高速公路桥涵台背专项处理应用高速液压夯实

敖卓铎

1 工程概况

广梧高速河口—平台段，河口—双凤段是国家重点公路规划第18横向路线广东省广州至云南昆明的一段。起点位于云浮市云城区河口镇，接广梧一期高速公路，终点与苍郁高速公路相连，全长98.49 km。该项目全线分河口—双凤段、双凤—平台段，其中双凤—平台段被列入交通部、广东省联合勘察设计典型示范项目，以及广东省交通厅首批科技示范工程。我省建成的高速公路大部分桥涵台背均出现不同程度工后沉降，从而导致“跳车”现象，满足不了行车安全、舒适、畅通等要求。本项目尽量减少桥涵台背的工后沉降，确保行车安全、舒适，但本项目沿线缺乏透水性填料和水密法用的水源，要想达到上述要求比较困难。广梧高速公路有限公司委托广东恒建高速公路发展有限公司利用该公司拥有的高速液压夯实技术，结合沿线透水性不良的填料，利用高速液压夯实机进行补强的作用机理、施工工艺以及质量检测方法展开试验研究。

2 目的与方法

2.1 目的

广梧高速公路沿线缺乏透水性填料，台背涵侧采用非透水性填料(粉土质砂)进行填筑，由于振动压路机在台背附近部分路基不能振动碾压，使其压实度不易满足要求，故而通过高速液压夯实机进行补强，以达到台背涵侧路基的压实标准。而采用夯实机对不同填料进行夯实补强时，应用不同夯实工艺。本次试验主要针对现场典型填料围绕高速液压夯实机进行补强的作用机理、施工工艺以及质量检测方法展开。主要研究如下内容:

1)明确地基基底承载力要求和试验填料特性;2)分析夯实机补强作业效果，确定相应试验填料的夯实机补强施工工艺;3)形成台背涵侧路基施工工艺和质量检测方法的建议。

2.2 高速液压夯实机

液压高速夯实机为机—电—液压一体化产品，由夯锤、夯架、夯脚、液压驱动装置、电器系统等组成。夯架采用可相对移动的双层嵌套式结构及带缓冲垫的夯脚，可悬挂在挖掘机、装载机等机体上，由承载设备提供液压动力。其工作原理是:用液压缸将夯锤提升至一定高度后释放，夯锤在重力和液压力的作用下快速下落，打击静压在地面上带缓冲垫的夯脚，再通过夯脚夯击地面，并在液压缸的作用下实现快速的上下往复动作。

3 试验情况

3.1 填料土性试验

取试验段典型填料50 kg进行室内物理力学性质试验，包括液塑限、颗粒级配分析、击实试验、CBR试验等，以掌握填料的性状。

3.2 现场夯实试验

3.2.1 试验段区段划分

结合现场施工情况，试验工点选择在广梧高速公路K63+913通道桥1号台台背路基，路基填筑高度4 m。

试验工点按照补强路基高度划分为3个区段，即2.4 m，3.0 m和3.4 m，每个区段长度分别为9 m，并在每个区段进行两种夯实势能的试验，即二档和三档。

3.2.2 传感器布置与测试方法

1)夯实前传感器的埋设及测试。试验前，对应3个区段基底进行基本承载力测试。

试验段先通过压路机进行正常碾压填筑，然后采用夯实机进行补强。在压路机逐层碾压过程中进行传感器埋设和土的物理力学指标测试，埋设传感器包括动态土压力盒和装配式沉降板，测试夯实过程中在竖向方向的动应力传递和对桥台的侧向动应力。物理力学指标测试包括含水量和密度，以得到夯实前不同深度处的压实度。由于K63+913通道桥桥台为悬臂式，其夯实机夯实过程中对桥台混凝土产生受拉的位置位于桥台底部外侧，因而外侧底部混凝土面粘贴应变片。

路基通过压路机正常压实达到试验高度后(3个台阶高度分别为2.4 m，3.0 m，3.4 m)，采用轻型动力触探测试基本承载力，每个区段测试2点，测点在试验段均匀分布，得到夯实前不同深度处的基本承载力，试验测点避免重复，同时避开传感器埋设位置。

2)夯实过程的测试。在夯实补强过程中，进行动应力、沉降变形、台背混凝土应变和基本承载力测试。二档区每夯实4次后测试变形和基本承载力各1次，三档区每夯实3次后测试变形和基本承载力各1次，每个区段基本承载力测试布置2点，测点不重复。同时，每次夯实时均进行动应力和混凝土应变测试。

3)补强后开挖测试。夯实补强结束后，每个区段先进行轻型动力触探试验，从侧面向工点中部进行垂直开挖，测试不同深度处的密度和含水量。

3.3 施工工艺

1)路基填筑前，对基底范围内的地表杂土、树根等进行清除，对基底整平压实，压实度不小于90%。同时，对基底基本承载力进行测试，对于基底承载力低于150 kPa的位置需要进行加强。2)现场填料与试验选用的填料一致。3)台背填筑范围，桥台台背填土长度不应小于台高的3倍～4倍。4)使用机械，在桥台周围1 m以外使用18 t以上压路机分层填筑，分层填筑的每层压实厚度不大于25 cm，振动碾压(不少于8遍)。1 m范围内进行静压(不少于8遍)。5)压实不同路基高度后，采用夯实机进行补强，夯实过程中进行相关的测试。安全施工距离是从夯实作业中点到台背的距离，已有台背夯实试验结果表明，该距离为60 cm，夯实机夯锤半径为50 cm，即夯锤与台背的最小距离为10cm。夯锤布点方式采用梅花桩式，锤心与锤心相距150 cm，两个作业点边距为50 cm。6)夯实结束后进行相关检测。夯实后路基基底承载力应达到180 kPa以上。

3.4 试验结论

1)台背涵侧路基采用夯实机进行补强，能提高路基压实度，减小路基沉降，台背混凝土拉应变远小于其限值，是一种有效的补强方法，试验提出的施工工艺是较为合理的，采用的填料是可行的。2)夯实机工作时对路基产生的最大动应力受夯实势能、夯实路基高度和路基模量等因素影响，而夯实势能是主要影响因素。夯实机产生的动应力随夯实次数的增加而增大，随夯实路基高度增加略有增大，随夯实势能的增大而增大，一档、二档和三档夯实产生的动应力变化趋势基本一致。3)夯实机产生的竖向动应力随深度增加而迅速减小，应力主要影响深度在2.0 m～2.5 m。夯实机在2.5 m深度处的影响宽度约为1.5 m。4)路基相同深度处压路机产生的动应力约为夯实机的16.0%～20.0%，小型打夯机产生的动应力约为夯实机的3.1%～3.9%。5)路基夯实后承载力增大主要在2.5 m范围内，二档和三档区在2.5 m范围内的平均基本承载力分别约增大20 kPa和 30 kPa，夯实路基越高，基本承载力增大越小。6)路基沉降量随夯实次数增大而增大，其增长率随次数而减小，沉降量随深度逐渐减小;变形量主要发生在1.5 m范围内。7)路基面压实度随夯实次数增加而增大，Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ三区路基在二档和三档分别作用16次和12次后压实度增大2.4%，1.9%，2.1%和3.5%，2.7%，2.5%。压实度沿深度变化主要发生在2 m左右的范围内。8)夯实机夯实时，台背混凝土主要发生弹性变形，最大应变随夯实次数略有增大，均不超过10 μ ε。

3.5 试验建议

1)从本次试验路基沿深度方向的竖向应力、基本承载力、沉降量及压实度等方面的变化可知，夯实机在本工点路基的影响深度范围为2.5 m，建议路基夯实高度取2.5 m以内。2)建议台背路基夯实工艺采用二档12锤或三档9锤，夯锤布点方式采用梅花桩式，两锤心相距1.5 m，夯锤与台背的最小距离为0.1 m。3)建议采用轻型动力触探仪检测夯实效果，碾压路基夯实后基本承载力平均值应提高20 kPa，本工点碾压路基夯实后基本承载力应达到180 kPa。4)针对本试验工点采用的粉土质砂为台背路基填料，尽管其压实性能满足要求，为确保其水稳定性，建议试验工点台背路基夯实填筑至设计标高-20 cm后，填筑20 cm厚碎石(自然级配，最大粒径不大于5 cm)，且中间夹铺一层土工布，以增强路基防排水能力。

4 项目的经济效果和社会效果

本项目的推广可以解决山区高速公路施工中在缺乏透水性良好的回填料和水源情况下，利用高速液压夯实机作用机理优点，把公路沿线符合要求的土源利用好，加快建设进度，缩短工期，节约造价近60%(回填中粗砂水密法与填土夯实补强经济效益比较)，有着明显的社会效益。

5 技术应用

通过本次对第7合同段K63+913通道桥1号台台背用粉土质砂回填，利用高速液压夯实机补强，同时加做一层碎石防水层，既能达到规范要求的压实度和水稳定性，又能加速工后沉降，使桥台在营运中达到相对稳定，减少“跳车”现象，确保行车安全和舒适，同时能利用沿线充足的土源，降低成本、节约造价。综上所述，广梧高速公路河口—平台段第10合同段～第18合同段在拱涵涵背前后10 m及挡土墙墙背5 m内均广泛利用高速液压夯实机补强处理。