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高速液壓夯實機施工技術(shù)指南

來源：鄭州中航設(shè)備時間：2018-01-01

一、高速液壓夯實機
高速液壓夯實機（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，以沖擊力與機器重力的合力壓縮土體的壓實機械。高速液壓夯實機錘體*大提升高度時的夯擊頻率不低于30擊/min，對土體的作用為動力壓實，工藝特點是高強度,高頻率反復(fù)施壓。

高速液壓夯實機的主要參數(shù)為錘體勢能，錘體勢能(KJ)=錘體重力(KN)×錘體*大提升高速(m)，如鄭州中航VIP36高速液壓夯實機錘體勢能的標定值為36KJ（=30KN×1.2m)。
錘體高速下落時，液壓缸的排油阻力與流速的二次方成正比，單作用夯實機和大多雙作用夯實機的落錘加速度遠低于重力加速度，落錘末速度遠低于自由落體，實際夯擊能力遠低于錘體勢能。1.2m高度的自由落體時間0.49s，某型夯實機高度1.2m的落錘時間約0.7s，實際效能不足其標定值的50％；某型夯實機高速1.2m的落錘時間約1s，實際效能不足標定值的25％。對土體壓縮起主要作用的是單位接地面積的錘體動量，即錘體質(zhì)量與落錘末速度的乘積再除以接地面積；也可以簡單理解為落錘的瞬時沖擊力或沖擊作用。動量小時能量再大也無用。末掌握落錘核心技術(shù)的仿制品和參照品不可能達到高速液壓夯實機的落錘速度，也難處理高速沖擊對設(shè)備自身的不利影響。一般而言，與適用裝載機成套后，*大提升高度時的夯擊頻率現(xiàn)場實測值低于30次/min的均為低效仿制品和劣質(zhì)品，無論夯坑深淺，均不可能達到高速液壓夯實機的影響深度。
鄭州中航VIP系列高速液壓夯實機采用進口力士樂液壓系統(tǒng)，進口高速油缸，其液壓系統(tǒng)采用差動回路和蓄能器加壓補償技術(shù)，大大提高落錘效率并降低能量損耗；同時，標配GPS衛(wèi)星水平定位儀，精準定位主機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)品已通過多個省部級鑒定單位技術(shù)檢測以及多條高速公路及高速鐵路實用檢測。截止目前，已在除港澳臺特別行政區(qū)外全國所有省份、自治區(qū)、直轄市推廣應(yīng)用。應(yīng)用范圍也擴大至普通公路﹑高速鐵路﹑建筑﹑市政﹑水利﹑港口﹑機場及軍用設(shè)備等領(lǐng)域。
高速液壓夯實機在公路路基填筑中主要用于達標路基的補壓增強（補強﹑追密）及直接夯實。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﹑沖擊壓路機碾壓盲區(qū)﹑不便或不宜使用強夯的部位等，以及其他需要補強或直接夯實的部位。
路基填筑時主要使用VIP36和VIP42高速液壓夯實機。VIP36高速液壓夯實機為雙作用液壓錘﹑12吋高清觸摸屏﹑進口PLC控制系統(tǒng)與5t裝載機成套使用后。VIP36的額定勢能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三個檔位。夯擊強度（檔位）﹑連擊次數(shù)可根據(jù)需要隨時設(shè)定，也可使用手動隨機夯擊。

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，高速液壓夯實機的施工方法也有所不同。

據(jù)各地大量試驗：VIP36高速液壓夯實機采用3擋（提升高度1.2m)9錘對壓實度96％的橋背過渡區(qū)補強后，靠近橋臺處沉降量大于100mm，大多150～250mm，有的約300mm；正常碾壓區(qū)的沉降量大多約100mm,重型運土車反復(fù)碾壓部位沉降量20～60mm。表層下0.6m處測得路基承載力提高60～90kpa,有效壓實深度約2m，影響深度4m。
高填方路基正常分層填筑后（壓實度96％），每2m使用VIP36高速液壓夯實機3擋9錘補強，路基平均沉降量200～250mm，測得影響深度約4.5m。在加寬部與11t強夯對比試驗，VIP36高速液壓夯實機3擋15錘的效果與強夯相當，生產(chǎn)率和適用部位顯著優(yōu)于11t強夯。
鄭西高鐵鄭州段對動態(tài)變形模量Evd值50～55MPa的路基補強（壓實要求高于公路路基壓實度96％），每層填筑1.5m，使用VIP36高速液壓夯實機補強一遍，要求后3錘的沉降量不大于10mm。VIP36高速液壓夯實機3檔15錘對高速公路路基補強后，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。
高速液壓夯實機和沖擊式壓路機在以往應(yīng)用中普遍采用路基*終成型后一次性補強。2013年起，大多要求每層填筑1～2m補強壓實一遍，每一夯實補強大約相當于4～10碾壓層。
夯點布置一般采用橫平豎直的排列方法，效率高﹑盲點小，必要時4個夯點間補夯，沒有必要交錯布點（梅花形布點）。加寬路開挖臺階與新舊路接縫處大多較新路基弱，應(yīng)縮小夯點間距，可根據(jù)需要交錯布點。
高速液壓夯實機對填料特性及狀態(tài)的敏感度顯著低于壓路機，填料要求允許適當降低。高速液壓夯實機壓實無邊界約束的松散干砂時效果不佳，但灌水后壓實效果良好。
參照各地實驗數(shù)據(jù)，使用VIP36高速液壓夯實機對分層碾壓達標高速公路路基補強時可采用以下施工方案，并應(yīng)根據(jù)試驗段數(shù)據(jù)適當調(diào)整。
（1）橋涵背及類似部位
每層填筑1～1.5m進行補強，采用3擋9～12錘（常用9錘），夯點間距1.5m,夯板邊緣距橋臺等結(jié)構(gòu)200～300mm,距低強度結(jié)構(gòu)物500mm以上（必要時采用1擋或2擋）。沉降量偏大的部位4點間補夯一遍，補強終點應(yīng)超出過渡區(qū)1～2m。夯點布置可參考圖1。
（2）高填方﹑雞爪溝﹑填挖結(jié)合部等
每分層填筑1.5～2m進行補強，采用3擋9～12錘，夯點間距1.5m,沉降量偏大的部位4點間補夯一遍。
（3）新舊路接合部及舊路基開挖部等
采用3擋12～15錘，夯點間距1.2～1.3m沉降量偏大的部位2點間補夯一遍。外側(cè)一排夯點盡量與內(nèi)測夯點交錯布置。新擴路基按普通路基。
（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機。建議使用重型壓路機直接分層壓實。

三、檢測及評價方法
對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。高速液壓夯實機的主要功能之一就是通過高強度的反復(fù)動態(tài)補壓，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。
壓實度﹑K30﹑Ev2等靜態(tài)檢測指標屬控制工后沉降的衍生指標，適用于薄層碾壓路基檢測，不適合影響深度數(shù)米的高速液壓夯實機。據(jù)各地試驗，經(jīng)高速液壓夯實機補強后路基沉降量顯著，而壓實度﹑動態(tài)變形模量Evd等指標變化不大，有的不升反降。以VIP36高速液壓夯實機補強后的路基沉降量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系列高速液壓夯實機的結(jié)構(gòu)形式及壓實原理同西方國家廣泛應(yīng)用的Evd動態(tài)變形模量測試儀。Evd動態(tài)變形模量測試儀模擬車輛通過時對路基的作用，VIP36高速液壓夯實機對土體的動壓力是Evd動態(tài)變形模量測試儀的數(shù)十倍，是重載車輛輪胎接地壓力的數(shù)倍。據(jù)各地試驗數(shù)據(jù)，使用動力觸深（重型）試驗檢測補強效果較為合適，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，測得VIP36高速液壓夯實機3擋9錘補強時影響深度4.5m。
經(jīng)高速液壓夯實機補強的路基，也適合用路基相對沉降量來評測，大的壓縮率和沉降量不僅意味著土體實際密實度（強度）提高，還標志著土體均勻度的提高。土體均勻度的提高有利于增強對車輛動載荷的抵抗能力。
壓路機反復(fù)碾壓并不能提高路基質(zhì)量，高速液壓夯實機在很大范圍內(nèi)是錘擊數(shù)越多效果越好。因此確定施工及檢測要求時，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VIP36高速液壓夯實機的施工要求及檢測標準。
（1）選擇試驗段。盡量選擇近期正常施工的路段，試驗前不得進行補壓的臨時性增強措施。
（2）在試驗段確定若干檢測點，做標記。典型檢測點不得選擇在運土自卸車反復(fù)碾壓部位。
（3）夯實機設(shè)定為3擋3錘連擊。（*大提升高度時連擊3次），每夯實3錘后檢測夯點沉降量，直至累計約30錘或3錘累計沉降量小于15mm(高鐵：10mm)。薄弱結(jié)構(gòu)物旁和其他檢測點應(yīng)減少錘擊數(shù)。
（4）動力觸探檢測點可按3擋連擊9錘﹑12錘﹑15錘﹑或更多錘數(shù)，測量沉降量后開挖（開挖深度按需，大多0.6～1m),進行動力觸探試驗。
（5）整理測試數(shù)據(jù)，根據(jù)路基承載力要求或承載力提高值，對應(yīng)確定單點錘擊數(shù)及相應(yīng)沉降量，作為施工檢測依據(jù)。
試驗中，錘擊次數(shù)多時，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，單點錘擊數(shù)可根據(jù)實際沉降量適當調(diào)整。規(guī)定錘擊數(shù)的沉降量大于控制值時，應(yīng)區(qū)別情況處理。
（1）沉降量大于控制值的20％以內(nèi)時，在相鄰4點間適當減少錘擊數(shù)補夯或者不處理。
（2）沉降量大于控制值的20％小于控制值的50％時，應(yīng)在相鄰4點補夯。
（3）沉降量大于控制值的50％時，說明下層土體騙弱，局部開挖重填或其它措施加固。
（4）橋臺鄰近處一般按JTG F10-2006規(guī)定及設(shè)計要求使用小型壓實機具處理，有的用重型壓路機碾壓，效果皆差，補強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，由于高速液壓夯實機的影響深度較大，隨著填土厚度增加，規(guī)定錘擊數(shù)的沉降量可能出現(xiàn)大于試驗段數(shù)據(jù)的趨勢。
（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)場實際適當調(diào)整錘擊數(shù)。
完工路基驗收時可采用相對沉降量簡易測評，顯著大于平均沉降量的路基肯定存在質(zhì)量差異。