強(qiáng)夯法在公路工程路基處理中的應(yīng)用研究

田 輝

(衡水市交通局公路管理處)

強(qiáng)夯法又稱動(dòng)力固結(jié)法,是將一個(gè)重錘(一般為 10～40t)從高處(10～40m)自由下落,對(duì)路基土進(jìn)行強(qiáng)力夯擊,施加很大的沖擊和振動(dòng)能,使其達(dá)到密實(shí)的方法。作用機(jī)理為:利用夯擊能對(duì)路基施加強(qiáng)大的沖擊力,在路基土中形成沖擊波和動(dòng)應(yīng)力,使填方骨料位移以及骨料聯(lián)結(jié)處部分顆粒擠碎后填隙,使路基土壓密和振密,以加固路基土,達(dá)到提高強(qiáng)度、降低壓縮性等目的。同時(shí)夯擊能還可提高土層的均勻程度,減少可能出現(xiàn)的差異沉降。

衡水市區(qū)西出口道路改造工程,采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),是我市的一項(xiàng)國(guó)慶獻(xiàn)禮工程,工期較緊,其中趙圈東至小辛集段(K141+020～K147+910)改造方案為在原有公路基礎(chǔ)上兩側(cè)加寬改建,填土深度為 3～10m,如用傳統(tǒng)的分層填筑碾壓的方法,將極大的影響工期,致使國(guó)慶前項(xiàng)目不能完工,還可能會(huì)造成路基的不均勻沉降,綜合考慮政治、經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量等因素決定采用強(qiáng)夯法處理此段路基。

1 施工準(zhǔn)備

(1)強(qiáng)夯錘錘重一般為 10～40t,其底面形式宜采用圓形,錘底面積宜按土的性質(zhì)確定,錘底靜壓力值可取 25～40kPa。錘的底面宜對(duì)稱設(shè)若干個(gè)與其頂面貫通的排氣孔。

(2)起重設(shè)備宜采用帶自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)或其他專用設(shè)備。采用履帶式起重機(jī)時(shí),可在臂桿端部設(shè)置輔助門架,或采取其他安全措施,防止落錘時(shí)機(jī)架傾覆。起重能力應(yīng)大于夯錘重量的1.5倍。

(3)強(qiáng)夯前要查明場(chǎng)地范圍內(nèi)地下構(gòu)造物和管線的位置及標(biāo)高,并采取措施,防止因夯擊施工造成損壞。由于強(qiáng)夯產(chǎn)生的噪音與振動(dòng)可能對(duì)周圍建筑物或附近居民造成影響,故強(qiáng)夯點(diǎn)距建筑物安全距離一般應(yīng)大于 50m;當(dāng)小于50m時(shí),應(yīng)在建筑物附近 10m處挖寬 1m,深度超過(guò)被影響建筑物基礎(chǔ)深度的減振溝,以避免或減小強(qiáng)夯沖擊波對(duì)建筑物的影響。施工盡可能選在白天,盡量錯(cuò)開(kāi)午休和晚間休息時(shí)間,以最大限度減少擾民。

(4)雨期施工周邊要挖好排水溝,防止路基表面積水。

(5)在正式施工前應(yīng)進(jìn)行試夯,試夯區(qū)平面尺寸不應(yīng)小于 100m×10m。通過(guò)試夯和測(cè)試,確定強(qiáng)夯施工的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù),制定強(qiáng)夯施工方案。

(6)測(cè)量放線,定出強(qiáng)夯路基邊線。

(7)主要作業(yè)人員要經(jīng)過(guò)安全培訓(xùn),并接受了施工技術(shù)交底。

2 施工技術(shù)要求

(1)有效加固深度既是選擇路基處理方法的重要依據(jù),又是反映處理效果的重要參數(shù)?？梢愿鶕?jù)梅那經(jīng)驗(yàn)公式確定強(qiáng)夯加固深度,即

公式:H為加固深度,m;w為錘重,kN,h為錘的落距,m,a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),其值 0.4～1.0之間,黃土是 0.3～0.4,粘土為0.4～0.5,砂性土為 0.5～0.8。強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)從起夯面算起。

(2)強(qiáng)夯法夯擊過(guò)程為先對(duì)有一定間距的單點(diǎn)(主夯點(diǎn))進(jìn)行夯擊,后對(duì)整個(gè)場(chǎng)地挨點(diǎn)滿夯。單點(diǎn)間距一般為1.5～2.5D(D為錘底直徑),呈正方形、梅花形和等邊三角形布置,必要時(shí)用白灰畫(huà)格施工。滿夯為挨點(diǎn)錯(cuò)位相切。

(3)夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)路基土的性質(zhì)試驗(yàn)確定,一般情況下不應(yīng)低于 2遍,最后再以低能量夯擊 1遍。兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時(shí)間間隔,間隔時(shí)間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間。對(duì)砂性土,孔隙水壓力的峰值出現(xiàn)在夯完后的瞬間,消散時(shí)間只有 2～4min,故對(duì)滲透性較大的砂性土,兩遍夯間的間歇時(shí)間很短,亦即可連續(xù)夯擊。對(duì)粘性土,由于孔隙水壓力消散較慢,故當(dāng)夯擊能逐漸增加時(shí),孔隙水壓力亦相應(yīng)地疊加,其間歇時(shí)間取決于孔隙水壓力的消散情況,一般為 21～28d。最后一遍夯沉量不大于 50mm,且夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過(guò)大的隆起(一般不超過(guò)30cm)。

(4)強(qiáng)夯應(yīng)根據(jù)施工組織能力分段進(jìn)行,順序宜從路基邊緣夯向中心。

(5)土的天然含水量應(yīng)接近最佳含水量,范圍宜在最佳含水量+1%、-2%之間。

(6)路堤填土高度小于 1m時(shí),可直接填筑土方后強(qiáng)夯;路堤填土高度在 1m以上時(shí),地表應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)夯處理至少1遍;強(qiáng)夯法每層松鋪填土厚度不宜大于 2m。

(7)強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)大于路堤設(shè)計(jì)寬度,每邊超出設(shè)計(jì)的寬度不宜小于 1m。除設(shè)計(jì)路堤超寬填筑外,其余土方應(yīng)用于路基頂層、石灰土底基層等處。

3 施工步驟

(1)清理并平整施工場(chǎng)地,并測(cè)量路基高程。

(2)起重機(jī)就位。

(3)將夯錘起吊到預(yù)定高度,待夯錘脫鉤自由下落后,放下吊鉤,落錘應(yīng)保持平穩(wěn),夯位應(yīng)準(zhǔn)確。

(4)按規(guī)定的控制標(biāo)準(zhǔn),完成第一遍。

(5)用推土機(jī)整平路基,并測(cè)量高程。

(6)按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù),并測(cè)量夯后路基高程,夯前路基高程與夯后路基高程之差即為夯沉量。

(7)填筑上層土方,按上述步驟逐次完成該層夯實(shí)。

(8)路堤頂下至少兩層(每層一般為20cm),采用分層碾壓。

4 質(zhì)量控制與檢測(cè)

施工前應(yīng)檢查夯錘重量、尺寸,落距控制手段,排水設(shè)施及路基的土質(zhì)、含水量。施工中應(yīng)檢查落距、夯擊遍數(shù)、夯點(diǎn)位置、夯擊范圍。路堤強(qiáng)夯施工后按夯擊遍數(shù)和夯沉量進(jìn)行控制。

必須保證路堤頂下至少兩層(每層一般為 20cm)檢測(cè)壓實(shí)度,并符合規(guī)范要求。路堤頂面必須按規(guī)范規(guī)定的壓實(shí)度和彎沉值等檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行控制。

該項(xiàng)目強(qiáng)夯完成后進(jìn)行檢測(cè):平均夯沉量 4.2cm符合技術(shù)要求(不大于5cm),分層碾壓后各層壓實(shí)度均達(dá)到了96%以上,彎沉值低于 291.1,由此可見(jiàn),壓實(shí)度、彎沉等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

強(qiáng)夯法是路基處理的重要方法之一,因其施工簡(jiǎn)單,費(fèi)用低,可適用于很多工程,但強(qiáng)夯法也存在著諸如設(shè)備移動(dòng)不方便,檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。因此必須根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行具體分析,并采取有效的措施以確保工程質(zhì)量。

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