高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體效果研究

覃潛

摘要：利用高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體已經(jīng)成為目前大粒徑碎石填筑體處理中的主流技術(shù)。文章以國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路為例，研究高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體的效果。通過(guò)夯沉體積反映點(diǎn)夯過(guò)程中大粒徑碎石填筑體的壓密幅度，并根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的p-s曲線，得出大粒徑碎石填筑體靜力荷載的計(jì)算公式;通過(guò)在國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路上設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分析高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體場(chǎng)地自然下沉的效果，并采用解耦分析方法，構(gòu)建大粒徑碎石填筑體強(qiáng)度FWD模型，計(jì)算強(qiáng)度與多個(gè)變量參數(shù)的響應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度效果分析。研究結(jié)果表明：高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體能夠有效提高大粒徑碎石填筑體的加固效果，控制大粒徑碎石填筑體靜力荷載，避免大粒徑碎石填筑體自然下沉，確保大粒徑碎石填筑體處理施工安全，增加大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù);大粒徑碎石;填筑體效果;國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路

中圖分類號(hào)：U416.214文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.025

文章編號(hào)：1673-4874（2021）01-0090-03

0引言

大粒徑碎石填筑體處理是建筑工程領(lǐng)域中具有一定挑戰(zhàn)性的施工問(wèn)題，其主要原因在于大粒徑碎石填筑體通常是在軟土上進(jìn)行，軟土材質(zhì)具有較高的壓縮性、固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)等特性，因此不利于工程施工[1]。隨著各領(lǐng)域研究的不斷深入，近幾年出現(xiàn)了一種高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體。高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)的施工原理是按強(qiáng)夯置換工藝，能夠通過(guò)高能級(jí)強(qiáng)夯聯(lián)合疏樁勁網(wǎng)復(fù)合地基，因此，可充分應(yīng)用于大粒徑碎石填筑體處理方面，有效提高大粒徑碎石填筑體施工的可靠性。

目前我國(guó)針對(duì)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體方面的研究仍處于起步階段，尤其是對(duì)于高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體應(yīng)用效果方面的研究。國(guó)外針對(duì)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體效果研究表明，與傳統(tǒng)施工技術(shù)處理的大粒徑碎石填筑體效果相比，應(yīng)用高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理可提高大粒徑碎石填筑體質(zhì)量，減少施工中產(chǎn)生的成本，因此，高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)逐漸受到相關(guān)學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于大粒徑碎石填筑體處理當(dāng)中[2]。

為更好地將高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)應(yīng)用于大粒徑碎石填筑體處理方面，本文以國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路為例，展開(kāi)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體效果研究，致力于通過(guò)研究高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體效果，促進(jìn)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)在大粒徑碎石填筑體的應(yīng)用方面向著高能級(jí)的方向發(fā)展。

1高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體效果研究——以國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路為例

根據(jù)大粒徑碎石填筑體的應(yīng)用特點(diǎn)，在本文提出的高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體效果研究中，針對(duì)大粒徑碎石填筑體壓密幅度、大粒徑碎石填筑體靜力荷載、大粒徑碎石填筑體自然下沉以及大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度的應(yīng)用效果進(jìn)行研究，具體研究?jī)?nèi)容如下。

1.1大粒徑碎石填筑體壓密幅度

通過(guò)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體后，可以將有效夯沉體積作為高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體的主要應(yīng)用效果[3]。通過(guò)夯沉體積反映點(diǎn)夯過(guò)程中大粒徑碎石填筑體的壓密幅度。本次應(yīng)用將國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路從中心點(diǎn)分為A、B兩個(gè)區(qū)域的高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體，針對(duì)填筑體壓密幅度方面的處理效果如表1所示。

通過(guò)表1可以看出，高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體壓密幅度會(huì)隨著夯擊能的提高而提高，大粒徑碎石填筑體壓密幅度數(shù)值越大，則大粒徑碎石填筑體的緊實(shí)度越高，大粒徑碎石填筑體加固效果越好。

1.2大粒徑碎石填筑體靜力荷載

在國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路上選取2個(gè)位置、8 個(gè)測(cè)點(diǎn)，研究高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體靜力荷載的應(yīng)用效果[4]。根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的p-s曲線，得出大粒徑碎石填筑體靜力荷載的計(jì)算公式。設(shè)大粒徑碎石填筑體靜力荷載的表達(dá)式為E，則其計(jì)算公式如式（1）所示：

（1）

式中：I——大粒徑碎石填筑體回彈模量;

v——夯擊能;

s——?jiǎng)傂猿袎喊宓男螤钕禂?shù);

p——測(cè)點(diǎn)的壓力值，單位為MPa;

b——大粒徑碎石填筑體的直徑，單位為m。

通過(guò)式（1）可以看出，控制高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體過(guò)程中的夯擊能，能夠控制大粒徑碎石填筑體靜力荷載，進(jìn)而取得大粒徑碎石填筑體的應(yīng)用效果。

1.3大粒徑碎石填筑體自然下沉

應(yīng)用高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體過(guò)程中，本文通過(guò)在國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路上設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方式，分析高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體場(chǎng)地自然下沉的效果。為保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)精度，設(shè)每公里偶然中誤差評(píng)定水準(zhǔn)線路觀測(cè)精度為M，則其計(jì)算公式如式（2）所示：

（2）

式中：c——測(cè)段往返測(cè)高差不符值，單位為mm;

R——測(cè)段長(zhǎng)度，單位為km。

結(jié)合式（2）計(jì)算結(jié)果，統(tǒng)計(jì)大粒徑碎石填筑體自然下沉量[5]。大粒徑碎石填筑體自然下沉量如表2所示。

從表2中可以看出，通過(guò)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)對(duì)大粒徑碎石填筑體的多次處理，能夠避免大粒徑碎石填筑體自然下沉。由于大粒徑碎石填筑體自然下沉需要一定的時(shí)間積累，因此在高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體施工過(guò)程中，可使用有限單元遞增法，計(jì)算每一段假定時(shí)間內(nèi)的地面沉降位移，記錄地面沉降位移發(fā)生時(shí)刻，探索其發(fā)生的沉降規(guī)律，將沉降范圍控制在允許范圍內(nèi)[6]。若處理大粒徑碎石填筑體中未考慮到自然下沉，會(huì)對(duì)施工安全會(huì)造成一定程度上的消極影響，可以通過(guò)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體，避免自然下沉對(duì)施工安全造成的隱患，在最大程度上確保大粒徑碎石填筑體處理施工安全。

1.4大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度

為了研究高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體效果，采用解耦分析方法，構(gòu)建大粒徑碎石填筑體強(qiáng)度FWD模型。首先，分析路面上的載重力學(xué)性能，將路面受力分為橫向力與縱向力兩種，同時(shí)進(jìn)行路面分層結(jié)構(gòu)的分析[7]。然后，通過(guò)自定義Q為路面強(qiáng)度受力面，x為Q面受到垂直方向的力，c為Q面受到平行方向的力，結(jié)合強(qiáng)度力學(xué)分析法，采用有限元方程公式[8]，計(jì)算高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體后填筑體的強(qiáng)度值。設(shè)填筑體的計(jì)算表達(dá)式為P，則其計(jì)算公式如式（3）所示：

（3）

式中：M——大粒徑碎石填筑體受到強(qiáng)度的總矩陣;

α——矩陣量的變量參數(shù);

K——大粒徑碎石填筑體強(qiáng)度剛性矩陣量;

β——強(qiáng)度的加速度矢量。

采用式（3）計(jì)算強(qiáng)度與多個(gè)變量參數(shù)的響應(yīng)關(guān)系，結(jié)合路面的阻尼系數(shù)大小與大粒徑碎石填筑體強(qiáng)度之間的響應(yīng)關(guān)系，在解耦分析中發(fā)現(xiàn)，高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)使用中，存在影響大粒徑碎石填筑體強(qiáng)度值的外界因素相對(duì)較多[9]，多種變量參數(shù)均可作為大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度分析的具體特征，結(jié)合FWD在彎沉強(qiáng)度分析中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度效果分析。

在進(jìn)行彎沉強(qiáng)度效果分析過(guò)程中，提取對(duì)應(yīng)大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度具體特征，將收集的數(shù)據(jù)或樣本值進(jìn)行統(tǒng)一的集中化處理。分析國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路上不同位置、多種方向的大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度數(shù)值，結(jié)合力學(xué)分析理論，計(jì)算高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理后的大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度應(yīng)力場(chǎng)。設(shè)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理后的大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度應(yīng)力場(chǎng)表達(dá)式為η，則其計(jì)算公式如式（4）所示：

（4）

式中：k——彎沉強(qiáng)度因子;

n——彎沉強(qiáng)度因子個(gè)數(shù)，為實(shí)數(shù);

θ——產(chǎn)生強(qiáng)度與國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路路面之間的夾角角度;

h——大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度發(fā)生的高度，計(jì)算單位為m。

根據(jù)式（4）可知，大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度與高度及因子均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，即通過(guò)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理高度值越大，大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度應(yīng)力場(chǎng)越大。依照上述計(jì)算公式及有限元計(jì)算方程[10]，推導(dǎo)大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度。假定國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路路面垂直于平行對(duì)稱軸，自定義對(duì)稱軸上隨機(jī)4組對(duì)稱點(diǎn)為參與大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度計(jì)算的動(dòng)力約束值，結(jié)合FWD在大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度測(cè)量中的應(yīng)用，忽略國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路路面的阻尼系數(shù)對(duì)大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度測(cè)量造成的影響，隨機(jī)選取7組檢測(cè)點(diǎn)，采用邊界約束的方式，測(cè)試傳感器測(cè)量的FWD彎沉數(shù)值。設(shè)置兩組使用高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理前后的大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度應(yīng)力值?；贔WD的大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度數(shù)值如表3所示。

通過(guò)表3中的數(shù)據(jù)可知，使用高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理后的大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度應(yīng)力值明顯高于使用前。由此可知，高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體能夠增加大粒徑碎石填筑體的彎沉強(qiáng)度。

2結(jié)語(yǔ)

本文以國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路為例，研究高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體效果，認(rèn)為高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體能夠有效提高大粒徑碎石填筑體壓密幅度，控制大粒徑碎石填筑體靜力荷載，避免大粒徑碎石填筑體自然下沉，增加大粒徑碎石填筑體彎沉強(qiáng)度。因此，應(yīng)加大高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體的應(yīng)用力度，以高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)為核心，全面推進(jìn)大粒徑碎石填筑體處理方面的進(jìn)一步發(fā)展。盡管本文進(jìn)行的研究已經(jīng)趨于完善，但未詳細(xì)闡述運(yùn)用高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體的具體流程，這一點(diǎn)可以作為高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)處理大粒徑碎石填筑體領(lǐng)域未來(lái)的研究方向，并通過(guò)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用，幫助國(guó)道G355線大化統(tǒng)城公路更好的建設(shè)。

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