強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)在高速公路填土路基中的應(yīng)用

易代紅

(湖南環(huán)達(dá)公路橋梁建設(shè)總公司)

1 引 言

強(qiáng)夯法處理路基是 20世紀(jì) 60年代末由法國(guó)Menard(梅納)技術(shù)公司首先創(chuàng)用的。它是將 10～40t的錘從 6～40m的高處自由落下,對(duì)路基土施加很大的沖擊能,從而達(dá)到提高路基土的強(qiáng)度并降低其壓縮性的目的。

強(qiáng)夯法所用設(shè)備簡(jiǎn)單,效果直觀,可適合于房建、橋涵、道路、港口、碼頭、機(jī)場(chǎng)和大型設(shè)備基礎(chǔ)等工程,且具有加固速度快、效果好、投資省的特點(diǎn),是當(dāng)前最經(jīng)濟(jì)而簡(jiǎn)便的地基加固方法之一。

2 強(qiáng)夯作用機(jī)理

強(qiáng)夯法加固機(jī)理研究主要側(cè)重于夯擊能對(duì)路基土所產(chǎn)生的作用及其在路基土體中的傳遞過(guò)程。強(qiáng)夯時(shí)巨大的沖擊能作用于地基土上,在地基土中產(chǎn)生振動(dòng)波。起加固作用的波主要有縱波和橫波。在施行強(qiáng)夯時(shí),重錘由高處自由落下,產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)能作用于地基土,由動(dòng)能變成波能,從震源向深層擴(kuò)散,能量釋放于一定范圍內(nèi)的地基中,使土體得到不同程度的壓密加固。橫波的存在使土體表層松動(dòng),縱波的存在,對(duì)土體起壓密加固作用。

從加固機(jī)理與作用看,強(qiáng)夯法加固路基的機(jī)理按路基土的類(lèi)別可分為動(dòng)力夯實(shí)、動(dòng)力固結(jié)、動(dòng)力置換 3種情況,其共同特點(diǎn)是通過(guò)破壞土的天然結(jié)構(gòu)并達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。強(qiáng)夯夯擊能量所產(chǎn)生的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力在土中傳播,使顆粒破碎或使顆粒產(chǎn)生瞬間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),土體孔隙中的氣體迅速排出或壓縮,孔隙體積減少,從而使路基土形成較密實(shí)的結(jié)構(gòu)。

在本工程中,主要是土內(nèi)空氣排出,使顆粒間孔隙減少,屬于動(dòng)力夯實(shí)。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

承朝高速公路屬燕山地槽與內(nèi)蒙古高原過(guò)渡區(qū),境內(nèi)地形復(fù)雜,山脈縱橫,河流交錯(cuò)。所轄第七合同段全段填土方高度 4～10m,不良地基主要有軟基、地基采空區(qū)、雞爪溝地形地基及半填半挖地基。路基填料為粉砂土、砂性土、碎石土,填土具有孔隙率大,含水量較大等特點(diǎn)。由于該高速公路地處北方,早晚氣候溫差大,風(fēng)砂大,填料含水量不易控制;填土路基易工后下沉、為防止出現(xiàn)路基病害,決定對(duì)K24+250～K31+500段填土高度大于 4m已填至 94區(qū)頂填方段進(jìn)行強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)處理。

3.2 施工工藝

(1)強(qiáng)夯施工參數(shù)

強(qiáng)夯法主要施工參數(shù)有效加固深度、夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、遍數(shù)間隔時(shí)間、夯擊點(diǎn)布置等。

采用強(qiáng)夯法施工時(shí),夯擊能量的確定主要是依據(jù)地質(zhì)條件、施工條件和工程使用要求,目前無(wú)成熟的計(jì)算方法。

在承朝高速公路中,為了防止土基下沉,對(duì)于大于 4m的已填至 93區(qū)頂填方段重新進(jìn)行了強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng);現(xiàn)場(chǎng)選用了W1001型 20t夯機(jī),夯擊采用了點(diǎn)夯和滿夯兩種方式;強(qiáng)夯夯錘重為 18t,夯錘落距為 6m,夯擊能為 1080kN·m;夯錘底直徑為 2.5m,夯擊次數(shù) 7下;夯點(diǎn)布置具體見(jiàn)圖 1所示。

圖 1 夯點(diǎn)布置示意圖

(2)施工步驟及流程

①平整場(chǎng)地,推土機(jī)推平,25t振動(dòng)壓路機(jī)碾壓 2遍。

②測(cè)量放樣,用全站儀放出路基的中線,用白灰實(shí)地標(biāo)出夯點(diǎn)位置。

③測(cè)量場(chǎng)地高程。

④現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定原狀土樣的壓實(shí)度。

⑤起重機(jī)就位,使夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置。

⑥將夯錘起吊到 6m高度,夯錘自由下落,測(cè)量錘頂高程。

⑦重復(fù)上述步驟(4),完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊,做好有關(guān)記錄,同時(shí)檢測(cè)坑內(nèi)壓實(shí)度。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)整夯擊次數(shù)。

⑧換夯點(diǎn),重復(fù)上述步驟(3)～(5),收集數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì),適時(shí)調(diào)整施工工藝。

具體工序流程圖見(jiàn)圖 2所示。

圖 2 強(qiáng)夯施工工序流程圖

3.3 停夯標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家《建筑地基處理技規(guī)范》規(guī)定:當(dāng)單擊夯擊能小于4000kN·m時(shí),最后兩擊的平均夯沉量不大于 5cm;夯坑周?chē)孛娌粦?yīng)發(fā)生過(guò)大隆起;不因夯坑過(guò)深而發(fā)生起錘困難,一般夯擊次數(shù)為 8擊,在本實(shí)例中,夯擊次數(shù)采用 7擊,其余采用上述標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 夯擊效果及數(shù)據(jù)分析

夯擊效果的好壞直接決定方案是否可行,實(shí)際工作中也需要根據(jù)效果好壞來(lái)調(diào)整各項(xiàng)施工參數(shù)。檢驗(yàn)夯擊效果試驗(yàn)方法主要有夯沉量統(tǒng)計(jì)、彎沉值試驗(yàn)、壓實(shí)度試驗(yàn)(或干密度)、承載力和觸探測(cè)試試驗(yàn)等。在本實(shí)例中,為了保證經(jīng)濟(jì)合理,選取了夯沉量和壓實(shí)度兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

(1)夯沉量試驗(yàn)與分析

為了確定適宜的夯擊次數(shù),評(píng)價(jià)夯擊效果,試驗(yàn)中選取了 10個(gè)夯點(diǎn)進(jìn)行夯擊試驗(yàn),并進(jìn)行了夯點(diǎn)沉降量觀測(cè)與記錄,以其平均值夯沉量為縱坐標(biāo),夯擊次數(shù)為橫坐標(biāo),作了沉降曲線,具體如圖 3所示。

圖 3 夯沉量與夯擊次數(shù)曲線圖

從圖上可以看出:①單擊夯沉量有開(kāi)始小再變大又逐漸變小的規(guī)律;②前面幾次夯沉量較大,而后變小;③夯擊次數(shù)達(dá)到 6次以后,平均夯沉量會(huì)小于 5cm。

(2)壓實(shí)度檢測(cè)與分析

實(shí)際工作中,選取 10點(diǎn)進(jìn)行了夯擊前和夯擊后的壓實(shí)度檢測(cè),檢測(cè)采用 φ15cm灌砂筒,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對(duì),具體見(jiàn)表 1。

表 1 夯擊前后壓實(shí)度對(duì)比

結(jié)果發(fā)現(xiàn),路基壓實(shí)度明顯得到了提高,壓實(shí)度值平均提高了 5.0%,夯后壓實(shí)度均超過(guò)了 98%完全符合規(guī)范要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

從試驗(yàn)結(jié)果看出,強(qiáng)夯法對(duì)于 94區(qū)頂填土路基補(bǔ)強(qiáng)取得了很好的效果。目前,路基已交驗(yàn)完畢,未出現(xiàn)下沉,說(shuō)明該法對(duì)防止工后下沉有重要作用,對(duì)類(lèi)似工程具有一定的借鑒意義。但由于巖土體本身的復(fù)雜性和各種工程項(xiàng)目的特殊性,強(qiáng)夯加固效果的評(píng)價(jià)、加固機(jī)理、加固設(shè)計(jì)參數(shù)、夯點(diǎn)的合理布置以及施工質(zhì)量的管理與控制仍然需進(jìn)一步探討。

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