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高速液壓夯實(shí)機(jī)施工技術(shù)指南

來源：鄭州中航設(shè)備時(shí)間：2018-01-01

一、高速液壓夯實(shí)機(jī)
高速液壓夯實(shí)機(jī)（Rapid hydraulic compactor)是液壓缸將錘體提升至一定高度后釋放，錘體高速落下后通過緩沖傳力裝置夯擊壓在地面的夯板，以沖擊力與機(jī)器重力的合力壓縮土體的壓實(shí)機(jī)械。高速液壓夯實(shí)機(jī)錘體*大提升高度時(shí)的夯擊頻率不低于30擊/min，對(duì)土體的作用為動(dòng)力壓實(shí)，工藝特點(diǎn)是高強(qiáng)度,高頻率反復(fù)施壓。

高速液壓夯實(shí)機(jī)的主要參數(shù)為錘體勢(shì)能，錘體勢(shì)能(KJ)=錘體重力(KN)×錘體*大提升高速(m)，如鄭州中航VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)錘體勢(shì)能的標(biāo)定值為36KJ（=30KN×1.2m)。
錘體高速下落時(shí)，液壓缸的排油阻力與流速的二次方成正比，單作用夯實(shí)機(jī)和大多雙作用夯實(shí)機(jī)的落錘加速度遠(yuǎn)低于重力加速度，落錘末速度遠(yuǎn)低于自由落體，實(shí)際夯擊能力遠(yuǎn)低于錘體勢(shì)能。1.2m高度的自由落體時(shí)間0.49s，某型夯實(shí)機(jī)高度1.2m的落錘時(shí)間約0.7s，實(shí)際效能不足其標(biāo)定值的50％；某型夯實(shí)機(jī)高速1.2m的落錘時(shí)間約1s，實(shí)際效能不足標(biāo)定值的25％。對(duì)土體壓縮起主要作用的是單位接地面積的錘體動(dòng)量，即錘體質(zhì)量與落錘末速度的乘積再除以接地面積；也可以簡(jiǎn)單理解為落錘的瞬時(shí)沖擊力或沖擊作用。動(dòng)量小時(shí)能量再大也無用。末掌握落錘核心技術(shù)的仿制品和參照品不可能達(dá)到高速液壓夯實(shí)機(jī)的落錘速度，也難處理高速?zèng)_擊對(duì)設(shè)備自身的不利影響。一般而言，與適用裝載機(jī)成套后，*大提升高度時(shí)的夯擊頻率現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值低于30次/min的均為低效仿制品和劣質(zhì)品，無論夯坑深淺，均不可能達(dá)到高速液壓夯實(shí)機(jī)的影響深度。
鄭州中航VIP系列高速液壓夯實(shí)機(jī)采用進(jìn)口力士樂液壓系統(tǒng)，進(jìn)口高速油缸，其液壓系統(tǒng)采用差動(dòng)回路和蓄能器加壓補(bǔ)償技術(shù)，大大提高落錘效率并降低能量損耗；同時(shí)，標(biāo)配GPS衛(wèi)星水平定位儀，精準(zhǔn)定位主機(jī)與工作面的垂直角度，確保工作狀態(tài)正常，較大的提高了作業(yè)安全性。產(chǎn)品已通過多個(gè)省部級(jí)鑒定單位技術(shù)檢測(cè)以及多條高速公路及高速鐵路實(shí)用檢測(cè)。截止目前，已在除港澳臺(tái)特別行政區(qū)外全國(guó)所有省份、自治區(qū)、直轄市推廣應(yīng)用。應(yīng)用范圍也擴(kuò)大至普通公路﹑高速鐵路﹑建筑﹑市政﹑水利﹑港口﹑機(jī)場(chǎng)及軍用設(shè)備等領(lǐng)域。
高速液壓夯實(shí)機(jī)在公路路基填筑中主要用于達(dá)標(biāo)路基的補(bǔ)壓增強(qiáng)（補(bǔ)強(qiáng)﹑追密）及直接夯實(shí)。主要應(yīng)用部位橋涵墻背﹑填挖結(jié)合部﹑新舊路結(jié)合部及加寬部﹑雞爪溝﹑高填方﹑沖擊壓路機(jī)碾壓盲區(qū)﹑不便或不宜使用強(qiáng)夯的部位等，以及其他需要補(bǔ)強(qiáng)或直接夯實(shí)的部位。
路基填筑時(shí)主要使用VIP36和VIP42高速液壓夯實(shí)機(jī)。VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)為雙作用液壓錘﹑12吋高清觸摸屏﹑進(jìn)口PLC控制系統(tǒng)與5t裝載機(jī)成套使用后。VIP36的額定勢(shì)能36KJ﹑錘體質(zhì)量3t﹑*大提升高度1.2m﹑夯板直徑1m(接地面積0.785㎡），提升高度設(shè)有0.6m﹑0.9m﹑1.2m三個(gè)檔位。夯擊強(qiáng)度（檔位）﹑連擊次數(shù)可根據(jù)需要隨時(shí)設(shè)定，也可使用手動(dòng)隨機(jī)夯擊。

二、常用施工方法
各地的地質(zhì)狀況﹑施工條件﹑質(zhì)量要求差異較大，高速液壓夯實(shí)機(jī)的施工方法也有所不同。

據(jù)各地大量試驗(yàn)：VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)采用3擋（提升高度1.2m)9錘對(duì)壓實(shí)度96％的橋背過渡區(qū)補(bǔ)強(qiáng)后，靠近橋臺(tái)處沉降量大于100mm，大多150～250mm，有的約300mm；正常碾壓區(qū)的沉降量大多約100mm,重型運(yùn)土車反復(fù)碾壓部位沉降量20～60mm。表層下0.6m處測(cè)得路基承載力提高60～90kpa,有效壓實(shí)深度約2m，影響深度4m。
高填方路基正常分層填筑后（壓實(shí)度96％），每2m使用VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)3擋9錘補(bǔ)強(qiáng)，路基平均沉降量200～250mm，測(cè)得影響深度約4.5m。在加寬部與11t強(qiáng)夯對(duì)比試驗(yàn)，VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)3擋15錘的效果與強(qiáng)夯相當(dāng)，生產(chǎn)率和適用部位顯著優(yōu)于11t強(qiáng)夯。
鄭西高鐵鄭州段對(duì)動(dòng)態(tài)變形模量Evd值50～55MPa的路基補(bǔ)強(qiáng)（壓實(shí)要求高于公路路基壓實(shí)度96％），每層填筑1.5m，使用VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)強(qiáng)一遍，要求后3錘的沉降量不大于10mm。VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)3檔15錘對(duì)高速公路路基補(bǔ)強(qiáng)后，每3錘路基沉降量大多在20mm以上。高填方路基經(jīng)3檔30錘夯擊后，后3錘沉降量仍大于10mm。
高速液壓夯實(shí)機(jī)和沖擊式壓路機(jī)在以往應(yīng)用中普遍采用路基*終成型后一次性補(bǔ)強(qiáng)。2013年起，大多要求每層填筑1～2m補(bǔ)強(qiáng)壓實(shí)一遍，每一夯實(shí)補(bǔ)強(qiáng)大約相當(dāng)于4～10碾壓層。
夯點(diǎn)布置一般采用橫平豎直的排列方法，效率高﹑盲點(diǎn)小，必要時(shí)4個(gè)夯點(diǎn)間補(bǔ)夯，沒有必要交錯(cuò)布點(diǎn)（梅花形布點(diǎn)）。加寬路開挖臺(tái)階與新舊路接縫處大多較新路基弱，應(yīng)縮小夯點(diǎn)間距，可根據(jù)需要交錯(cuò)布點(diǎn)。
高速液壓夯實(shí)機(jī)對(duì)填料特性及狀態(tài)的敏感度顯著低于壓路機(jī)，填料要求允許適當(dāng)降低。高速液壓夯實(shí)機(jī)壓實(shí)無邊界約束的松散干砂時(shí)效果不佳，但灌水后壓實(shí)效果良好。
參照各地實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)對(duì)分層碾壓達(dá)標(biāo)高速公路路基補(bǔ)強(qiáng)時(shí)可采用以下施工方案，并應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)段數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整。
（1）橋涵背及類似部位
每層填筑1～1.5m進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用3擋9～12錘（常用9錘），夯點(diǎn)間距1.5m,夯板邊緣距橋臺(tái)等結(jié)構(gòu)200～300mm,距低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)物500mm以上（必要時(shí)采用1擋或2擋）。沉降量偏大的部位4點(diǎn)間補(bǔ)夯一遍，補(bǔ)強(qiáng)終點(diǎn)應(yīng)超出過渡區(qū)1～2m。夯點(diǎn)布置可參考圖1。
（2）高填方﹑雞爪溝﹑填挖結(jié)合部等
每分層填筑1.5～2m進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用3擋9～12錘，夯點(diǎn)間距1.5m,沉降量偏大的部位4點(diǎn)間補(bǔ)夯一遍。
（3）新舊路接合部及舊路基開挖部等
采用3擋12～15錘，夯點(diǎn)間距1.2～1.3m沉降量偏大的部位2點(diǎn)間補(bǔ)夯一遍。外側(cè)一排夯點(diǎn)盡量與內(nèi)測(cè)夯點(diǎn)交錯(cuò)布置。新擴(kuò)路基按普通路基。
（4）墻背鄰近處﹑低填方涵頂及其它薄弱結(jié)構(gòu)物附近不宜使用高速液壓夯實(shí)機(jī)。建議使用重型壓路機(jī)直接分層壓實(shí)。

三、檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法
對(duì)于公路路基的基本質(zhì)量要求是使用預(yù)期內(nèi)的幾何穩(wěn)定性，如工后沉降水平。高速液壓夯實(shí)機(jī)的主要功能之一就是通過高強(qiáng)度的反復(fù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)壓，消除或弱化分層碾壓路基的固有缺陷及人為缺陷，將可能發(fā)生在道路使用期的工后沉降大部分消除在鋪設(shè)路面前。
壓實(shí)度﹑K30﹑Ev2等靜態(tài)檢測(cè)指標(biāo)屬控制工后沉降的衍生指標(biāo)，適用于薄層碾壓路基檢測(cè)，不適合影響深度數(shù)米的高速液壓夯實(shí)機(jī)。據(jù)各地試驗(yàn)，經(jīng)高速液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)強(qiáng)后路基沉降量顯著，而壓實(shí)度﹑動(dòng)態(tài)變形模量Evd等指標(biāo)變化不大，有的不升反降。以VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)強(qiáng)后的路基沉降量100mm為例：假設(shè)沉降量的70％發(fā)生在有效壓實(shí)深度2m以內(nèi)，其余發(fā)生在其影響深度4m以內(nèi)，則表層下2m以內(nèi)的土體平均壓縮率提高3.5％，表層下2～4m土體的平均壓縮率提高1.5％。
VIP系列高速液壓夯實(shí)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及壓實(shí)原理同西方國(guó)家廣泛應(yīng)用的Evd動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀。Evd動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀模擬車輛通過時(shí)對(duì)路基的作用，VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)對(duì)土體的動(dòng)壓力是Evd動(dòng)態(tài)變形模量測(cè)試儀的數(shù)十倍，是重載車輛輪胎接地壓力的數(shù)倍。據(jù)各地試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用動(dòng)力觸深（重型）試驗(yàn)檢測(cè)補(bǔ)強(qiáng)效果較為合適，路基承載力與錘擊數(shù)正化。河北黃石高速公路加寬工程使用專用深層觸探儀，測(cè)得VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)3擋9錘補(bǔ)強(qiáng)時(shí)影響深度4.5m。
經(jīng)高速液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)強(qiáng)的路基，也適合用路基相對(duì)沉降量來評(píng)測(cè)，大的壓縮率和沉降量不僅意味著土體實(shí)際密實(shí)度（強(qiáng)度）提高，還標(biāo)志著土體均勻度的提高。土體均勻度的提高有利于增強(qiáng)對(duì)車輛動(dòng)載荷的抵抗能力。
壓路機(jī)反復(fù)碾壓并不能提高路基質(zhì)量，高速液壓夯實(shí)機(jī)在很大范圍內(nèi)是錘擊數(shù)越多效果越好。因此確定施工及檢測(cè)要求時(shí)，應(yīng)在保證一定質(zhì)量的前提下兼顧可操作性﹑生產(chǎn)率﹑成本等相關(guān)因素。
可參考下述程序及方法確認(rèn)VIP36高速液壓夯實(shí)機(jī)的施工要求及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
（1）選擇試驗(yàn)段。盡量選擇近期正常施工的路段，試驗(yàn)前不得進(jìn)行補(bǔ)壓的臨時(shí)性增強(qiáng)措施。
（2）在試驗(yàn)段確定若干檢測(cè)點(diǎn)，做標(biāo)記。典型檢測(cè)點(diǎn)不得選擇在運(yùn)土自卸車反復(fù)碾壓部位。
（3）夯實(shí)機(jī)設(shè)定為3擋3錘連擊。（*大提升高度時(shí)連擊3次），每夯實(shí)3錘后檢測(cè)夯點(diǎn)沉降量，直至累計(jì)約30錘或3錘累計(jì)沉降量小于15mm(高鐵：10mm)。薄弱結(jié)構(gòu)物旁和其他檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)減少錘擊數(shù)。
（4）動(dòng)力觸探檢測(cè)點(diǎn)可按3擋連擊9錘﹑12錘﹑15錘﹑或更多錘數(shù)，測(cè)量沉降量后開挖（開挖深度按需，大多0.6～1m),進(jìn)行動(dòng)力觸探試驗(yàn)。
（5）整理測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)路基承載力要求或承載力提高值，對(duì)應(yīng)確定單點(diǎn)錘擊數(shù)及相應(yīng)沉降量，作為施工檢測(cè)依據(jù)。
試驗(yàn)中，錘擊次數(shù)多時(shí)，與夯板相鄰的未夯擊部位可能出現(xiàn)局部隆起，屬未直接夯擊部位在沖擊和擠壓作用下表層或淺層松動(dòng)所致，下層土體仍得到加固，用薄層碾壓技術(shù)來解釋不妥。
正常施工過程中，單點(diǎn)錘擊數(shù)可根據(jù)實(shí)際沉降量適當(dāng)調(diào)整。規(guī)定錘擊數(shù)的沉降量大于控制值時(shí)，應(yīng)區(qū)別情況處理。
（1）沉降量大于控制值的20％以內(nèi)時(shí)，在相鄰4點(diǎn)間適當(dāng)減少錘擊數(shù)補(bǔ)夯或者不處理。
（2）沉降量大于控制值的20％小于控制值的50％時(shí)，應(yīng)在相鄰4點(diǎn)補(bǔ)夯。
（3）沉降量大于控制值的50％時(shí)，說明下層土體騙弱，局部開挖重填或其它措施加固。
（4）橋臺(tái)鄰近處一般按JTG F10-2006規(guī)定及設(shè)計(jì)要求使用小型壓實(shí)機(jī)具處理，有的用重型壓路機(jī)碾壓，效果皆差，補(bǔ)強(qiáng)沉降量普遍顯著大于正常碾壓部位。
（5）處理數(shù)十米的高填方時(shí)，由于高速液壓夯實(shí)機(jī)的影響深度較大，隨著填土厚度增加，規(guī)定錘擊數(shù)的沉降量可能出現(xiàn)大于試驗(yàn)段數(shù)據(jù)的趨勢(shì)。
（6）加寬路的舊路基開挖部填筑質(zhì)量差異大，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際適當(dāng)調(diào)整錘擊數(shù)。
完工路基驗(yàn)收時(shí)可采用相對(duì)沉降量簡(jiǎn)易測(cè)評(píng)，顯著大于平均沉降量的路基肯定存在質(zhì)量差異。