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高速液压夯实机施工技术指南

时间:2018-09-29 16:31:31

一、高速液压夯实机
高速液压夯实机(Rapid hydraulic compactor)是液压缸将锤体提升至一定高度后释放,锤体高速落下后通过缓冲传力装置夯击压在地面的夯板,以冲击力与机器重力的合力压缩土体的压实机械。高速液压夯实机锤体最大提升高度时的夯击频率不低于30击/min,对土体的作用为动力压实,工艺特点是高强度,高频率反复施压。

高速液压夯实机的主要参数为锤体势能,锤体势能(KJ)=锤体重力(KN)×锤体最大提升高速(m),如郑州中航VIP36高速液压夯实机锤体势能的标定值为36KJ(=30KN×1.2m)。
锤体高速下落时,液压缸的排油阻力与流速的二次方成正比,单作用夯实机和大多双作用夯实机的落锤加速度远低于重力加速度,落锤末速度远低于自由落体,实际夯击能力远低于锤体势能。1.2m高度的自由落体时间0.49s,某型夯实机高度1.2m的落锤时间约0.7s,实际效能不足其标定值的50%;某型夯实机高速1.2m的落锤时间约1s,实际效能不足标定值的25%。对土体压缩起主要作用的是单位接地面积的锤体动量,即锤体质量与落锤末速度的乘积再除以接地面积;也可以简单理解为落锤的瞬时冲击力或冲击作用。动量小时能量再大也无用。末掌握落锤核心技术的仿制品和参照品不可能达到高速液压夯实机的落锤速度,也难处理高速冲击对设备自身的不利影响。一般而言,与适用装载机成套后,最大提升高度时的夯击频率现场实测值低于30次/min的均为低效仿制品和劣质品,无论夯坑深浅,均不可能达到高速液压夯实机的影响深度。
郑州中航工程设备有限公司VIP系列高速液压夯实机采用进口力士乐液压系统,进口高速油缸,其液压系统采用差动回路和蓄能器加压补偿等多项专利技术及独有技术,大大提高落锤效率并降低能量损耗;同时,标配GPS卫星水平定位仪,精准定位主机与工作面的垂直角度,确保工作状态正常,极大的提高了作业安全性。产品已通过多个省部级鉴定单位技术检测以及多条高速公路及高速铁路实用检测。截止目前,已在除港澳台特别行政区外全国所有省份、自治区、直辖市推广应用。应用范围也扩大至普通公路﹑高速铁路﹑建筑﹑市政﹑水利﹑港口﹑机场及军用设备等领域。
  高速液压夯实机在公路路基填筑中主要用于达标路基的补压增强(补强﹑追密)及直接夯实。主要应用部位桥涵墙背﹑填挖结合部﹑新旧路结合部及加宽部﹑鸡爪沟﹑高填方﹑冲击压路机碾压盲区﹑不便或不宜使用强夯的部位等,以及其他需要补强或直接夯实的部位。
  路基填筑时主要使用VIP36VIP42高速液压夯实机。VIP36高速液压夯实机为双作用液压锤﹑12吋高清触摸屏﹑进口PLC控制系统与5t装载机成套使用后。VIP36的额定势能36KJ﹑锤体质量3t﹑最大提升高度1.2m﹑夯板直径1m(接地面积0.785㎡),提升高度设有0.6m﹑0.9m﹑1.2m三个档位。夯击强度(档位)﹑连击次数可根据需要随时设定,也可使用手动随机夯击。

二、常用施工方法
各地的地质状况﹑施工条件﹑质量要求差异较大,高速液压夯实机的施工方法也有所不同。

据各地大量试验:VIP36高速液压夯实机采用3挡(提升高度1.2m)9锤对压实度96%的桥背过渡区补强后,靠近桥台处沉降量大于100mm,大多150~250mm,有的约300mm;正常碾压区的沉降量大多约100mm,重型运土车反复碾压部位沉降量20~60mm。表层下0.6m处测得路基承载力提高60~90kpa,有效压实深度约2m,影响深度4m。
高填方路基正常分层填筑后(压实度96%),每2m使用VIP36高速液压夯实机3挡9锤补强,路基平均沉降量200~250mm,测得影响深度约4.5m。在加宽部与11t强夯对比试验,VIP36高速液压夯实机3挡15锤的效果与强夯相当,生产率和适用部位显著优于11t强夯。
郑西高铁郑州段对动态变形模量Evd值50~55MPa的路基补强(压实要求高于公路路基压实度96%),每层填筑1.5m,使用VIP36高速液压夯实机补强一遍,要求后3锤的沉降量不大于10mm。VIP36高速液压夯实机3档15锤对高速公路路基补强后,每3锤路基沉降量大多在20mm以上。高填方路基经3档30锤夯击后,后3锤沉降量仍大于10mm。
  高速液压夯实机和冲击式压路机在以往应用中普遍采用路基最终成型后一次性补强。2013年起,大多要求每层填筑1~2m补强压实一遍,每一夯实补强大约相当于4~10碾压层。
    夯点布置一般采用横平竖直的排列方法,效率高﹑盲点小,必要时4个夯点间补夯,没有必要交错布点(梅花形布点)。加宽路开挖台阶与新旧路接缝处大多较新路基弱,应缩小夯点间距,可根据需要交错布点。
高速液压夯实机对填料特性及状态的敏感度显著低于压路机,填料要求允许适当降低。高速液压夯实机压实无边界约束的松散干砂时效果不佳,但灌水后压实效果良好。
参照各地实验数据,使用VIP36高速液压夯实机对分层碾压达标高速公路路基补强时可采用以下施工方案,并应根据试验段数据适当调整。
   (1)桥涵背及类似部位
每层填筑1~1.5m进行补强,采用3挡9~12锤(常用9锤),夯点间距1.5m,夯板边缘距桥台等结构200~300mm,距低强度结构物500mm以上(必要时采用1挡或2挡)。沉降量偏大的部位4点间补夯一遍,补强终点应超出过渡区1~2m。夯点布置可参考图1。
(2)高填方﹑鸡爪沟﹑填挖结合部等
 每分层填筑1.5~2m进行补强,采用3挡9~12锤,夯点间距1.5m,沉降量偏大的部位4点间补夯一遍。
(3)新旧路接合部及旧路基开挖部等
 采用3挡12~15锤,夯点间距1.2~1.3m沉降量偏大的部位2点间补夯一遍。外侧一排夯点尽量与内测夯点交错布置。新扩路基按普通路基。
(4)墙背邻近处﹑低填方涵顶及其它薄弱结构物附近不宜使用高速液压夯实机。建议使用重型压路机直接分层压实。

三、检测及评价方法
对于公路路基的基本质量要求是使用预期内的几何稳定性,如工后沉降水平。高速液压夯实机的主要功能之一就是通过高强度的反复动态补压,消除或弱化分层碾压路基的固有缺陷及人为缺陷,将可能发生在道路使用期的工后沉降大部分消除在铺设路面前。
压实度﹑K30﹑Ev2等静态检测指标属控制工后沉降的衍生指标,适用于薄层碾压路基检测,不适合影响深度数米的高速液压夯实机。据各地试验,经高速液压夯实机补强后路基沉降量显著,而压实度﹑动态变形模量Evd等指标变化不大,有的不升反降。以VIP36高速液压夯实机补强后的路基沉降量100mm为例:假设沉降量的70%发生在有效压实深度2m以内,其余发生在其影响深度4m以内,则表层下2m以内的土体平均压缩率提高3.5%,表层下2~4m土体的平均压缩率提高1.5%。
VIP系列高速液压夯实机的结构形式及压实原理同西方国家广泛应用的Evd动态变形模量测试仪。Evd动态变形模量测试仪模拟车辆通过时对路基的作用,VIP36高速液压夯实机对土体的动压力是Evd动态变形模量测试仪的数十倍,是重载车辆轮胎接地压力的数倍。据各地试验数据,使用动力触深(重型)试验检测补强效果较为理想,路基承载力与锤击数正化。河北黄石高速公路加宽工程使用专用深层触探仪,测得VIP36高速液压夯实机3挡9锤补强时影响深度4.5m。
经高速液压夯实机补强的路基,也适合用路基相对沉降量来评测,大的压缩率和沉降量不仅意味着土体实际密实度(强度)提高,还标志着土体均匀度的提高。土体均匀度的提高有利于增强对车辆动载荷的抵抗能力。
压路机反复碾压并不能提高路基质量,高速液压夯实机在很大范围内是锤击数越多效果越好。因此确定施工及检测要求时,应在保证一定质量的前提下兼顾可操作性﹑生产率﹑成本等相关因素。
可参考下述程序及方法确认VIP36高速液压夯实机的施工要求及检测标准。
(1)选择试验段。尽量选择近期正常施工的路段,试验前不得进行补压的临时性增强措施。
(2)在试验段确定若干检测点,做标记。典型检测点不得选择在运土自卸车反复碾压部位。
(3)夯实机设定为3挡3锤连击。(最大提升高度时连击3次),每夯实3锤后检测夯点沉降量,直至累计约30锤或3锤累计沉降量小于15mm(高铁:10mm)。薄弱结构物旁和其他检测点应减少锤击数。
(4)动力触探检测点可按3挡连击9锤﹑12锤﹑15锤﹑或更多锤数,测量沉降量后开挖(开挖深度按需,大多0.6~1m),进行动力触探试验。
(5)整理测试数据,根据路基承载力要求或承载力提高值,对应确定单点锤击数及相应沉降量,作为施工检测依据。
试验中,锤击次数多时,与夯板相邻的未夯击部位可能出现局部隆起,属未直接夯击部位在冲击和挤压作用下表层或浅层松动所致,下层土体仍得到加固,用薄层碾压技术来解释不妥。
正常施工过程中,单点锤击数可根据实际沉降量适当调整。规定锤击数的沉降量大于控制值时,应区别情况处理。
(1)沉降量大于控制值的20%以内时,在相邻4点间适当减少锤击数补夯或者不处理。
(2)沉降量大于控制值的20%小于控制值的50%时,应在相邻4点补夯。
(3)沉降量大于控制值的50%时,说明下层土体骗弱,局部开挖重填或其它措施加固。
(4)桥台邻近处一般按JTG F10-2006规定及设计要求使用小型压实机具处理,有的用重型压路机碾压,效果皆差,补强沉降量普遍显著大于正常碾压部位。
(5)处理数十米的高填方时,由于高速液压夯实机的影响深度较大,随着填土厚度增加,规定锤击数的沉降量可能出现大于试验段数据的趋势。
(6)加宽路的旧路基开挖部填筑质量差异大,可根据现场实际适当调整锤击数。
完工路基验收时可采用相对沉降量简易测评,显著大于平均沉降量的路基肯定存在质量差异。

附件:

1.一般夯点布置图

2.满夯夯点布置图

3.涵背回填夯点布置图

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