动力压密法补强路基质量控制及检测方法

邵 华

（山东省交通科学研究院，山东 济南 250031）

引言

随着西部大开发和一带一路国家战略政策的不断推进，西藏交通事业也获得了大发展的历史机遇。一些国字头大型的施工、管理企业也应势进驻西藏建筑市场，带来了内地的先进施工技术和管理经验，但是西藏独特的气候地理环境，新的施工工艺要因地制宜，通过实践检验才能应用发展。

路基补强是在路基压实达到设计标准或规范要求后，为进一步提高路基压实度，减小不均匀沉降和工后沉降，增强路基稳定性而进行的补充压实。动力压密法是路基补强的一种工法，该法是通过高速液压夯实机进行路基补强作业。

1 动力压密法

动力压密法又称动力加固法，是一种介于冲击压实与强夯之间的压实方法。与冲击压实法、强夯法等传统压实方法类似，但又区别于其他压实方法：（1）静力压实就是依靠轮碾自重及荷重进行压实。（2）振动压实是利用振动效应增强静力碾压的效果。（3）冲击压实是高频率交替的夯击力碾压，该夯击力仍是变力，是重力与变力的合力。（4）强夯是锤体直接高速撞击地面，具有冲击力大、衰减快的典型特征。（5）动力压密法是在静力压实的基础上，施加更大的动力来提高压实质量，该动力是一种动态可变力。

2 高速液压夯实机

高速液压夯实机是动力压密法主要应用机械，也叫“液压夯实机”“冲击夯实机”“液压冲击夯”等，与传统的夯击设备相比，具有机动灵活，夯实能量高且可调，影响深度大的优点。

2.1 高速液压夯实机的结构组成

液压夯实机由承载机构、夯架、夯锤、下锤头、缓冲装置、液压系统、电子控制系统等组成。承载机构多选择装载机或挖掘机，提供动力输出及位置转移等；夯架起导向作用，与装载机或挖掘机的动臂相连能使该装置整体升降;夯锤与夯架的连接处均有凹槽，通过凹槽在夯架内上下运动，以保证锤击的重心稳定；下锤头与地面直接接触，包含下锤体及垫板等；液压夯实机液压系统包括专用油缸、液压管路、高低压蓄能器、电磁换向阀等；电子控制系统是液压夯实机的关键所在。

夯锤是与油缸的活塞杆相连，从液压动力源来的高压油通过油管供给油缸，利用油压使夯锤下落，油缸下腔泻油的同时上腔注入高压油，使夯锤加速下落，根据不同的作业要求，可以选择不同的下落高度来满足不同需求。根据锤体下落方式的不同，高速液压夯实机作业方式可分为自由落锤式和强制落锤式。自由落锤式：液压缸将锤体提升至设定高度后释放，锤体自由下落；锤体落下后通过锤垫击打下锤体与夯板的组件，驱动夯板压实地面。强制落锤式：液压缸将锤体提升至设定高度后快速反向加力，锤体在重力和液压缸推力的共同作用下加速下落；锤体落下后通过锤垫击打下锤体与夯板的组件，驱动夯板压实地面。

2.2 液压夯实机的基本工作原理

重型夯锤在重力和助推力作用下，加速下落对土壤进行夯实，并在液压缸的作用下实现快速的上下往复运动。在装载机或挖掘机工作装置的牵引下机动灵活地对不同位置进行准确、快速的压实。从而满足对夯实作业面积进行单点或连续的压实要求。液压夯实机产生的夯击势能可达54 kJ，夯击势能时的频率可达15 ～17 次/分钟，夯击能可根据需要有低、中、强三档选择。击实频率也可以根据不同的工况设为自动与手动两种不同的操作模式。高速液压夯实机的优点是适应性强，可对压路机或强夯机作用盲区是一种很好的补充。

高速液压夯实机是一种利用机器重力和变力的合力压缩土体的压实机械，其压实原理与冲击式压路机、强夯机类似，即制造出瞬时强大外力，土壤颗粒在猛烈的冲击外荷载作用下，克服颗粒间的摩擦阻力产生滑动和滚动位移，移动填充到更细微、稳定的位置上去，从而产生空隙体积压缩，土壤缝隙的减小即路基更加密实，见表1。

HRA40 高速液压夯实机为一体式双作用锤、5 英寸PLC 一体机控制，与5 t 装载机配套使用。HRA40 的额定势能40 kJ、锤体质量3.33 t、提升高度1.2 m、夯板直径1 m（接地面积0.785 m2），提升高度可设为0.2 m、0.6 m、1.2 m 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。

表1 高速液压夯实机技术参数

2.3 动力压密法路基补强施工质量控制

高速液压夯实机具有高蓄能多回路液压集成系统，配套ZL50 型装载机进行动力牵引，在施工中应用效果较好。

3 动力压密法补强路基质量控制及检测

3.1 试验段检测程序

选用西藏日喀则市某重点农村公路项目施工中的K2+880—K3+150 段成型路基作为试验段，该段路基工期紧张，右侧50 cm 宽水泥混凝土硬化路肩已施工完毕，但靠近硬化路肩的路基部位压实不足；路基已按设计要求的压实标准、平整度等进行了填筑作业。首先对该段路基进行了压实度、平整度检测。试验段开始前，又让施工班组对现场路基右半幅进行了交通安全封闭、表面整平，并对靠近硬化路肩的路基进行了洒水处理，目的防止表面粉尘化，影响夯击能量向深层传递。（1）放出所选择的夯点，用白灰标识并编号，并按编号测出每一点初始高程。（2）高速液压夯实机按测量放样的位置就位，使夯锤对准点位开始进行夯击作业。布点方式采用各锤边缘间距为30 cm，夯锤边缘到结构物距离为20 cm。根据高速液压夯实机夯实能分为弱、中、强3 档划分4 段，再根据选用不同的夯击锤数3、6、9 次划分3 段，见表2。（3）分别测量夯点的下沉量并记录。（4）以每档3 锤为一组，锤击直至完成第6 次、9 次、12 次夯实，累加并记录每3 锤的沉降量，通过试验确定作业锤数。

表2 试验段落划分

3.2 施工中质量控制要点

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20%以内时，在相邻4 点间适当减少锤击数补夯。（2）沉降量大于控制值20%～50%时，应在相邻4 点补夯。（3）沉降量大于50%时，说明下层土体偏弱，局部开挖重填或其他加固措施。（4）单个夯点满足夯击标准要求后，移机进行下一点位，采用直线作业法。若施工位置为桥涵台背路段，为利于机械的行走，适合采用直线作业法，即每次单点作业，前进或后退作业下一点。（5）施工时适合采取间隙型作业点布置：每个夯点边缘间隔一定距离，呈等边三角形布点，液压高速夯实机作业点夯锤外缘距桥、涵结构物较小距离应根据现场试验确定。一排施工点夯锤中心距离结构物为80 cm 为宜，确保结构物安全。（6）路基在实验前不得进行补压等临时性增强措施；检测点不得选择在运土自卸车反复碾压部位。

3.3 试验段质量检测

试验中高速液压夯实机的夯击档位、夯击次数对补强夯实效果都是有影响，试验段纵向每30 m 的等间距在路基补强范围内布置9 个观测点，分别设置在K2+890（弱档）、K2+920（弱档）、K2+950（弱档）、K2+980（中档）、K3+010（中档）、K3+040（中档）、K3+070（强档）、K3+100（强档）、K3+130（强档），每个观测点打入水泥钉以进行沉降观测。在夯击前、夯击后3、6、9 次后用水准仪观测路基高程，路基沉降量变形见表3。

表3 不同夯击数下试验段路基沉降量

从表3 中可以看出:（1）当采用强档夯击次数分别为3 次、6 次、9 次时，路基表面 平均沉降量分别为51 mm、88 mm、95 mm。（2）夯击至第6 ～9次时，路基沉降量增幅已不明显。（3）夯击次数超过9 次后沉降量随夯击次数增加，沉降量不再继续单调增大，而是进入波动状态。分析认为，夯击能量是从浅层向深层逐渐传递，下沉量开始由浅层变形量的叠加转化为深层变形量的叠加，下沉量增大。由于有效厚度，当能量传递到一定深度后，将随着夯击数的增多，路基的密实系数增大，沉降量开始下降。随后当密实到一定程度后，补夯对路基效果减弱，沉降量逐渐减小。

为验证动力压密法补强路基的有效性，对液压夯实机不同锤击次数的压实度进行了现场试验检测。在试验段选取 3 个点用灌沙法测试路基平均压实度，夯击前后的路基压实度对比分析见图1。可以看出，采用动力压密法对路基增强补夯效果明显。夯击前路基平均压实度为93.8%，采用强档6 锤夯击后压实度提高到了98.5%，提高幅度为5.01%。

图1 夯实机锤击数与路基压实度对比分析

4 结语

利用液压夯实机补强路基，通过试验检测及数据对比分析，本试验段最大平均下沉量达95 mm，对路基增强补夯补压效果良好。根据工地实验数据和夯实效果，从经济性和实效性考虑，强档6 锤的夯实作业效果较佳，在路基大部分施工位置采用强档锤6 次的作业工艺，在结构物附近为避免对结构物造成损伤，采用中档6 锤或9 锤的施工工艺。

对于大方量高填方路基、桥涵台背回填处、路基碾压盲区及弱碾区宜做补强压实处理，特别对于施工工期短的填筑作业段，为减少工后沉降，更应进行路基补强。当然，根据工程造价、路基方量及施工便利度可选择液压夯实机、液压振动夯实机、冲击式压路机、强夯机、超重吨位超大激振力自行式振动压路机等不同的路基补强机械。除此之外，高等级公路还可以对新旧路结合部、路肩、边坡、管道沟槽及回填夯实、管侧及井口夯实、结构物基础夯实等部位进行路基补强作业，减少路基病害的发生，增强路基稳定性，延长公路寿命。

路基补强对提高路基施工质量，预防路基下沉，提高路基整体承载力，增强路面抗早期破坏能力，延长路基使用寿命，减少后期运营养护成本等方面成效显著。在西藏日喀则市农村公路某重点项目建设中桥涵台背回填处及路基碾压盲区（路基与硬化路肩结合处等）压实补强的应用，通过现场试验检测及数据分析，实际应用效果较好。