輕型夯施工過程中涵洞結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)

劉建奇+司癸卯+張孟強(qiáng)+邵現(xiàn)田+張啟龍

摘要：為了研究輕型夯施工對(duì)橋臺(tái)涵洞結(jié)構(gòu)物的影響，在河北省張承高速公路某標(biāo)段工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，分析了輕型液壓夯實(shí)機(jī)補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)過程的沖擊能量對(duì)涵洞安全性的影響。使用位移傳感器測(cè)試涵背水平位移與夯擊次數(shù)的關(guān)系、涵背水平位移與夯點(diǎn)水平距離的關(guān)系；并采用位移評(píng)價(jià)方法評(píng)定涵洞的安全性。試驗(yàn)結(jié)果表明：在輕型夯產(chǎn)生的沖擊荷載作用下涵洞結(jié)構(gòu)是安全的。

關(guān)鍵詞：位移傳感器；涵背；評(píng)價(jià)方法；位移變化

中圖分類號(hào)：U443.21文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Safety Evaluation of Culvert Structure in Construction Process of Lightweight Tamper

LIU Jianqi1， SI Guimao2， ZHANG Mengqiang1， SHAO Xiantian2， ZHANG Qilong2

（1. Hebei Province Expressway Management Bureau， Shijiazhuang 050051， Hebei， China；

2. Key Laboratory for Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China ）

Abstract： In order to study the effect of light tamping on the abutment and culvert， the impact of impact energy on the safety of culvert compacted with lightweight hydraulic tamper was analyzed and tested in the construction site of a section of ZhangjiakouChengde expressway in Hebei Province. The displacement sensor was used to test the relationship between the horizontal displacement of the culvert and the number of tamping and the relationship between the horizontal displacement of the culvert and the horizontal distance of the tamping spots. And the safety evaluation of the culvert was conducted using the displacement evaluation method. The results show that the culvert structure is safe under the impact load produced by lightweight tamper.

Key words： displacement sensor； culvert back； evaluation method； displacement change

0引言

目前，輕型液壓夯實(shí)機(jī)處理（橋臺(tái)）涵背路基的方法在國(guó)內(nèi)鐵路、公路等大型建設(shè)工程中得到廣泛應(yīng)用，但對(duì)于施工過程中輕型夯沖擊能對(duì)橋涵結(jié)構(gòu)影響的研究不多[111]。為了探究輕型夯的沖擊能量對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)的影響，選取張承高速路基9標(biāo)的某座蓋板涵作為試驗(yàn)測(cè)試場(chǎng)地，覆土后涵高5 m，涵洞內(nèi)側(cè)高4 m。涵洞兩側(cè)采用對(duì)稱填筑，分層填筑厚度控制在40 cm（松鋪），分層碾壓，18 t壓路機(jī)振動(dòng)碾壓不少于6遍。通過試驗(yàn)測(cè)試輕型夯施工過程中涵背位移的變化，分析不同夯擊距離及夯擊次數(shù)等工況下，涵洞結(jié)構(gòu)的水平位移變化規(guī)律；并探討國(guó)內(nèi)外關(guān)于輕型液壓夯實(shí)機(jī)施工過程中對(duì)周圍結(jié)構(gòu)物安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)或方法[1215]，為研究夯實(shí)的最佳工藝參數(shù)提供理論根據(jù)。

1涵洞安全性評(píng)價(jià)方法

因?yàn)槲灰圃u(píng)價(jià)方法無需把測(cè)量的位移量轉(zhuǎn)換為其他變量，所以本試驗(yàn)采用位移評(píng)價(jià)方法對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行評(píng)估。在對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)時(shí)，可以把豎直度允許偏差值作為涵洞中涵背結(jié)構(gòu)的形狀位移變化，如圖1所示，其中虛線部分表示涵背變形后的位置。

《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F801—2012）中規(guī)定：墩、臺(tái)身豎直度允許偏差為0.3%H（H為墩、臺(tái)身高度）且不大于20 mm； 因此，在進(jìn)行回填土夯實(shí)過程中，如果涵背的變形超過0.3%H或大于20 mm，則輕型液壓夯實(shí)機(jī)在施工過程中對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)的安全具有危害，如果涵背的變形小于03%H或小于20 mm，則輕型液壓夯實(shí)機(jī)施工過程對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)安全的危害較小或沒有危害[1618]。

2試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)搭建

2.1數(shù)據(jù)收集過程

本試驗(yàn)用到的石器件及儀器有電阻應(yīng)變片、位移傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和數(shù)據(jù)采集儀等，通過信號(hào)傳輸線將電阻應(yīng)變片、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和數(shù)據(jù)采集儀連接在一起，位移傳感器通過信號(hào)傳輸線直接連接到數(shù)據(jù)采集儀。當(dāng)輕型液壓夯實(shí)機(jī)工作時(shí)，涵洞結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊力作用會(huì)發(fā)生變形，從而電阻應(yīng)變片和位移傳感器產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)通過信號(hào)傳輸線進(jìn)入數(shù)據(jù)采集儀，并在顯示窗口中顯示數(shù)據(jù)。

2.2測(cè)試器件布置形式

為了保護(hù)試驗(yàn)測(cè)試裝置，避免其在施工過程中遭受破壞，位移傳感器、數(shù)據(jù)采集儀等裝置均布設(shè)在涵洞的內(nèi)部。位移傳感器在涵洞背側(cè)布局如圖2所示，其中黑色的圓圈代表位移傳感器。試驗(yàn)測(cè)試裝置的器件均布置在涵洞總長(zhǎng)的1/2處（即正中間位置處），每組位移傳感器均從上向下縱向布置。endprint

圖2位移傳感器在結(jié)構(gòu)物側(cè)面布設(shè)

涵背的5組位移傳感器固定在支架上，第1組位移傳感器與涵洞蓋板內(nèi)側(cè)（內(nèi)側(cè)涵頂）的距離為50 cm，第5組位移傳感器與涵洞底板的距離為50 cm，中間各組位移傳感器的間隔均為75 cm，總高4 m（涵洞內(nèi)側(cè)），位移傳感器一端與涵背內(nèi)側(cè)接觸，另一端通過信號(hào)線與數(shù)據(jù)采集儀連接（圖2）。

3試驗(yàn)夯點(diǎn)布設(shè)方式

為了研究輕型液壓夯實(shí)機(jī)在夯擊時(shí)產(chǎn)生的沖擊力對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)的影響，將夯點(diǎn)與檢測(cè)器件布設(shè)在同一軸線上，每個(gè)輕型液壓夯實(shí)機(jī)的作業(yè)層布置4個(gè)夯點(diǎn)，夯點(diǎn)位置在每個(gè)作業(yè)層保持一致，每個(gè)夯點(diǎn)與檢測(cè)系統(tǒng)的水平距離為變量。其中1#夯點(diǎn)距離檢測(cè)系統(tǒng)的水平距離為10 cm，2#夯點(diǎn)距離檢測(cè)系統(tǒng)的水平距離為60 cm，3#夯點(diǎn)距離檢測(cè)系統(tǒng)的水平距離為160 cm，4#夯點(diǎn)距離檢測(cè)系統(tǒng)的水平距離為260 cm，以此探究不同水平距離與涵洞結(jié)構(gòu)受力的關(guān)系，施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的夯點(diǎn)具體位置布設(shè)如圖3所示。

4試驗(yàn)過程及檢測(cè)方法

對(duì)路基進(jìn)行分層填筑、分層碾壓，填筑至1 m后，采用輕型液壓夯實(shí)機(jī)的高檔（錘重3 t，舉高1.2 m）在設(shè)定的夯點(diǎn)進(jìn)行施工夯擊，每夯擊1次收集5個(gè)位移數(shù)據(jù)，每個(gè)夯點(diǎn)夯擊12次，即1個(gè)夯點(diǎn)一共收集60個(gè)數(shù)據(jù)，每1個(gè)作業(yè)層共收集240個(gè)數(shù)據(jù)；路基填筑2 m（3、4、5 m涵洞）后，涵洞結(jié)構(gòu)如圖4所示。采用同樣的施工工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，并收集數(shù)據(jù)，每個(gè)夯

點(diǎn)在數(shù)據(jù)采集儀中對(duì)應(yīng)1個(gè)儲(chǔ)存文件夾。等待試驗(yàn)結(jié)束后，利用德維創(chuàng)數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)所有儲(chǔ)存文件中收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并從記錄的圖形中提取每次夯擊時(shí)位移傳感器測(cè)試的數(shù)值，然后繪制成表格，再對(duì)表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

5涵背試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及分析

5.11#夯點(diǎn)涵背水平位移與夯擊次數(shù)的關(guān)系

1#夯點(diǎn)涵背產(chǎn)生的水平位移與夯擊次數(shù)的關(guān)系如圖5所示。涵背路基回填至1 m高時(shí)，涵背路基上表面位于第4組應(yīng)變片和第5組應(yīng)變片之間，1#夯點(diǎn)距離涵背水平距離為100 cm，幾乎與涵背接觸，因機(jī)械行走與機(jī)械架構(gòu)原因，100 cm是極限接近的水平距離，而且在此夯點(diǎn)夯擊時(shí)采用最大的夯擊能量，所以對(duì)1#夯點(diǎn)的夯擊過程是整個(gè)試驗(yàn)的最不利工況。以此最不利工況分析輕型夯施工過程中涵洞結(jié)構(gòu)的安全性最為合適，只要在該工況下輕型液壓夯實(shí)機(jī)施工時(shí)對(duì)涵背產(chǎn)生的水平位移滿足安全要求，則其他工況必能滿足安全施工的要求，該水平位移取每次夯擊作用下對(duì)涵背產(chǎn)生的最大水平位移。

圖51#夯點(diǎn)涵背水平位移與夯擊次數(shù)的關(guān)系

從圖5中可以看出：隨著夯擊次數(shù)的增加，涵背的水平位移變化極其離散，但是總體在005～02 mm范圍內(nèi)變化，個(gè)別點(diǎn)低于0.05 mm。以此判斷水平位移與夯擊次數(shù)沒有較好的相關(guān)性，主要與夯擊作用產(chǎn)生的沖擊荷載有關(guān)。同樣，在1#夯點(diǎn)實(shí)施輕型液壓夯實(shí)機(jī)的最大夯擊能量（36 kJ），涵洞最大位移值為0.2 mm，每個(gè)作業(yè)層位移的最大值的平均值為0192 mm，此位移相對(duì)于涵洞結(jié)構(gòu)的尺寸是極其微小的，而且在兩邊對(duì)稱填筑的涵背路基結(jié)構(gòu)中，這樣的位移變形量在填筑過程中是可以完全抵消的。

6結(jié)語

為了探究夯擊作用對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)的影響，本文通過試驗(yàn)測(cè)試輕型液壓夯實(shí)機(jī)施工過程中涵洞結(jié)構(gòu)的水平位移變化，分析不同水平夯擊距離及夯擊次數(shù)等工況下，涵洞水平位移及應(yīng)變變化規(guī)律，得到以下結(jié)論。

（1）在1#夯點(diǎn)輕型夯實(shí)施最大夯擊能量（36 kJ）時(shí)，涵洞結(jié)構(gòu)最大位移值為02 mm，所有最大值的平均值為0192 mm。由位移評(píng)價(jià)方法可知，0.2 mm<0.3%H=15 mm，因此該涵洞結(jié)構(gòu)在輕型夯施工過程中是安全的。

（2）在2#夯點(diǎn)進(jìn)行夯擊時(shí)，涵洞結(jié)構(gòu)的位移變化范圍為0.01～0.1 mm；在3#夯點(diǎn)進(jìn)行夯擊時(shí)，涵洞結(jié)構(gòu)的位移變化范圍為0～0.05 mm；在4#夯點(diǎn)進(jìn)行夯擊時(shí)，涵洞結(jié)構(gòu)的位移變化范圍為0～001 mm。由位移評(píng)價(jià)方法可知：2#、3#、4#夯點(diǎn)的最大位移均小于0.3%H。因此，輕型夯采用最大能量（36 kJ）進(jìn)行夯實(shí)施工時(shí)，該涵洞結(jié)構(gòu)在輕型夯產(chǎn)生的沖擊能量作用下是安全的。

（3）隨著夯點(diǎn)與涵背水平距離的逐漸增加，最大的夯擊能量（36 kJ）產(chǎn)生的涵背位移呈減小趨勢(shì)，并且距離越遠(yuǎn)，減小的幅度越大。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]endprint