淺議強(qiáng)夯處治高填方路基

楊建斌

1 強(qiáng)夯原理及適用范圍

高填路堤一般情況下處于山嶺重丘區(qū),且地形狹窄復(fù)雜多變地段。其一般填土深度較高,分層碾壓有時(shí)機(jī)械不能正常有效作業(yè),致使該處路基穩(wěn)定性程度略低。在外部荷載特別是長(zhǎng)期荷載作用下,填土的沉降變形較大,極易破壞其上路基的穩(wěn)定性并影響行車(chē)質(zhì)量。強(qiáng)夯原理在于通過(guò)重物夯擊對(duì)路基填料施以強(qiáng)大的外部作用力,減小填料的孔隙比,排除填料中孔隙水,降低其含水量;填料在排水固結(jié)后結(jié)構(gòu)得到改善,承載力提高,承受外界荷載時(shí)填料的沉降量較小,從而有力保證了路基的穩(wěn)定性和行車(chē)質(zhì)量。強(qiáng)夯適用于含水量較高的粘性土、濕陷性黃土地基施工,此外還可用于碎石、砂土及人工填筑地基施工。

2 強(qiáng)夯所用機(jī)械設(shè)備

2.1 履帶式起重機(jī)

一般采用起重能力在15 t以上的履帶式起重機(jī),具有行走方便、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。起重機(jī)要有一定的起落高度,多在10 m～15 m。

2.2 夯錘

夯錘通常采用鋼鐵材料制作,現(xiàn)實(shí)施工中普遍用厚鋼板作外殼,內(nèi)部焊接骨架后再澆筑混凝土制成。忻保三標(biāo)路基施工現(xiàn)場(chǎng)地表土為粘性土,設(shè)計(jì)要求錘重 10 t～12.5 t,錘底靜壓力值25kPa～35kPa之內(nèi)。

2.3 自動(dòng)脫落裝置

夯錘可采用兩種落地方法:1)高處脫落,在自重作用力下加速下落;2)不脫落,由起重機(jī)吊鉤適當(dāng)牽引墜落。相比而言,第一種方法夯錘落地速度較快,夯擊效果最好;且夯錘下落時(shí)與起重機(jī)分離,能有效避免損傷起重機(jī),保證施工安全?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中多采用第一種落地方法,設(shè)置自動(dòng)脫落裝置,在重錘起到規(guī)定高度時(shí)自動(dòng)放開(kāi)夯錘。自動(dòng)脫落裝置應(yīng)具備一定的鋼度,確保安全,且要施工靈活,操作方便。

3 施工工藝

3.1 平整場(chǎng)地

夯錘脫落后起重機(jī)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生輕微振顫。由于夯錘較重、提升較高,夯擊設(shè)備整體重心較高,為防止生產(chǎn)中起重機(jī)顛覆,除增設(shè)必要的安全裝置外,還應(yīng)該用推土機(jī)將施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整平處理。

3.2 測(cè)量放樣

首先對(duì)路基中樁進(jìn)行放樣,然后依據(jù)圖紙準(zhǔn)確放出夯點(diǎn)位置,同時(shí)用白灰將夯點(diǎn)標(biāo)記清晰。

3.3 夯點(diǎn)布置及要求

夯點(diǎn)位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形情況,采用三角形、梅花形或正方形布置,夯點(diǎn)間距和夯擊次數(shù)應(yīng)由試夯取得。忻保工地高路堤強(qiáng)夯設(shè)計(jì)處理有兩種:1)基底處理單點(diǎn)夯擊能為2000kN?m,單點(diǎn)擊數(shù)為8擊,夯點(diǎn)間距4 m,主、副夯完成后進(jìn)行全幅滿夯,滿夯能量1000kN?m,單點(diǎn)擊數(shù)1擊。滿夯時(shí)夯點(diǎn)彼此搭接1/4(對(duì)圓夯錘,可按夯錘直徑的1/4進(jìn)行搭接)。2)分層處理單點(diǎn)夯擊能為 1500kN?m,單點(diǎn)擊數(shù)為 6擊,夯點(diǎn)間距 3.5 m,主、副夯完成后進(jìn)行全幅滿夯,滿夯能量800kN?m,單點(diǎn)擊數(shù)1擊。

等腰三角形布置夯點(diǎn),夯點(diǎn)間距為1.8倍錘徑;夯擊分兩遍,第一遍夯擊偶數(shù)編號(hào)的主夯點(diǎn),第二遍夯擊奇數(shù)編號(hào)的主夯點(diǎn),最后滿夯(滿夯夯擊能分別為1000kN?m,800kN?m),滿夯每點(diǎn)一擊,夯點(diǎn)以梅花狀排布,夯痕間以1/4d搭接。

3.4 夯擊

1)起重機(jī)就位,夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置;

2)測(cè)量夯前夯點(diǎn)原地面標(biāo)高;

3)根據(jù)夯擊能和錘重算出夯錘落距。起重機(jī)吊錘,在起重機(jī)傾覆臨界角丈量落距,并用紅油漆畫(huà)出警戒標(biāo)記;

4)將夯錘吊到預(yù)定高度后脫落重錘進(jìn)行夯擊;

5)測(cè)量夯擊后夯點(diǎn)地面標(biāo)高,計(jì)算每錘沉降量,達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)停止夯擊。觀測(cè)時(shí)儀器要遠(yuǎn)離夯點(diǎn),避免強(qiáng)夯引起的振動(dòng)影響測(cè)量效果。

3.5 夯擊標(biāo)準(zhǔn)

各個(gè)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)止夯標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。忻保工地單點(diǎn)夯擊同時(shí)滿足下列1)或2)條件中a,b兩項(xiàng)便可止夯,完成一個(gè)點(diǎn)的夯擊:

1000kN?m(1500kN?m)強(qiáng)夯 。

1)a.同一夯位最后兩擊的平均夯沉量小于10cm;b.單位面積累計(jì)夯擊能大于1000kN?m(1500kN?m)。

2)a.單點(diǎn)夯擊次數(shù)不小于8(6)擊;b.夯坑深度大于60(80)cm;c.重復(fù)以上工序,完成所有夯點(diǎn)夯擊。

4 施工注意事項(xiàng)

1)強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)比路基稍大,忻保工地設(shè)計(jì)強(qiáng)夯范圍為高路堤基底護(hù)坡道之內(nèi)區(qū)域。

2)夯擊產(chǎn)生的振動(dòng)力較大,應(yīng)避免對(duì)附近結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)影響。

3)夯擊時(shí)錘底要保持平穩(wěn),夯點(diǎn)準(zhǔn)確,如錯(cuò)位或坑底傾斜過(guò)大,應(yīng)用砂土或其他透水性材料將坑底整平。

4)為減少工后沉降,確保路基的穩(wěn)定性,對(duì)填土高度大于16 m的路段進(jìn)行強(qiáng)夯處理,路床地面以下每填筑4 m強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)一次。為保證施工質(zhì)量,在正式施工前應(yīng)選取試驗(yàn)段進(jìn)行試夯,以確定最佳夯擊能量、夯擊次數(shù)等指標(biāo),以正確指導(dǎo)施工。

5 強(qiáng)夯施工總結(jié)

山西省忻州—保德段路基橋涵工程第三合同段RK21+395～RK21+470段為高填方路基,最初設(shè)計(jì)采用 2000kN?m,1000kN?m,1500kN?m,800kN?m四種強(qiáng)夯。后因強(qiáng)夯施工周期太長(zhǎng),無(wú)法滿足整體工期要求而變更。變更后僅部分路段采用1000kN?m,1500kN?m 強(qiáng)夯。

強(qiáng)夯施工于基底鋪設(shè)碎石墊層前曾在某一地段進(jìn)行了1000kN?m的點(diǎn)夯,夯錘重12.5 t。從幾個(gè)試夯點(diǎn)來(lái)看,第 1,2擊沉降較大,為18cm～20cm,以后逐漸增加;至第8,9擊時(shí)沉降最小,僅為4cm～6cm,總沉降量有 28cm～35cm。分析認(rèn)為是高填方路堤基底承載力較高,原地地表土松散,需采取強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)夯處理;至第6擊后沉降趨于穩(wěn)定,每擊沉降量5cm～8cm左右,尚達(dá)不到設(shè)計(jì)止夯標(biāo)準(zhǔn)(前后兩擊沉降值差5cm);10擊左右時(shí)夯坑深達(dá)0.5 m～0.7 m,因夯坑過(guò)深起錘困難未再夯擊。鋪筑30cm厚碎石渣墊層后,按變更后的止夯標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)上),基本上6擊便可達(dá)到止夯條件1)。

強(qiáng)夯7 d后從夯擊終止時(shí)的夯面起至其下5 m深度內(nèi),豎向每隔50cm采取土樣進(jìn)行試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)強(qiáng)夯后地表4 m內(nèi)土質(zhì)結(jié)構(gòu)得到了較好的改善,土的孔隙比大大減小,含水量明顯降低,路基基底土的容許承載力增大,超過(guò)上部路基產(chǎn)生的壓力(路基填筑高度約為23 m),按設(shè)計(jì)要求不再采取預(yù)留沉降量。

總而言之,路堤沉降不論地基和路堤都是難免的。試驗(yàn)研究成果表明,高路堤地基沉降在路基施工結(jié)束時(shí)基本完成,而堤身的沉降則要在施工結(jié)束后緩慢完成,且路堤越高沉降時(shí)間越長(zhǎng)。過(guò)去大多預(yù)留沉降量使路堤沉降后仍能符合設(shè)計(jì)要求高度,但高速公路縱坡要求嚴(yán)格,不可能由于預(yù)留沉降量使路面縱坡在短距離內(nèi)起伏變化,也不可能在其沉實(shí)后再調(diào)整路面高度,沉降量的調(diào)整難度相當(dāng)大,因此不采取沉降量,要在施工填筑過(guò)程中,嚴(yán)格控制分層填筑的厚度,填料的強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到要求,壓實(shí)度達(dá)到壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn),做好施工計(jì)劃,對(duì)高填方路段提早施工,或采取強(qiáng)夯手段等有效措施,可使其快速自然沉降,盡量減少工后沉降量。

[1] 付曉光,薛相濤,閆小兵.強(qiáng)夯技術(shù)在濕陷性黃土路基施工中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(8):302-303.