強(qiáng)夯法處理山區(qū)梁場(chǎng)非均勻回填地基施工

胡智峰

(中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司,河南洛陽(yáng) 471002)

1 工程概況

我公司承建的衡陽(yáng)—邵陽(yáng)高速公路路基五標(biāo)地處湖南邵陽(yáng)丘陵山區(qū),溝壑谷地縱橫交錯(cuò)分布,局部地段基巖裸露,基巖表面起伏變化大、溶溝槽發(fā)育、地表高差懸殊,覆蓋土層厚薄不均,現(xiàn)場(chǎng)無(wú)直接可以整平利用的預(yù)制梁場(chǎng)。為保證制梁工作的進(jìn)行,決定把梁場(chǎng)建在丘間谷地,利用開山填谷建設(shè)預(yù)制梁場(chǎng)。在梁場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中,為滿足制存梁臺(tái)座、運(yùn)梁道路等地基的穩(wěn)定、均勻、密實(shí),對(duì)預(yù)制梁場(chǎng)地基采用強(qiáng)夯法(局部采用強(qiáng)夯置換)進(jìn)行處理,使梁場(chǎng)地基承載力滿足了梁場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求。

2 梁場(chǎng)地質(zhì)概況及地基處理要求

2.1 預(yù)制梁場(chǎng)地質(zhì)概況

梁場(chǎng)區(qū)域地表高程在223.9～236.1 m,局部高程達(dá)256.2 m,梁場(chǎng)設(shè)計(jì)高程為232.6 m。主要地層為：①黏土、粉質(zhì)黏土、含礫黏土,褐黃色～褐紅色,硬塑,主要成分為黏泥,巖土施工等級(jí)為Ⅲ級(jí),σ0=180 kPa,分布于丘坡表層；②黏土、粉質(zhì)黏土、含礫黏土,褐黃色～褐紅色,硬塑,巖土施工等級(jí)為Ⅱ級(jí),σ0=150 kPa,分布于丘谷；③黏土、粉質(zhì)黏土、含礫黏土,褐黃色～褐紅色,軟塑,巖土施工等級(jí)為Ⅱ級(jí),σ0=100 kPa,大都發(fā)育在基巖面或丘谷表層；④石灰系下統(tǒng)巖關(guān)階組灰?guī)r：灰色,弱風(fēng)化,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,巖質(zhì)較堅(jiān)硬,巖溶發(fā)育,巖土施工等級(jí)Ⅴ級(jí),σ0=1 000 kPa。

2.2 梁場(chǎng)設(shè)計(jì)對(duì)地基處理的要求

根據(jù)梁場(chǎng)制存梁臺(tái)座彈性地基梁、運(yùn)梁道路的設(shè)計(jì)要求,梁場(chǎng)地基處理后應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定、均勻和密實(shí),地基承載力特征值fak達(dá)到250 kPa以上,存梁時(shí)4個(gè)支承點(diǎn)高差不大于4 mm。

3 梁場(chǎng)地基處理方案的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)文件對(duì)箱梁預(yù)制和制存梁臺(tái)座的要求,梁場(chǎng)地基處理施工前,項(xiàng)目部組織有關(guān)人員對(duì)多種地基處理方案進(jìn)行比較。

3.1 樁基

從理論上講,樁基是最可靠的地基處理方法。樁基的承載力大,沉降量小,且對(duì)于嵌巖樁基本上可不考慮沉降,但對(duì)本工程項(xiàng)目存在以下不利因素：①預(yù)制梁場(chǎng)地表基巖起伏大,樁基的長(zhǎng)度變化太大,有的可能要20多米長(zhǎng),有的只有幾米長(zhǎng),且?guī)r面頂?shù)母叱坛３?huì)與圖紙顯示的地質(zhì)資料有出入,部分地段又沒有相應(yīng)的地質(zhì)勘查資料；②梁場(chǎng)地處巖溶發(fā)育區(qū)的丘間谷地,地表溶槽、地下溶洞發(fā)育,難以完全探明,樁基施工需先進(jìn)行巖溶注漿預(yù)處理,且?guī)r溶地區(qū)樁基施工難度及風(fēng)險(xiǎn)大,對(duì)成樁質(zhì)量沒有明確的保證；③梁場(chǎng)平整回填土中含大量硬質(zhì)灰?guī)r,巖石的塊徑大小不一,這將給樁基施工造成困難；④梁場(chǎng)運(yùn)梁道路地基無(wú)法全部采用樁基處理。

3.2 分層碾壓回填

分層碾壓回填在處理回填土?xí)r不失為一種有效手段,但用于本工程存在許多不利因素：①分層碾壓工期長(zhǎng),挖填方交界處死角較多,難以保證壓實(shí)質(zhì)量,而對(duì)于制存梁臺(tái)座基礎(chǔ)來(lái)說(shuō),落在半填半挖的地基上,最容易產(chǎn)生不均勻沉降；②梁場(chǎng)所處地區(qū)雨季長(zhǎng)(每年的3～8月份),無(wú)法保證分層碾壓的施工進(jìn)度；③預(yù)制梁場(chǎng)的填方采用黏性土夾雜部分山體爆破產(chǎn)生的石塊和石屑,大量石塊大小不一無(wú)法控制,所以分層的厚度難以保證,壓實(shí)質(zhì)量無(wú)法保證。

3.3 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法經(jīng)過(guò)30多年的應(yīng)用和發(fā)展,證明適用于處理一般黏性土、飽和砂土、碎石土、粉土、濕陷性黃土及石土地基,能夠有效地提高地基強(qiáng)度,降低壓縮性,提高土層均勻性,減小地基的不均勻沉降。特別對(duì)于本工程,可同時(shí)滿足制存梁臺(tái)座地基、運(yùn)梁道路地基處理的要求,且強(qiáng)夯法施工的工期短、速度快,對(duì)施工季節(jié)無(wú)特別要求,能有效地克服當(dāng)?shù)赜昙鹃L(zhǎng)而影響施工有效時(shí)間的缺點(diǎn),可以極大節(jié)省地基處理的時(shí)間和費(fèi)用。

經(jīng)對(duì)以上方案分析比較,決定采用強(qiáng)夯法對(duì)梁場(chǎng)地基處理。

4 地基強(qiáng)夯施工

4.1 強(qiáng)夯施工設(shè)計(jì)

(1)強(qiáng)夯技術(shù)參數(shù)

①夯錘重力及初始起落高度

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,并結(jié)合強(qiáng)夯及強(qiáng)夯置換對(duì)夯錘的具體要求,點(diǎn)夯采用180 kN圓形夯錘,直徑1.8 m,靜壓70 kPa；滿夯采用130 kN圓形夯錘,直徑為2.2 m,靜壓28 kPa。根據(jù)梅納公式

式中D——強(qiáng)夯影響深度,取8 m；

N——夯錘重力,取180 kN；

H——夯錘落距；

a——夯實(shí)系數(shù)，其值根據(jù)場(chǎng)地土的工程地質(zhì)特性和相近情況經(jīng)驗(yàn)確定,一般為0.5～0.8,本工程取0.55。

據(jù)公式可算得點(diǎn)夯落距H=12 m。考慮到填土厚度不一,夯擊過(guò)程中有能量損耗,為確保夯擊效果,選取初始起落高度為14 m,夯擊能量為2 500 kN·m。

②夯點(diǎn)間距L

根據(jù)夯錘底面半徑R、壓力擴(kuò)散角θ(一般為27°～35°)、強(qiáng)夯影響深度D及有效加固范圍下寬W算得：制存梁臺(tái)座地基梁基底夯點(diǎn)間距L=3.4 m,取L=3.5 m；運(yùn)梁道路基底夯點(diǎn)間距L=2.8 m,取L=3.0 m。

(2)單點(diǎn)夯擊數(shù)

按2遍點(diǎn)夯、1遍滿夯進(jìn)行施工。第1遍點(diǎn)夯進(jìn)行局部深層加固,第2遍插塞進(jìn)行全部深層加固,第3遍滿夯進(jìn)行整體淺層加固。

(3)夯點(diǎn)布置(圖1、圖2)

圖1 制存梁臺(tái)座地基強(qiáng)夯處理夯點(diǎn)布置(單位：cm)

圖2 運(yùn)梁道路地基強(qiáng)夯處理夯點(diǎn)布置(單位：cm)

4.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)

強(qiáng)夯試驗(yàn)主要為了在正式施工前,選擇有代表性的區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)性施工,并檢驗(yàn)其處理加固效果,對(duì)強(qiáng)夯施工結(jié)果做出定量評(píng)價(jià),然后反饋回來(lái)調(diào)整強(qiáng)夯設(shè)計(jì),選定合理的強(qiáng)夯施工參數(shù),指導(dǎo)大面積場(chǎng)區(qū)施工。為確定強(qiáng)夯處理非均勻回填地基的加固效果,利用梁場(chǎng)2號(hào)臺(tái)座回填地基進(jìn)行試夯,試夯平面尺寸36 m×15 m,按強(qiáng)夯設(shè)計(jì)組織實(shí)施,強(qiáng)夯試驗(yàn)包括單點(diǎn)夯試驗(yàn)和群夯試驗(yàn)。

(1)單點(diǎn)夯試驗(yàn)

單點(diǎn)夯試驗(yàn)的目的是通過(guò)測(cè)量夯坑及夯坑周圍地面變形,計(jì)算有效夯實(shí)系數(shù)(a),以便驗(yàn)證夯擊能量、最佳夯擊錘數(shù)(N)、夯點(diǎn)間距(L)等設(shè)計(jì)參數(shù),試驗(yàn)參照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2002)設(shè)計(jì)和執(zhí)行。即a=(V1-V2)/V1,式中V1為夯坑下沉體積,V2為夯坑周圍地面隆起體積。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)夯擊能量為2 500 kN·m,夯擊錘數(shù)為7擊時(shí),夯實(shí)效果最為理想,夯實(shí)系數(shù)a=0.97。

(2)群夯試驗(yàn)

根據(jù)單點(diǎn)夯試驗(yàn)結(jié)果,得出群夯試驗(yàn)施工參數(shù)如下：點(diǎn)夯能量2 500 kN·m,滿夯能量1 300 kN·m,分3遍夯,第1、2遍為點(diǎn)夯,第3遍滿夯,夯點(diǎn)間距為3.5 m,滿夯夯點(diǎn)切1/4環(huán)。群夯試驗(yàn)結(jié)束后,經(jīng)重型動(dòng)力觸探及采用1 m×1 m荷載板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè),強(qiáng)夯處理后地基承載力特征值fak達(dá)到290 kPa,滿足設(shè)計(jì)要求，可進(jìn)行大面積施工。

4.3 強(qiáng)夯施工

(1)施工設(shè)備：50 t上海產(chǎn)履帶吊1臺(tái),13 t、18 t鑄鋼夯錘各1個(gè),挖掘機(jī)1臺(tái),振動(dòng)壓路機(jī)1臺(tái)。

(2)施工工藝流程

場(chǎng)地平整→測(cè)量放線、定位→第1遍點(diǎn)夯→夯坑填平→測(cè)量放線、定位→第2遍點(diǎn)夯→夯坑填平→第3遍滿夯→檢測(cè)。

(3)操作要點(diǎn)

①夯點(diǎn)的控制：用石灰或木樁進(jìn)行夯點(diǎn)標(biāo)識(shí),在夯點(diǎn)上用石灰撒出夯錘底輪廓線,控制樁位偏差小于5 cm。

②夯坑填平：由于回填土中夾有大塊石,在每遍點(diǎn)夯后需對(duì)夯坑進(jìn)行回填,回填料控制標(biāo)準(zhǔn)為含泥量小于15%,最大粒徑小于40 cm,回填后場(chǎng)地要平整,并進(jìn)行一定方式的碾壓,便于履帶吊車的來(lái)回行走。

③夯點(diǎn)偏差控制：吊車按照石灰線進(jìn)行對(duì)點(diǎn)就位,夯擊時(shí)若發(fā)現(xiàn)坑底傾斜時(shí),對(duì)夯坑回填整平。

④停夯控制：點(diǎn)夯施工中,做到每一遍、每一夯擊坑的最后2擊沉落量的平均值控制在小于5 cm內(nèi),以此控制各點(diǎn)的夯擊次數(shù),以確保施工質(zhì)量。

(4)施工中的特殊情況處理

①基巖溶溝槽充填黏土強(qiáng)夯置換

梁場(chǎng)1號(hào)制梁臺(tái)座及對(duì)應(yīng)存梁臺(tái)座基巖溶溝、溶槽發(fā)育,且充填的黏土含水量呈飽和狀態(tài),單純采用強(qiáng)夯難以達(dá)到處理要求。施工中采用了強(qiáng)夯置換法(又稱強(qiáng)夯碎石墩法)進(jìn)行處理,對(duì)溶槽頂板進(jìn)行破碎或溶溝、槽裂隙寬度小于50 cm情況下,通過(guò)爆破使其上口寬度大于3 m,清除溝槽中充填土,然后利用細(xì)顆粒料石回填,再用2 500 kN·m能級(jí)的單擊能量夯實(shí),在強(qiáng)夯過(guò)程中邊夯邊加碎石,直至達(dá)到設(shè)計(jì)的最后擊夯沉量小于5 cm。

②大塊石高填方地基

梁場(chǎng)4號(hào)制梁臺(tái)座及對(duì)應(yīng)存梁臺(tái)座基底最大填方高度9 m,施工中大塊石填料最大粒徑控制在80 cm以內(nèi),地基按每層4 m由下而上進(jìn)行強(qiáng)夯處理,強(qiáng)夯只需要點(diǎn)夯而無(wú)需滿夯,到達(dá)基底層再進(jìn)行滿夯。

5 強(qiáng)夯地基的檢測(cè)

強(qiáng)夯工程質(zhì)量檢測(cè)就是檢測(cè)強(qiáng)夯加固效果,為基礎(chǔ)施工提供依據(jù),本工程采用荷載板試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)進(jìn)行綜合檢測(cè)。

5.1 荷載板試驗(yàn)

荷載板試驗(yàn)是一種最直觀可靠的試驗(yàn),根據(jù)載荷沉降記錄繪制P-S曲線,確定地基承載力。梁場(chǎng)共進(jìn)行1 m×1 m荷載板試驗(yàn)5組,以2號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)為例,典型的靜荷載試驗(yàn)P-S曲線見圖3。

圖3 2號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)靜荷載試驗(yàn)P-S曲線

依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2002)中的有關(guān)確定復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的規(guī)定,采用相對(duì)沉降控制法確定各試驗(yàn)點(diǎn)的承載力基本值,荷載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 荷載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可以看出,梁場(chǎng)地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后,承載力標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.2 動(dòng)力觸探試驗(yàn)

強(qiáng)夯結(jié)束后,在梁場(chǎng)強(qiáng)夯加固地基上進(jìn)行了32個(gè)點(diǎn)位的重型動(dòng)力觸探試驗(yàn),除含塊石處動(dòng)探擊數(shù)較大外,其余土層豎向均勻性較好,承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

強(qiáng)夯法處理山區(qū)梁場(chǎng)非均勻回填地基,具有地基加固明顯、施工工期短、節(jié)省工程投資等諸多優(yōu)點(diǎn),特別是在巖溶發(fā)育地區(qū)修建梁體預(yù)制場(chǎng),可節(jié)省大量地基勘探處理費(fèi)用。根據(jù)該梁場(chǎng)強(qiáng)夯處理后綜合檢測(cè)結(jié)果,強(qiáng)夯處理后非均勻回填地基穩(wěn)定、均勻、密實(shí),地基的承載力能夠滿足設(shè)計(jì)要求,梁場(chǎng)經(jīng)存梁后實(shí)測(cè)地基沉降僅有2 mm,且為均勻下沉,滿足了制梁要求,為今后在類似地區(qū)修建梁體預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行地基處理積累了一定經(jīng)驗(yàn)。

[1]JGJ79—2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2]孫永剛.濟(jì)菏高速公路濕陷性黃土強(qiáng)夯施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006(7)：20-21.

[3]林澤波.填海路基強(qiáng)夯加固設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(8)：37-38.