CN112359814A - 湿陷性黄土路基施工填筑压实设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿陷性黄土路基施工填筑压实设备及方法，所述压实设备包括重锤，所述重锤的底面为半球面，还包括设置在重锤上的吊耳，所述重锤在竖直放置时，所述重锤的重心位于过所述半球面球心的竖线上，所述吊耳位于过所述半球面球心的竖线上。所述压实方法基于所述压实设备。采用本方案提供的设备及方法，不仅可有效对湿陷性黄土进行承载力强化处理，同时便于实现集中位置承载力强化、稳定位置承载力强化和路基整体均匀化承载力强化。

Description

湿陷性黄土路基施工填筑压实设备及方法

技术领域

本发明涉及路基施工技术领域，特别是涉及一种湿陷性黄土路基施工填筑压实设备及方法。

背景技术

湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土，属于特殊土。广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区。湿陷性黄土对路基施工的难度和质量均具有显著影响，如：必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害，选择适宜的地基处理方法，湿陷性黄土地基施工应该考虑避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷所造成的危害。

在具体施工中，湿陷性黄土地基处理的目的主要是通过消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力。

随着施工技术的发展，现有技术中，采用：土或灰土垫层、土桩或灰土桩、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸水法等均可有效对湿陷性黄土地基进行湿陷性消除处理，同时考虑到工程造价、施工难度等，近年来，强夯法以其处理地基施工简便、速度快、效果好、造价低等优点，在全国湿陷性黄土地区得到广泛应用和推广。

强夯法的一般采用数吨或数十吨的重锤，有几米或几十米的高处自由落下，对湿陷性黄土进行动力夯击，使湿陷性黄土产生强制压密而减少其压缩性、提高强度。故，重锤为强夯法施工中的关键部件。

对湿陷性黄土路基施工技术做进一步探索，无疑会进一步推动我国工程施工技术的发展。

发明内容

针对上述提出的对湿陷性黄土路基施工技术做进一步探索，无疑会进一步推动我国工程施工技术的发展的技术问题，本发明提供了一种湿陷性黄土路基施工填筑压实设备及方法，采用本方案提供的设备及方法，不仅可有效对湿陷性黄土进行承载力强化处理，同时便于实现集中位置承载力强化、稳定位置承载力强化和路基整体均匀化承载力强化。

本发明提供的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备及方法通过以下技术要点来解决问题，湿陷性黄土路基施工填筑压实设备，包括重锤，所述重锤的底面为半球面，还包括设置在重锤上的吊耳，所述重锤在竖直放置时，所述重锤的重心位于过所述半球面球心的竖线上，所述吊耳位于过所述半球面球心的竖线上。

现有技术中，利用重锤实现湿陷性黄土路基强化处理一般通过卷扬机完成重锤起吊后释放重锤，以上重锤自由落体至湿陷性黄土路基施表面完成路基强化夯实。

由于在进行强化夯实时，特别是初次夯实，重锤下陷深度大，且在地表局部强度不均时，非常容易造成重锤受到地面各局部不均匀的反作用力而歪斜，此情况下在重锤的整个覆盖面上，各局部的夯实情况不均，且由于重锤不受控制的歪斜，造成夯实重点区域不可控；被作用的路基局部也存在下方黄土朝四周大量基础，造成在完成路基整体夯实后，在先与重锤作用的局部位置强度不如在后与重锤作用的局部位置强度的问题，这使得路基存在不均匀的整体承载力强化。

本方案中，所述重锤通过与安装于吊架上的卷扬设备通过钢丝绳相连，所述吊架固定于如为履带式汽车的移动设备上，得到满足基本夯实功能的压实设备。具体的，本方案中，将重锤的底面设置为半球面，同时限定为重锤重心与所述竖线、吊耳位置与所述竖线的关系，使得本重锤通过吊耳与钢丝绳相连后，以上半球面为重锤的底面，且重锤底面的底端为所述半球面的中部，这样，在卷扬设备释放重锤后，重锤自由落下后所述半球面的中部位置为重锤上的最低位置，通过半球面的中部首先与路基接触，使得本重锤的压实重点区域始终位于与所述中部匹配的位置；同时在由所述中部向外侧延伸的方向上，重锤对路基的夯实强度逐渐减弱，故在重锤嵌入地基的过程中，所述中部位置对应的路基局部、中部外周位置对应的路基局部同步夯实，且越靠近重锤外部对地基的夯实强度越弱，故采用本方案，利用以上同步夯实且夯实强度具有逐渐检索的特性，使得被夯实局部整体朝向外部的黄图挤出量变小，这样，完成路基整体夯实后，可使得路基整体的承载力更为均匀；相较于底面为平面的重锤，当出现周向方向上路基强度分布不均时，即使重锤发生歪斜，具体夯实重点区域根据歪斜量，由半球面的中部逐渐向外变化，区别于传统底面为平面的重锤，直接变化为中点夯实区域位于重锤的外沿位置，本方案可使得夯实重点区域更为稳定或可控。

更进一步的技术方案为：

作为一种结构简单的重锤实施方式，设置为：所述重锤为实心半球体。

作为一种能够根据具体需要，能够合理调整重锤配重，且重心位置和起吊点位置易于控制，能够合理调整单次夯实区域大小的技术方案，设置为：所述重锤包括呈球壳状，用于提供所述半球面的座体；

所述重锤还包括与所述座体可拆卸连接的配重体，所述配重体为柱状结构；

所述半球面的球心位于所述配重体的轴线上；

所述吊耳设置在配重体的顶部。本方案中，当需要改变配重体的配重，通过更换座体和配重块中的至少一者即可达到相应目的，当需要调整单次夯实区域大小时，通过更换座体即可达到相应目的。

作为一种连接可靠，且考虑重锤本身较重，减小实现相应可拆卸连接的连接件的受力的技术方案，设置为：所述座体的球形腔中还固定有呈筒状的安装筒，所述半球面的球心位于所述安装筒的轴线上；

所述配重体的底端嵌入所述安装筒中；

所述安装筒的顶端及配重体的中部均设置有连接法兰，所述安装筒与配重体通过与所述连接法兰匹配的连接螺栓形成螺栓连接关系。本方案中，通过安装筒的内壁约束配重体下端外壁，即可优化相应连接螺栓在重锤工作过程中所受到的冲击，可用于如延长相应连接螺纹的疲劳寿命。采用连接法兰并配合连接螺栓实现座体与配重块连接的方案，还可在连接螺纹疲劳破坏的情况下，通过如切割连接螺栓，实现配重体与座体的分离且尽可能不影响配重体与座体各自本身。优选的，为完全避免如上提出的对配重体与座体各自本身产生影响，设置为：以上连接螺栓采用均对穿两连接法兰，在两连接法兰的两向背侧上利用螺栓端头与螺帽相配合实现夹紧、在两连接法兰的两向背侧上利用相应螺帽相配合实现夹紧的螺栓连接方式。即：并不在连接法兰上设置内螺纹。

为实现连接螺栓的防松和保护连接螺纹，设置为：所述连接螺栓上还套设有弹簧垫片。

为使得座体在一定厚度的情况下具有更好的刚度，设置为：还包括固定于座体内壁上的多根筋条，所述筋条均为：一端与安装筒的外壁焊接连接、另一端延伸至座体的上沿位置。

为方便将座体由路基上提起，设置为：所述座体上还设置有多个均贯通座体内、外侧的贯穿孔。以上贯穿孔在重锤提起时，作为重锤底面与路基表面之间空间与外界的均压孔。

为提升夯实效率、避免如路基表面积水不便于沉降判断和不便于施工等，设置为：还包括用于向湿陷性黄土内部注水的注水管，所述注水管的下端为尖端，还包括设置在注水管下侧、位于所述尖端的上方、相对于注水管的外壁外凸、沿着注水管周向方向延伸的挡环；

所述注水管的管壁上还设置有多个位于挡环上方的注水孔。本方案在具体运用时，首先通过注水管对待夯实路基进行内部注水沉降，而后可利用重锤，高效的完成路基最终承载力强化夯实。具体注水管结构设计中，通过设置为包括所述挡环，如利用重锤完成注水管在路基上的嵌入过程中，以上挡环作为挡土环，使得注水管嵌入得到的孔道孔径大于挡环上方注水管全部或局部的外径，通过挡环起到隔离黄土与注水孔的作用，避免注水孔发生堵塞；同时，当注水管最终嵌入后，通过挡环起到的孔道扩大作用，可使得由注水孔引入的水体能够更容易被注入至周围黄土中，同时在注水管的外周获得环形水体容纳空间，达到强化注水效果的目的。

作为本领域技术人员，以上尖端实际上用于减小注水管嵌入阻力，更进一步的，为减小挡环对注水管夯入的影响，设置为：所述尖端上的坡面延伸至挡环的侧面：挡环下端的外沿与所述尖端上端的外沿对接。

本方案还公开了一种湿陷性黄土路基施工填筑压实方法，该方法基于如上任意一项所述的压实设备，该方法通过如下步骤实现：

S1、采用注水管对待压实的湿陷性黄土进行注水沉降；

S2、采用所述压实设备，利用吊耳起吊重锤后并释放重锤，通过重锤的自由落体运动，对注水沉降后的湿陷性黄土进行动力夯击；

所述动力夯击为：采用所述压实设备完成所述路基整个面的若干次全面夯击后，替换底面为平面的重锤，进行路基表面平整性夯击处理。

如上所述，采用本方案提供的压实方法，不仅可提高湿陷性黄土路基承载力强化处理，同时承载力强化处理效率高、便于实现集中位置承载力强化、稳定位置承载力强化和路基整体均匀化承载力强化。步骤S2中，由于采用到了区别于现有技术的重锤，故在完成步骤S2，进行表面平整性夯击处理后，可得到相对平整的路基表面以便于后续道路施工。

优选的，为利于路基整体承载力强化的均匀性，所述若干次优选为多次。且在利用具有半球面的重锤完成一次路基全面夯实后，即进行一次路基表面平整性夯击处理，而后再进行下一次基于具有半球面的重锤完成的路基夯实。

本发明具有以下有益效果：

采用本方案提供的压实设备，将重锤的底面设置为半球面，同时限定为重锤重心与所述竖线、吊耳位置与所述竖线的关系，使得本重锤通过吊耳与钢丝绳相连后，以上半球面为重锤的底面，且重锤底面的底端为所述半球面的中部，这样，在卷扬设备释放重锤后，重锤自由落下后所述半球面的中部位置为重锤上的最低位置，通过半球面的中部首先与路基接触，使得本重锤的压实重点区域始终位于与所述中部匹配的位置；同时在由所述中部向外侧延伸的方向上，重锤对路基的夯实强度逐渐减弱，故在重锤嵌入地基的过程中，所述中部位置对应的路基局部、中部外周位置对应的路基局部同步夯实，且越靠近重锤外部对地基的夯实强度越弱，故采用本方案，利用以上同步夯实且夯实强度具有逐渐检索的特性，使得被夯实局部整体朝向外部的黄图挤出量变小，这样，完成路基整体夯实后，可使得路基整体的承载力更为均匀；相较于底面为平面的重锤，当出现周向方向上路基强度分布不均时，即使重锤发生歪斜，具体夯实重点区域根据歪斜量，由半球面的中部逐渐向外变化，区别于传统底面为平面的重锤，直接变化为中点夯实区域位于重锤的外沿位置，本方案可使得夯实重点区域更为稳定或可控。

采用本方案提供的压实方法，不仅可提高湿陷性黄土路基承载力强化处理，同时承载力强化处理效率高、便于实现集中位置承载力强化、稳定位置承载力强化和路基整体均匀化承载力强化。步骤S2中，由于采用到了区别于现有技术的重锤，故在完成步骤S2，进行表面平整性夯击处理后，可得到相对平整的路基表面以便于后续道路施工。

附图说明

图1是本发明所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备一个具体实施例中，重锤的俯视图；

图2是本发明所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备一个具体实施例中，重锤的主视图；

图3是本发明所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备一个具体实施例中，座体部分的主视剖视图；

图4是本发明所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备一个具体实施例中，注水管的主视剖视图。

图中的附图标记依次为：1、座体，2、连接法兰，3、配重体，4、吊耳，5、贯穿孔，6、筋条，7、安装筒，8、注水管，9、挡环，10、注水孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1至图4所示，湿陷性黄土路基施工填筑压实设备，包括重锤，所述重锤的底面为半球面，还包括设置在重锤上的吊耳4，所述重锤在竖直放置时，所述重锤的重心位于过所述半球面球心的竖线上，所述吊耳4位于过所述半球面球心的竖线上。

现有技术中，利用重锤实现湿陷性黄土路基强化处理一般通过卷扬机完成重锤起吊后释放重锤，以上重锤自由落体至湿陷性黄土路基施表面完成路基强化夯实。

由于在进行强化夯实时，特别是初次夯实，重锤下陷深度大，且在地表局部强度不均时，非常容易造成重锤受到地面各局部不均匀的反作用力而歪斜，此情况下在重锤的整个覆盖面上，各局部的夯实情况不均，且由于重锤不受控制的歪斜，造成夯实重点区域不可控；被作用的路基局部也存在下方黄土朝四周大量基础，造成在完成路基整体夯实后，在先与重锤作用的局部位置强度不如在后与重锤作用的局部位置强度的问题，这使得路基存在不均匀的整体承载力强化。

本方案中，所述重锤通过与安装于吊架上的卷扬设备通过钢丝绳相连，所述吊架固定于如为履带式汽车的移动设备上，得到满足基本夯实功能的压实设备。具体的，本方案中，将重锤的底面设置为半球面，同时限定为重锤重心与所述竖线、吊耳4位置与所述竖线的关系，使得本重锤通过吊耳4与钢丝绳相连后，以上半球面为重锤的底面，且重锤底面的底端为所述半球面的中部，这样，在卷扬设备释放重锤后，重锤自由落下后所述半球面的中部位置为重锤上的最低位置，通过半球面的中部首先与路基接触，使得本重锤的压实重点区域始终位于与所述中部匹配的位置；同时在由所述中部向外侧延伸的方向上，重锤对路基的夯实强度逐渐减弱，故在重锤嵌入地基的过程中，所述中部位置对应的路基局部、中部外周位置对应的路基局部同步夯实，且越靠近重锤外部对地基的夯实强度越弱，故采用本方案，利用以上同步夯实且夯实强度具有逐渐检索的特性，使得被夯实局部整体朝向外部的黄图挤出量变小，这样，完成路基整体夯实后，可使得路基整体的承载力更为均匀；相较于底面为平面的重锤，当出现周向方向上路基强度分布不均时，即使重锤发生歪斜，具体夯实重点区域根据歪斜量，由半球面的中部逐渐向外变化，区别于传统底面为平面的重锤，直接变化为中点夯实区域位于重锤的外沿位置，本方案可使得夯实重点区域更为稳定或可控。

实施例2：

如图1至图4所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：作为一种能够根据具体需要，能够合理调整重锤配重，且重心位置和起吊点位置易于控制，能够合理调整单次夯实区域大小的技术方案，设置为：所述重锤包括呈球壳状，用于提供所述半球面的座体1；

所述重锤还包括与所述座体1可拆卸连接的配重体3，所述配重体3为柱状结构；

所述半球面的球心位于所述配重体3的轴线上；

所述吊耳4设置在配重体3的顶部。本方案中，当需要改变配重体3的配重，通过更换座体1和配重块中的至少一者即可达到相应目的，当需要调整单次夯实区域大小时，通过更换座体1即可达到相应目的。

作为一种连接可靠，且考虑重锤本身较重，减小实现相应可拆卸连接的连接件的受力的技术方案，设置为：所述座体1的球形腔中还固定有呈筒状的安装筒7，所述半球面的球心位于所述安装筒7的轴线上；

所述配重体3的底端嵌入所述安装筒7中；

所述安装筒7的顶端及配重体3的中部均设置有连接法兰2，所述安装筒7与配重体3通过与所述连接法兰2匹配的连接螺栓形成螺栓连接关系。本方案中，通过安装筒7的内壁约束配重体3下端外壁，即可优化相应连接螺栓在重锤工作过程中所受到的冲击，可用于如延长相应连接螺纹的疲劳寿命。采用连接法兰2并配合连接螺栓实现座体1与配重块连接的方案，还可在连接螺纹疲劳破坏的情况下，通过如切割连接螺栓，实现配重体3与座体1的分离且尽可能不影响配重体3与座体1各自本身。优选的，为完全避免如上提出的对配重体3与座体1各自本身产生影响，设置为：以上连接螺栓采用均对穿两连接法兰2，在两连接法兰2的两向背侧上利用螺栓端头与螺帽相配合实现夹紧、在两连接法兰2的两向背侧上利用相应螺帽相配合实现夹紧的螺栓连接方式。即：并不在连接法兰2上设置内螺纹。

本实施例中，为提升座体1对配重体3的支撑效果，设置为：安装筒7所围成空间的底面为平面，且配重体3的底部支撑于所述平面上。

为实现连接螺栓的防松和保护连接螺纹，设置为：所述连接螺栓上还套设有弹簧垫片。

为使得座体1在一定厚度的情况下具有更好的刚度，设置为：还包括固定于座体1内壁上的多根筋条6，所述筋条6均为：一端与安装筒7的外壁焊接连接、另一端延伸至座体1的上沿位置。

为方便将座体1由路基上提起，设置为：所述座体1上还设置有多个均贯通座体1内、外侧的贯穿孔5。以上贯穿孔5在重锤提起时，作为重锤底面与路基表面之间空间与外界的均压孔。

实施例3：

如图1至图4所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，

为提升夯实效率、避免如路基表面积水不便于沉降判断和不便于施工等，设置为：还包括用于向湿陷性黄土内部注水的注水管8，所述注水管8的下端为尖端，还包括设置在注水管8下侧、位于所述尖端的上方、相对于注水管8的外壁外凸、沿着注水管8周向方向延伸的挡环9；

所述注水管8的管壁上还设置有多个位于挡环9上方的注水孔10。本方案在具体运用时，首先通过注水管8对待夯实路基进行内部注水沉降，而后可利用重锤，高效的完成路基最终承载力强化夯实。具体注水管8结构设计中，通过设置为包括所述挡环9，如利用重锤完成注水管8在路基上的嵌入过程中，以上挡环9作为挡土环，使得注水管8嵌入得到的孔道孔径大于挡环9上方注水管8全部或局部的外径，通过挡环9起到隔离黄土与注水孔10的作用，避免注水孔10发生堵塞；同时，当注水管8最终嵌入后，通过挡环9起到的孔道扩大作用，可使得由注水孔10引入的水体能够更容易被注入至周围黄土中，同时在注水管8的外周获得环形水体容纳空间，达到强化注水效果的目的。

作为本领域技术人员，以上尖端实际上用于减小注水管8嵌入阻力，更进一步的，为减小挡环9对注水管8夯入的影响，设置为：所述尖端上的坡面延伸至挡环9的侧面：挡环9下端的外沿与所述尖端上端的外沿对接。

实施例4：

如图1至图4所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：

本实施例提供一种湿陷性黄土路基施工填筑压实方法，该方法基于如上任意一个实施例所提供的任意一项所述的压实设备，该方法通过如下步骤实现：

S1、采用注水管8对待压实的湿陷性黄土进行注水沉降；

S2、采用所述压实设备，利用吊耳4起吊重锤后并释放重锤，通过重锤的自由落体运动，对注水沉降后的湿陷性黄土进行动力夯击；

所述动力夯击为：采用所述压实设备完成所述路基整个面的若干次全面夯击后，替换底面为平面的重锤，进行路基表面平整性夯击处理。

如上所述，采用本方案提供的压实方法，不仅可提高湿陷性黄土路基承载力强化处理，同时承载力强化处理效率高、便于实现集中位置承载力强化、稳定位置承载力强化和路基整体均匀化承载力强化。步骤S2中，由于采用到了区别于现有技术的重锤，故在完成步骤S2，进行表面平整性夯击处理后，可得到相对平整的路基表面以便于后续道路施工。

优选的，为利于路基整体承载力强化的均匀性，所述若干次优选为多次。且在利用具有半球面的重锤完成一次路基全面夯实后，即进行一次路基表面平整性夯击处理，而后再进行下一次基于具有半球面的重锤完成的路基夯实。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.湿陷性黄土路基施工填筑压实设备，包括重锤，其特征在于，所述重锤的底面为半球面，还包括设置在重锤上的吊耳(4)，所述重锤在竖直放置时，所述重锤的重心位于过所述半球面球心的竖线上，所述吊耳(4)位于过所述半球面球心的竖线上。

2.根据权利要求1所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备，其特征在于，所述重锤为实心半球体。

3.根据权利要求1所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备，其特征在于，

所述重锤包括呈球壳状，用于提供所述半球面的座体(1)；

所述重锤还包括与所述座体(1)可拆卸连接的配重体(3)，所述配重体(3)为柱状结构；

所述半球面的球心位于所述配重体(3)的轴线上；

所述吊耳(4)设置在配重体(3)的顶部。

4.根据权利要求3所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备，其特征在于，所述座体(1)的球形腔中还固定有呈筒状的安装筒(7)，所述半球面的球心位于所述安装筒(7)的轴线上；

所述配重体(3)的底端嵌入所述安装筒(7)中；

所述安装筒(7)的顶端及配重体(3)的中部均设置有连接法兰(2)，所述安装筒(7)与配重体(3)通过与所述连接法兰(2)匹配的连接螺栓形成螺栓连接关系。

5.根据权利要求4所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备，其特征在于，所述连接螺栓上还套设有弹簧垫片。

6.根据权利要求4所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备，其特征在于，还包括固定于座体(1)内壁上的多根筋条(6)，所述筋条(6)均为：一端与安装筒(7)的外壁焊接连接、另一端延伸至座体(1)的上沿位置。

7.根据权利要求3所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备，其特征在于，所述座体(1)上还设置有多个均贯通座体(1)内、外侧的贯穿孔(5)。

8.根据权利要求1所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备，其特征在于，还包括用于向湿陷性黄土内部注水的注水管(8)，所述注水管(8)的下端为尖端，还包括设置在注水管(8)下侧、位于所述尖端的上方、相对于注水管(8)的外壁外凸、沿着注水管(8)周向方向延伸的挡环(9)；

所述注水管(8)的管壁上还设置有多个位于挡环(9)上方的注水孔(10)。

9.根据权利要求8所述的湿陷性黄土路基施工填筑压实设备，其特征在于，所述尖端上的坡面延伸至挡环(9)的侧面：挡环(9)下端的外沿与所述尖端上端的外沿对接。

10.湿陷性黄土路基施工填筑压实方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至9中任意一项所述的压实设备，该方法通过如下步骤实现：

S1、采用注水管(8)对待压实的湿陷性黄土进行注水沉降；

S2、采用所述压实设备，利用吊耳(4)起吊重锤后并释放重锤，通过重锤的自由落体运动，对注水沉降后的湿陷性黄土进行动力夯击；

所述动力夯击为：采用所述压实设备完成所述路基整个面的若干次全面夯击后，替换底面为平面的重锤，进行路基表面平整性夯击处理。

Images