯實(shí)層進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行2組平行試驗(yàn)。觀測(cè)每個(gè)夯點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)的相對(duì)高程，以檢測(cè)路基沉降。當(dāng)每測(cè)回相對(duì)誤差小于5%時(shí)，取平均值作為沉降觀測(cè)值。驗(yàn)證高速液壓夯實(shí)機(jī)對(duì)臺(tái)背采用現(xiàn)有填料的作用深度和范圍，從而確定分層厚度，以取得較好的壓實(shí)效果。6.材料與設(shè)備人員配置見(jiàn)表6-1，機(jī)械設(shè)備配置見(jiàn)表6-2。表6-1人員配置表序號(hào)工種數(shù)量職責(zé)1技術(shù)員1全程監(jiān)控施工過(guò)程，觀察夯實(shí)過(guò)程中產(chǎn)生的壓力對(duì)結(jié)構(gòu)物及其附屬結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)2測(cè)量員1觀測(cè)沉降量并對(duì)結(jié)構(gòu)物位移進(jìn)行監(jiān)控3雜工2臺(tái)背補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域修筑圍堰，臺(tái)背銜接處及其死角部位整平，并采用小型人工夯機(jī)夯實(shí)表6-2機(jī)械設(shè)備配置表序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)單位數(shù)量1高速液壓夯實(shí)機(jī)THC36臺(tái)12灑水車16t臺(tái)13平地機(jī)PY180臺(tái)14壓路機(jī)22t臺(tái)15小型夯機(jī)HCI90臺(tái)16測(cè)量?jī)x器套17土工試驗(yàn)儀器套18平板荷載試驗(yàn)儀K-30套19動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀LFG-K套17.質(zhì)量控制7.1強(qiáng)擋夯實(shí)不少于9錘，最后3錘累計(jì)夯沉量不大于10mm。最后3錘與前3錘的相對(duì)夯沉量差值不大于10mm，且強(qiáng)擋夯實(shí)不少于9錘為準(zhǔn)(按目前采用的高速液壓夯實(shí)機(jī)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)擋夯擊能為36kJ)。7.2對(duì)于每個(gè)高速液壓夯實(shí)機(jī)壓實(shí)夯點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)采取補(bǔ)夯措施，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。8.安全措施8.1嚴(yán)格遵守國(guó)家及行業(yè)相關(guān)安全規(guī)范、規(guī)程和施工現(xiàn)場(chǎng)制定的相關(guān)安全操作要領(lǐng)，定期檢查各類機(jī)械設(shè)備及各部件的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，定期加注潤(rùn)滑油等，交接班時(shí)做好設(shè)備使用狀態(tài)的記錄。8.2操作人員必須持證上崗，嚴(yán)禁非專業(yè)司機(jī)作業(yè)。在工作中不得擅離崗位，不得操作與操作證不相符合的機(jī)械。嚴(yán)禁將機(jī)械設(shè)備交給無(wú)本機(jī)種操作證的人員操作，嚴(yán)禁酒后操作。8.3操作人員必須按照本機(jī)說(shuō)明書(shū)規(guī)定，嚴(yán)格執(zhí)行工作前的檢查制度和工作中注意觀察及工作后的檢查保養(yǎng)制度。8.4施工時(shí)，必須先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地下障礙物進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并派專人負(fù)責(zé)指揮機(jī)械的施工，確保地下障礙物和機(jī)械設(shè)備的安全。8.5作業(yè)之前，作業(yè)司機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員必須對(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人交底的內(nèi)容進(jìn)行全面學(xué)習(xí)和了解，不明白或不清楚時(shí)應(yīng)及時(shí)詢問(wèn)。其中作業(yè)司機(jī)和技術(shù)員必須明記作業(yè)場(chǎng)所地下、地上和空中障礙物的類型、位置等情況，施工必須聽(tīng)從技術(shù)員的指揮，嚴(yán)禁無(wú)指揮作業(yè)。8.6作業(yè)期間嚴(yán)禁非施工人員進(jìn)入施工區(qū)域，施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁追逐打鬧。人、機(jī)配合施工時(shí)，人員嚴(yán)禁站在機(jī)械行進(jìn)的工作面上。9.環(huán)保措施9.1在鄰近居民居住區(qū)施工時(shí)，夜間應(yīng)暫停施工，以防機(jī)械噪聲和沖擊振動(dòng)影響居民休息。不得不施工時(shí)，要事先征得居民同意。9.2現(xiàn)場(chǎng)所用各類材料均應(yīng)分類堆放整齊，并加蓋篷布，以免被風(fēng)吹動(dòng)產(chǎn)生揚(yáng)塵，造成小范圍環(huán)境污染。9.3施工前應(yīng)調(diào)查清楚地下管線(如水、電、燃?xì)夤芫€等)，以防施工時(shí)被沖斷、沖壞，影響水、電、暖氣、燃?xì)獾恼Ｊ褂茫苊庥纱嗽斐傻奈廴炯敖?jīng)濟(jì)損失。10.效益分析與傳統(tǒng)壓實(shí)方式[圖10-1a)、b)]相比，高速液壓夯實(shí)機(jī)[圖10-1c)]機(jī)體小，由裝載機(jī)帶動(dòng)，機(jī)動(dòng)靈活，作業(yè)速度快;有效降低了物質(zhì)消耗，縮短了工藝流程，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率;有利于保證和提高臺(tái)背回填質(zhì)量;提高了自動(dòng)化程度，有益于人身安全，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了污染;有利于縮小與國(guó)外先進(jìn)壓實(shí)方式的差距。11.應(yīng)用實(shí)例11.1施工情況為避免橋臺(tái)、涵背和填挖交界處的質(zhì)量缺陷，減小或消除運(yùn)營(yíng)期間常見(jiàn)的跳車、路基不均勻沉降等通病，決定在川口至大河家公路3標(biāo)K9+000段使用高速液壓夯實(shí)技術(shù)對(duì)涵背回填料進(jìn)行夯實(shí)補(bǔ)強(qiáng)。為驗(yàn)證高速液壓夯實(shí)機(jī)在本路段的應(yīng)用效果，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)達(dá)到在確保結(jié)構(gòu)物安全條件下取得令人滿意的施工工藝的目的，以指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用及現(xiàn)場(chǎng)施工。為對(duì)夯實(shí)作業(yè)效果和施工作業(yè)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，選取的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)物臺(tái)背已完成常規(guī)壓實(shí)施工并準(zhǔn)備交驗(yàn)，填料為砂礫料，最大干密度為2.37g/cm3，最佳含水率為4.2%。夯錘作用位置按照夯擊能量由小到大設(shè)計(jì)，并兼顧夯擊能量對(duì)臺(tái)背回填處的豎向影響深度和水平影響范圍，其試驗(yàn)工況如圖11-1和表11-1所示。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖11-2所示。為了便于壓實(shí)效果對(duì)比，試驗(yàn)開(kāi)始前選取3點(diǎn)檢測(cè)了初始?jí)簩?shí)度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11-2。3-32-31-33-22-21-23-12-11-1結(jié)構(gòu)物背墻位置圖11-1涵臺(tái)夯擊試驗(yàn)平面布置圖表11-1夯錘作用位置與試驗(yàn)工況對(duì)照表作用位置夯錘工況作用位置夯錘工況作用位置夯錘工況1-11擋6錘1-21擋9錘1-31擋12錘2-32擋6錘2-22擋9錘2-12擋12錘3-33擋6錘3-23擋9錘3-13擋12錘表11-2涵臺(tái)地表壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果初始?jí)簩?shí)度(%)96.897.097.8作用位置1-11-21-3擋/錘數(shù)1/61/91/12實(shí)測(cè)壓實(shí)度(%)97.096.997.2作用位置2-12-22-3擋/錘數(shù)2/62/92/12實(shí)測(cè)壓實(shí)度(%)97.097.996.3作用位置3-13-23-3擋錘數(shù)3/63/93/12實(shí)測(cè)壓實(shí)度(%)98.298.699.0表11-3涵臺(tái)夯擊試驗(yàn)沉降量實(shí)測(cè)結(jié)果擋/錘數(shù)1/61/91/12沉降量(mm)-21-45-80擋/錘數(shù)2/62/92/12沉降量(mm)-32-49-102擋/錘數(shù)3/63/93/12沉降擋(mm)-51-69-162表11-3給出了涵臺(tái)夯擊試驗(yàn)的沉降量試驗(yàn)結(jié)果。由相應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，就夯擊作業(yè)對(duì)涵洞側(cè)背填筑沉降量而言，1~3擋夯擊作業(yè)效果均有不同程度的影響，2~3擋作業(yè)的影響效果最大，其中3擋9錘的沉降量為6.9cm，3擋12錘的沉降量為16.2cm。由表11-2可以看出，1~3擋夯擊作業(yè)后臺(tái)背回填壓實(shí)度均有不同程度的提高，其中3擋的效果最明顯，其表面壓實(shí)度均達(dá)98%以上，而3擋9錘夯擊作業(yè)后壓實(shí)度即達(dá)98.6%，3擋12錘的壓實(shí)度提高幅度不大，其數(shù)值為99.0%。綜合分析后可以認(rèn)為采用3擋9錘的應(yīng)用效果最佳且比較經(jīng)濟(jì)。從結(jié)構(gòu)物的安全影響評(píng)價(jià)來(lái)看，在夯實(shí)機(jī)最大擋位的作用下，臺(tái)身處于最大不利荷載工況的受彎承載力遠(yuǎn)大于荷載效應(yīng)。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，采用刻度放大鏡在涵臺(tái)側(cè)墻內(nèi)表面進(jìn)行了裂縫跟蹤觀測(cè)。經(jīng)過(guò)觀察分析可以認(rèn)為，在夯錘和構(gòu)造物的安全距離不小于0.5m范圍內(nèi)，當(dāng)涵臺(tái)填土沉降量最大至6.9cm(3擋9錘)、16.2cm(3擋12錘)和壓實(shí)度顯著提高時(shí)，夯錘作業(yè)對(duì)涵臺(tái)的影響作用不大，涵臺(tái)結(jié)構(gòu)的安全性能夠得到保證。綜合考慮夯擊作業(yè)的各個(gè)試驗(yàn)成果，實(shí)際夯擊施工時(shí)按照統(tǒng)一選取3擋9錘進(jìn)行臺(tái)背料夯擊，從實(shí)際施工角度而言是較為合理的，該施工參數(shù)對(duì)于改善臺(tái)背填料表面沉降和壓實(shí)度均最為有效和經(jīng)濟(jì)。11.2工程監(jiān)測(cè)與結(jié)果評(píng)價(jià)11.2.1通過(guò)在涵洞工程的臺(tái)背回填進(jìn)行液壓高速夯實(shí)機(jī)壓實(shí)工藝性試驗(yàn)，更深入地了解了液壓高速夯實(shí)機(jī)壓實(shí)施工工藝流程、作業(yè)方法及需要注意的問(wèn)題，檢驗(yàn)了施工工藝的可行性、施工準(zhǔn)備的可靠性、施工組織的合理性，為工程技術(shù)人員提供了有價(jià)值的技術(shù)參數(shù)及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，也為今后液壓高速夯實(shí)機(jī)壓實(shí)的大規(guī)模施工積累了經(jīng)驗(yàn)。11.2.2高速液壓夯實(shí)機(jī)的作用深度在2~3m之間，因此工程應(yīng)用中以2~3m為補(bǔ)強(qiáng)壓實(shí)的填土界限高度，嚴(yán)格控制超厚填筑。11.2.3由試驗(yàn)結(jié)果可知，夯錘距離