甘肃路桥建设集团科技项目：台背回填高速液压夯实机补强路基质量控制标准.pdf_大学文库

台背回填高速液压夯实机补强路基质量控制标准朱家剑′王选仓3苟想伟2付林杰3 1.公路建设与养护技术、材料及装备交通运輸行业研发中心(甘肅路桥建设集国有限公司),甘肃兰州730030 2甘肃路桥第三公路工程有限贲任公司,甘肃兰州730030;3.长安大学,西安710064) 瘸要:基于波体特性的夯击能传递原理,研究使用高速液压夯实机对台背回填进行补强夯实作业的最佳施工参数。依托G309线板桥乡至小园子(甘宁界)二级路改建工程,对高速液压夯实机在台背黄土路基补强夯实中施工参数的确定进行现场试验研究。提出了影响高速液压夯实机补强路基效果的主要因素为夯击档位、夯击次数和夯点间距。进而根据现场试验结果,研究了不同因素对夯击效果的影响,提出了台背回填高速液压夯实机补强路基质量控制标准,对指导台背路基工程施工具有重要意义。关镳词:路基工程;台背回填土压实;高速液压夯实机;施工参数中困分类号:U416.1 Quality control standard for reinforcing subgrade of high-pressure hydraulic compaction machine with back-filling Zhu Jia-jian', Wang Xuan-cang Gou Xiang-wei, Fu Lin-jie'3 (1. Research and Development Center of Transport Industry of Technologies, Materials nd Equipments of Highway Construction and Maintenance( Gansu Road Bridge Construction Group Co, Ltd )2. Gansu Luqiao Third Highway Engineering Co, Ltd, Lanzhou 730030, China; 3. Chang an University, Xi'an 710064, China) Abstract: Based on the energy transfer principle of tamping with wave characteristics optimum construction parameters of backfill reinforcement and tamping with high-sI hydraulic tamping machine are studied. Based on the reconstruction project of Banqiao Township to Xiaoyuanzi( Ganning Boundary) second-class road on G309 line, field test was conducted to determine the construction parameters of high-speed hydraulic compactor in the reinforcement and compaction of the abutment back loess roadbed. The main factors influencing the reinforcement effect of high-speed hydraulic compactor are the ramming gear the number of ramming times and the distance between ramming points. Ba asea on the test results, the influence of different factors on the ramming effect is studied. The quality control standard of backfilling high-speed hydraulic compactor to reinforce roadbed is put forward, which is of great significance for guiding the construction of the roadbed behind the 基金项目:甘肃路桥建设集团科技项目(2017-01) (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

台背回填高速液压夯实机补强路基质量控制标准1 朱家剑 1 王选仓 3 苟想伟 2 付林杰 3 （1.公路建设与养护技术、材料及装备交通运输行业研发中心（甘肃路桥建设集团有限公司），甘肃兰州 730030； 2.甘肃路桥第三公路工程有限责任公司，甘肃兰州 730030； 3.长安大学，西安 710064）摘要：基于波体特性的夯击能传递原理，研究使用高速液压夯实机对台背回填进行补强夯实作业的最佳施工参数。依托 G309 线板桥乡至小园子（甘宁界）二级路改建工程，对高速液压夯实机在台背黄土路基补强夯实中施工参数的确定进行现场试验研究。提出了影响高速液压夯实机补强路基效果的主要因素为夯击档位、夯击次数和夯点间距。进而根据现场试验结果，研究了不同因素对夯击效果的影响，提出了台背回填高速液压夯实机补强路基质量控制标准，对指导台背路基工程施工具有重要意义。关键词：路基工程；台背回填土压实；高速液压夯实机；施工参数中图分类号：U416.1 Quality control standard for reinforcing subgrade of high-pressure hydraulic compaction machine with back-filling Zhu Jia-jian1，Wang Xuan-cang 3，Gou Xiang-wei2 , Fu Lin-jie3 (1.Research and Development Center of Transport Industry of Technologies, Materials and Equipments of Highway Construction and Maintenance(Gansu Road & Bridge Construction Group Co.,Ltd.) 2.Gansu Luqiao Third Highway Engineering Co., Ltd., Lanzhou 730030, China; 3.. Chang'an University, Xi'an 710064, China) Abstract: Based on the energy transfer principle of tamping with wave characteristics, the optimum construction parameters of backfill reinforcement and tamping with high-speed hydraulic tamping machine are studied. Based on the reconstruction project of Banqiao Township to Xiaoyuanzi (Ganning Boundary) second-class road on G309 line, field test was conducted to determine the construction parameters of high-speed hydraulic compactor in the reinforcement and compaction of the abutment back loess roadbed. The main factors influencing the reinforcement effect of high-speed hydraulic compactor are the ramming gear, the number of ramming times and the distance between ramming points. Based on the field test results, the influence of different factors on the ramming effect is studied. The quality control standard of backfilling high-speed hydraulic compactor to reinforce roadbed is put forward, which is of great significance for guiding the construction of the roadbed behind the 1基金项目：甘肃路桥建设集团科技项目（2017-01）

Key words: platform back; high speed hydraulic compactor; roadbed engineering: Construction 引言在公路工程路基施工过程中,路基压实度是重要的质量控制指标。在桥台涵背等路基构造物附近由于作业面狭小,不利于大吨位压路机大面积快速压实施工。于大吨位压路机相比髙速液压夯实机具有机动灵活、压实功大、作业效率高的有点,能够很好的适应桥台涵背路基回填施工的需求。高速液压夯实机通过液压缸驱动夯锤提上到一定高度,利用重力势能夯击待加固土地表面的夯板,达到压实土体的目的2。与大吨位压路机作用机理不同,施工过程中其施工参数的确定也有所不同。故其施工参数的研究多以冲击波浪理论为基础,通过控制夯实功输出功率、夯点布局密度以及作用层厚度,达到加固土体的目的5。在高速公路路基施工中,高速液压夯实机广泛用于桥台涵背填土、填挖结合部、高填路基、新旧路基结合部及加宽部、鸡爪冲沟、冲压盲区等不便或不宜使用强夯的部位阿。目前国内外进行了很多高速液压夯实机施工参数的研究。曹斌等研究了HC36高速液压夯实机在高速公路改扩建工程新旧路基结合部的应用,得到了压实影响深度,推荐了机具参数、夯点中心距、作用层厚度。庄仲欣进行了隧道弃渣破碎的粗粒土填筑路基时高速液压夯加密补强施工技术参数研究。司癸卯以张承高速为依托通过现场试验研究了土石混合填料用于桥台涵背侧向回填时,高速液压夯实机施工参数,并提出了用于不同填土路基时的实验步骤。现阶段研究多集中在补强夯实石料或砂砾料方面,在黄土填筑路基补强夯实中的应用研究较少。因此,本文对高速液压夯实机在台背黄土路基补强夯实中的应用技术进行研究,主要研究了夯击档位、夯击次数、夯点间距对补强夯实效果的影响,得出了高速液压夯实机补强夯实台背黄土路基较为适宜的施工技术参数,以指导高速液压夯实机在黄土路基施工中的应用。二、基于波体特性的夯击能传递原理高速液压夯实机处理路基时,在落锤到达土体的瞬间,会引起土体剧烈振动,由于土体可视为弹塑性材料,因此夯击能在其中的传播可看作为波在连续介质中的传播,根据夯实机作用原理以及路基土特点,可将该波分为橫波和纵波,横波和纵波的传播速度可根据下式确定。 A 4G (式2) (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

abutment. Key words: platform back; high speed hydraulic compactor; roadbed engineering；Construction parameters 一、引言在公路工程路基施工过程中，路基压实度是重要的质量控制指标。在桥台涵背等路基构造物附近由于作业面狭小，不利于大吨位压路机大面积快速压实施工。于大吨位压路机相比，高速液压夯实机具有机动灵活、压实功大、作业效率高的有点，能够很好的适应桥台涵背路基回填施工的需求[1]。高速液压夯实机通过液压缸驱动夯锤提上到一定高度，利用重力势能夯击待加固土地表面的夯板，达到压实土体的目的[2]。与大吨位压路机作用机理不同，施工过程中其施工参数的确定也有所不同。故其施工参数的研究多以冲击波浪理论为基础，通过控制夯实功输出功率、夯点布局密度以及作用层厚度，达到加固土体的目的[3-5]。在高速公路路基施工中，高速液压夯实机广泛用于桥台涵背填土、填挖结合部、高填路基、新旧路基结合部及加宽部、鸡爪冲沟、冲压盲区等不便或不宜使用强夯的部位[6]。目前国内外进行了很多高速液压夯实机施工参数的研究。曹斌等研究了HC36高速液压夯实机在高速公路改扩建工程新旧路基结合部的应用，得到了压实影响深度，推荐了机具参数、夯点中心距、作用层厚度[7]。庄仲欣进行了隧道弃渣破碎的粗粒土填筑路基时高速液压夯加密补强施工技术参数研究[8]。司癸卯以张承高速为依托通过现场试验研究了土石混合填料用于桥台涵背侧向回填时，高速液压夯实机施工参数，并提出了用于不同填土路基时的实验步骤[9]。现阶段研究多集中在补强夯实石料或砂砾料方面，在黄土填筑路基补强夯实中的应用研究较少。因此，本文对高速液压夯实机在台背黄土路基补强夯实中的应用技术进行研究，主要研究了夯击档位、夯击次数、夯点间距对补强夯实效果的影响，得出了高速液压夯实机补强夯实台背黄土路基较为适宜的施工技术参数，以指导高速液压夯实机在黄土路基施工中的应用。二、基于波体特性的夯击能传递原理高速液压夯实机处理路基时，在落锤到达土体的瞬间，会引起土体剧烈振动，由于土体可视为弹塑性材料，因此夯击能在其中的传播可看作为波在连续介质中的传播[10]，根据夯实机作用原理以及路基土特点，可将该波分为横波和纵波，横波和纵波的传播速度可根据下式确定。 1 12 0 (1 ) 4 m A v Gr    （式1） (1 ) z E G V       （式2）

式中,V、V分别为纵、横波传播速度;E、G分别为土体弹性模量和剪切模量;4为泊松比;p为土体密度由上式可知,影响夯实能在土中传播的主要因素有土体弹性模量、剪切模量、泊松比和密度,根据钱家欢弹性模型,有 4G1 fn 2Vm(1-) (式3) 4=n2,/( 4G1 (式4) 式中,n、f分别为无阻尼和有阻尼时的固有频率:为落锤底面半径:m1为落锤质量:A为振幅;V2为落锤击中土体后的土体速度根据上式可知,当采用高速液压夯实机补强路基时,夯实机每一次的夯击能大小主要和落锤半径、落锤重量、土体密度等因素有关,而在对同一处土体进行连续夯击时,土体的密度又在不断变化,当土体达到足够的密实度后,夯实机产生的波在土体中的传播速度将会很小,此时夯实效果较差:由于横波的产生,将会使得土体在橫向产生上下波动,这不利于土体密实,尤其在夯点周围的表面土体会产生浮土现象,因此,如何控制各夯点间距,保证路基土在整个平面内的密实度的基础上,最大限度减少夯实机对土体的横向扰动,将是实际工程中面临的又一难题。根据上述分析,采用高速液压夯实机补强黄土路基时,夯击档位、夯击次数和夯点间距对夯实效果将会产生重大影响高速液压夯实机补强夯实黄土路基现场试验研究本文依托G309线板桥乡至小园子(甘宁界)二级路改建工程,在台背回填进行高速液压夯实机补强夯实黄土路基现场试验,研究不同夯击档位、夯击次数和夯点间距对夯实效果的影响。现场试验采用HC42高速液压夯实机,该夯实机为双作用液压锤,与装载机配套使用,采用电脑控制、液压加力,冲击强度多级调控,共分3个档位,主要性能参数汇总如表1 表1HC42高速液压夯实机主要技术参额定冲锤体夯板工作夯击频率(次/min1) 锤体行程(m) 击能量质量直径质量压力 (KJ (t) (MPa) Ⅰ档Ⅱ档Ⅲ档档档Ⅲ档 42 0 0.20.6 l.2 (一)夯击档位对夯实效果影响为研究不同档位对补强夯实效果的影响,控制夯点边距间隔为50cm,采用梅花状夯点 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

式中， Vp 、Vz 分别为纵、横波传播速度；E、G分别为土体弹性模量和剪切模量；  为泊松比；  为土体密度。由上式可知，影响夯实能在土中传播的主要因素有土体弹性模量、剪切模量、泊松比和密度，根据钱家欢弹性模型[11]，有 0 1 1 4 2 (1 ) n d Gr f f   m    （式3） 1 12 0 (1 ) 4 m A v Gr    （式4）式中， n f 、 d f 分别为无阻尼和有阻尼时的固有频率； 0 r 为落锤底面半径； m1 为落锤质量；A为振幅； 12 v 为落锤击中土体后的土体速度。根据上式可知，当采用高速液压夯实机补强路基时，夯实机每一次的夯击能大小主要和落锤半径、落锤重量、土体密度等因素有关，而在对同一处土体进行连续夯击时，土体的密度又在不断变化，当土体达到足够的密实度后，夯实机产生的波在土体中的传播速度将会很小，此时夯实效果较差；由于横波的产生，将会使得土体在横向产生上下波动，这不利于土体密实，尤其在夯点周围的表面土体会产生浮土现象，因此，如何控制各夯点间距，保证路基土在整个平面内的密实度的基础上，最大限度减少夯实机对土体的横向扰动，将是实际工程中面临的又一难题。根据上述分析，采用高速液压夯实机补强黄土路基时，夯击档位、夯击次数和夯点间距对夯实效果将会产生重大影响。三、高速液压夯实机补强夯实黄土路基现场试验研究本文依托G309线板桥乡至小园子（甘宁界）二级路改建工程，在台背回填进行高速液压夯实机补强夯实黄土路基现场试验，研究不同夯击档位、夯击次数和夯点间距对夯实效果的影响。现场试验采用HC42高速液压夯实机，该夯实机为双作用液压锤，与装载机配套使用，采用电脑控制、液压加力，冲击强度多级调控，共分3个档位，主要性能参数汇总如表1 所示：表 1 HC42 高速液压夯实机主要技术参数额定冲击能量（KJ）锤体质量（t）夯板直径（m）工作质量（t）工作压力（MPa）夯击频率（次/min-1）锤体行程（m） Ⅰ档 Ⅱ档 Ⅲ档 Ⅰ档 Ⅱ档 Ⅲ档 42 3.5 1.0 6.9 25 60 20 10 0.2 0.6 1.2 （一）夯击档位对夯实效果影响为研究不同档位对补强夯实效果的影响，控制夯点边距间隔为50cm，采用梅花状夯点

曲线较为接近。由此可知,当夯点中心间距超过15m后各夯点间相互影响较小。 (3)不同间距条件下每夯3锤引起的夯沉量均随着夯击次数的增加而减小,且夯击前9 锤引起的夯沉量均占累计夯沉量的60%以上,夯击12锤之后每3锤引起的夯沉量均接近lcm。根据上述试验结果及分析,从考虑夯沉量的角度看,补强夯实不同位置时,夯点中心间距均不宜超过1.5m,且夯点中心间距应随压实质量要求的提高而减小,每点补强夯击次数不应少于12锤,以最后3锤引起的夯沉量小于1~1.5cm为宜。四、台背回填高速液压夯实机补强路基质量控制标准高速液压夯实机用于黄土填筑路基不同部位时,由于所要求的压实度标准不同,所以相应的施工控制参数也有所差异。路基填筑中应用高速液压夯实机的主要部位是在桥台涵背、挡土墙墙背、新旧路基拼接段、高填方短路基、鸡爪冲沟等。其中在用于桥台涵背回填时要求最高。因为黄土作为填料用于台背回填时,填料于混凝土的刚度差异,容易引起沿路线纵向的填土路基过量沉降,与桥台差异沉降量较大,对行车安全和舒适性影响也更加明显。所以,使用高速液压夯实机对桥台背侧回填土进行补强作业时,应提高压实度控制标准,尽量减少工后沉降。根据现场试验及分析结果,高速液压夯实机在一般黄土填筑路堤补强夯实应用中,夯击档位控制在Ⅲ档最佳,夯击次数应控制在12次~18次,最后3锤引起的夯沉量不应超过1~-1.5cm, 夯点中心间距应不大于1.5m。台背回填补强夯实时不同于其他部位,较一般路基施工作业区域较小,工程量小,压实效率对工期影响不明显。制定黄土路基不同部位采用HC42高速液压夯实机补强夯实施工质量控制方法与标准如下,为高速液压夯实机在补强夯实黄土路基中的应用提供技术参考每分层填筑1m进行补强一次,夯点采用梅花式满布或夯点中心间距为1.2m,采用Ⅲ档 5-18锤,且最后3锤夯沉量不宜大于lcm,夯点边缘与桥台等结构物的距离不宜小于 20cm[103,104,105,具体大小需根据结构物强度而定,纵向补强范围应超出过渡区1~2m。五、结语本文在基于波体特性的夯击能传递原理分析的基础上,依托G309线板小二级路改建工程对HC42高速液压夯实机在台背回填补强夯实中的应用技术进行了研究,分析了夯击档位夯击次数、夯点间距对补强夯实效果的影响,并针对台背回填补强路基提出了相应的夯实技术参数。主要结论如下 (1)使用HC42高速液压夯实机补强夯实黄土路基,Ⅲ档补强夯实效果最好,Ⅱ档次之, Ⅰ档补强夯实效果最差,故宣采用Ⅲ档进行补强作业。 (2)Ⅲ档夯击12锤后夯沉量达到8cm以上,1.5m范围内路基平均压实度超过95%,之后每增加3锤夯沉量不超过1.5cm,补强夯实效果较好。 (3)Ⅲ档夯击相同次数时,累计沉降量和路基压实度均随着夯点间距的增加而减小, (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

曲线较为接近。由此可知，当夯点中心间距超过1.5m后各夯点间相互影响较小。（3）不同间距条件下每夯3锤引起的夯沉量均随着夯击次数的增加而减小，且夯击前9 锤引起的夯沉量均占累计夯沉量的60%以上，夯击12锤之后每3锤引起的夯沉量均接近1cm。根据上述试验结果及分析，从考虑夯沉量的角度看，补强夯实不同位置时，夯点中心间距均不宜超过1.5m，且夯点中心间距应随压实质量要求的提高而减小，每点补强夯击次数不应少于12锤，以最后3锤引起的夯沉量小于1~1.5cm为宜。四、台背回填高速液压夯实机补强路基质量控制标准高速液压夯实机用于黄土填筑路基不同部位时，由于所要求的压实度标准不同，所以相应的施工控制参数也有所差异。路基填筑中应用高速液压夯实机的主要部位是在桥台涵背、挡土墙墙背、新旧路基拼接段、高填方短路基、鸡爪冲沟等。其中在用于桥台涵背回填时要求最高。因为黄土作为填料用于台背回填时，填料于混凝土的刚度差异，容易引起沿路线纵向的填土路基过量沉降，与桥台差异沉降量较大，对行车安全和舒适性影响也更加明显。所以，使用高速液压夯实机对桥台背侧回填土进行补强作业时，应提高压实度控制标准，尽量减少工后沉降。根据现场试验及分析结果，高速液压夯实机在一般黄土填筑路堤补强夯实应用中，夯击档位控制在Ⅲ档最佳，夯击次数应控制在12次~18次，最后3锤引起的夯沉量不应超过1~1.5cm，夯点中心间距应不大于1.5m。台背回填补强夯实时不同于其他部位，较一般路基施工作业区域较小，工程量小，压实效率对工期影响不明显。制定黄土路基不同部位采用HC42高速液压夯实机补强夯实施工质量控制方法与标准如下，为高速液压夯实机在补强夯实黄土路基中的应用提供技术参考：每分层填筑1m进行补强一次，夯点采用梅花式满布或夯点中心间距为1.2m，采用Ⅲ档 15~18锤，且最后3锤夯沉量不宜大于1cm，夯点边缘与桥台等结构物的距离不宜小于 20cm[103,104,105]，具体大小需根据结构物强度而定，纵向补强范围应超出过渡区1~2m。五、结语本文在基于波体特性的夯击能传递原理分析的基础上，依托G309线板小二级路改建工程对HC42高速液压夯实机在台背回填补强夯实中的应用技术进行了研究，分析了夯击档位、夯击次数、夯点间距对补强夯实效果的影响，并针对台背回填补强路基提出了相应的夯实技术参数。主要结论如下：（1）使用HC42高速液压夯实机补强夯实黄土路基，Ⅲ档补强夯实效果最好，Ⅱ档次之， Ⅰ档补强夯实效果最差，故宜采用Ⅲ档进行补强作业。（2）Ⅲ档夯击12锤后夯沉量达到8cm以上，1.5m范围内路基平均压实度超过95%，之后每增加3锤夯沉量不超过1.5cm，补强夯实效果较好。（3）Ⅲ档夯击相同次数时，累计沉降量和路基压实度均随着夯点间距的增加而减小