第U卷第2期 2013年4月 中国工程机械学报 CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY V01.11 No.2 Apt.2013 快速液压夯实机在地基处理中的应用分析 司癸卯,张燕飞,张 成 (长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室,陕西西安710064) 摘要:当今对特殊地基和狭小面积路基处理中,路基的整体压实达不到规定的压实度,基于此开发出一种适合 此类型路基压实的设备.即通过该设备对地基的加固原理、夯实效果以及对比传统强夯理论分析,得出该夯实机 能满足此类地基处理要求.试验说明该快速液压夯实机在此类地基处理中效果良好. 关键词:液压夯实机;地基处理;压实度 中图分类号:TU 662 文献标志码:A 文章编号:1672—5581(2013)02—0175—04 Applicable analysis 0n high—speed hydraulic compactors during t0Undatl0n treatment ' ‘f● l ●● ● ■ si Gui-mao,ZtIANG Yan-fei,ZHANG Cheng (Key Laboratory for Highway Construction Technique and Equipment of Ministry of Education,Chang’an University,Xi’an 710064,China) Abstract:During the treatment of the special foundation and narrow area roadbed,the entire roadbed compactness cannot meet the compaction demand sO that a specific type of compactors is developed.In particular,through the reinforcement principle analysis and compaction effect analysis and comparison with the traditional dynamic compaction theory,it is proven that the developed compactor can satisfy the requirements with good effects。 Key words:hydraulic compactor;foundation treatment;compaction 现今路基工程施工中,对于一些特殊地基(比 如桥台背、涵侧回填、半填半挖、局部高填方及狭小 面积的回填)处理,往往会出现一些难以解决的问 题,特别是桥台背处的地基压实[1 ],“桥头跳车” 1夯实机工作原理 快速液压夯实机的工作原理是:在电控系统控 制下用液压缸将夯锤体提升至一定高度(可根据所 就是路桥过渡段压实度不够的直接表现. 目前,由于此类地基压实区域狭窄且填土形状 需夯实量选择合适的挡位),通过电磁换向阀使液 夯锤体在重力作用下(必要时也可以 不规则,大吨位的振动压路机和冲击夯无法进人该 压系统换向,区域,传统强夯对要压实区域周边地基影响太大, 添加一液压蓄能器共同作用使夯锤体加速)自由下 使得此类地基的整体压实度难以得到保证E .基于 落,夯击在带有缓冲垫的接地底座上,再通过接地 此,本文提出了一种类似强夯工作原理的快速液压 底座间接夯击地面,通过装载机(5~9 t夯锤可用 工作装置的牵引,可以做到机动、 夯实机,首次尝试用现有强夯理论建立快速液压夯 于履带式挖掘机)实机的夯实效果评析标准,并通过现场地基压实检 灵活、快速地对不同作业位置进行准确、有效的夯 测,初步总结该设备在特殊地形路基工程中的压实 实.如图1所示.特点及技术效果. 作者简介:司癸卯(1963一),男,副教授,工学博士.E-mail:smart@chd.edu.cn 176 中国工程机械学报 第11卷 1~10 m的地基 .具体各种夯实方式的影响深 度is] ̄n图2所示,此结论进一步验证梅纳影响深度 公式的理论的可行性. 图2各种夯实机械作业深度影响范围 图1快速液压夯实机工作原理 Fig.1 Cworking for lmC Fig.2 Depthofcompactionofdiferentdynamic compaction methods 2深度影响分析 快速液压夯实机(High-speed Hydraulic 3环境影响分析 传统强夯是一种冲击型能源,当重锤夯击地基 Compactor)类似于传统强夯机械,近似于小能量强 时,产生强大的冲击波(包括体波和面波),从夯击 夯法,也是一项动力固结加固技术E4],所以现有的 点沿着地表向四周传播开来.由于阻尼作用,一般 些强夯理论也可以应用在液压夯实机上[5].使用 在很短时间(约0.4~1.0 s)内即消失,其主频约为 强夯的目的,在于改良地基,对于不同的土质,又有 10-- ̄23 Hz,比一般的建(构)筑物的固有频率高,但 不同的改良目的.譬如对湿陷性黄土地基,主要是 是由于是连续夯击,相邻两击时间间隔2~3 min, 用强夯破坏黄土的大孔结构,将土压密,消除土体 次造成的地面振动比较强大,对附近建(构)筑物 的湿陷性;对饱和砂土地基,主要是改善土体的相 和工作、生产、生活都会带来有害影响.图3是软地 对密度,提高土体的抗液化能力;对于一般的软弱 基强夯的振动实测曲线[8]. 的黏土地基,则主要是提高土的强度,减少变形.强 一一夯效果,主要是垂直方向为主,而人们最关心的也 是夯后的有效影响深度和在此厚度内土性的改善 程度.强夯后对土体的影响深度,可参照路易梅纳 (Menard)公式E 6l: Z=J—oJ—/ (1) 式中:Z为地基土加固有效深度,m;Q为夯锤重 力,kN,H为落距,rr1. 由式(1)可以得出快速液压夯实机(夯锤重3~ 9 t,行程范围0.6~1.5 m)的有效夯实深度为 1.0 ̄-.3.7 ITI.根据英国一家建筑研究所(BRE)的研 究证明,快速液压夯实机所采用的动态夯实技术填 图3径向水平加速度a与距离r的关系 Fig.3 Relationship between radial acceleration (a)and distance(r) 补了传统表层夯实,如碾压、振动压实和传统强夯 通过图3可以看出,在距夯点25 m处地面最 径向)相当于0.1 g(g为重力加速 技术之间的空白.I B的测定数据表明:快速液压 大振动加速度(小于控制加速度容许值[ ]=(0.1~0.15)g, 夯实机的正常夯实深度可达4 m,可能影响深度达 度),根据地质条件不同,强夯振动影响区域也 10 m.夯实深度是传统碾压技术的十几倍,为冲击 换言之,式碾压技术的三四倍,特别适合快速处理深度为 不尽相同,但是安全距离不能小于15 ̄25 m,所以 第2期 司癸卯,等:快速液压夯实机在地基处理中的应用分析 在处理桥台跳车、涵侧回填之类的地基时就不能应 表1不同含水量条件下各层位的压实度 用,而快速液压夯实机既保证不损害建(构)筑物, Tab.1 Degree of compation of the layers in the 又满足地基处理的密实度要求.由于夯锤对地面的 different moisture content conditions 作用是通过静压在地面上带缓冲垫的接地装置实 施的,并通过设计出一种特殊的接地装置,进一步 减少冲击夯实时对附近建(构)筑物的影响,使得夯 锤作用力峰值更小,作用更柔和,不易剪切填层流 线,贯穿能力强而均匀,所以可以在较大的深度范 围内获得均匀的密实度而不破坏附近建筑物.具体 如图4所示. 试验结果表明,当铺层厚度1.5 m,夯击24次 时,面层的压实度为95%,1 m深度内压实度达 90%以上;当铺层厚度为0.5 m,夯击18次时,面层 压实度为97%,满足实际压实施工要求.随夯击次 数的增加,各层土壤压实度相应提高[9-10],同时对 每一工况而言,前4层土壤的压实度比较接近,说 明夯实机有效深度可达1。0~1.5 m,进一步验证梅 、纳公式能应用在快速液压夯实机的压实度深度 计算. 5 结语 (1)理论分析和试验及现场效果分析,快速液 压夯实机作为一种新型的高效夯实机械,具有夯实 图4快速液压夯实机对周边地基的影响 能量高、影响深度远、机动灵活的特点,对于条件受 Fig.4 High-speed hydraulic compactor impact 限制的作业现场具有很好的通过性和适应性. on the peripheral foundation (2)在铁路路基、堤坝护坡加固及防渗漏处 由图4中数据计算可以得出,通过设计的专利 理,油库、机场、港口等大型基础设施地基夯实,环 底座,不仅增加了路基单位面积所受的冲击力,更 卫垃圾、有害物资填埋夯实,军用设施夯实加固等 重要的是减小了冲击力的扩散角,使得夯锤处于高 领域同样有着广阔的应用前景. 挡位时冲击影响的有效半径仅为0.5 m,在中低挡 位的冲击影响半径可减小到0.3 m,因此应用于路 参考文献: 基构造物附近作业,可以有效地避免过大的冲击. 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