淺談強(qiáng)夯置換法在處理粉煤灰路基中的應(yīng)用

張照新

（蘭州市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730030）

1 工程背景

濱河路西延段工程位于蘭州市西固區(qū)，全長(zhǎng)11 km，是沿黃河南岸拓開的一條城市主干道，對(duì)緩解蘭州市東西交通擁擠現(xiàn)狀、改善蘭州市投資環(huán)境具有深遠(yuǎn)的歷史意義，被稱為蘭州市的西大門，同時(shí)也是40 km黃河風(fēng)情線的重要組成部分。

由于受地理?xiàng)l件的限制，同時(shí)也受到黃河過水?dāng)嗝娴闹萍s，該工程從K1+300～K2+300長(zhǎng)約1km的路段占用了蘭州市西固熱電廠的沉淀池，但池內(nèi)現(xiàn)存粉煤灰的厚度約深3～4 m，且含水量基本飽和，利用沉淀池粉煤灰直接作為路基的軟基處理實(shí)屬罕見，對(duì)粉煤灰及飽和土處理方案，著實(shí)需認(rèn)真研究。

2 方案的選定

2.1 采用換填的方法

如果采用挖除沉淀池內(nèi)的粉煤灰，利用性能較好的砂型材料回填，需挖除粉煤灰15.75萬m3，同時(shí)需要換填土方15.75萬m3，由于沉淀池段地處黃河邊，土源緊缺，土源必須從10 km以外的地方外借，且廢棄粉煤灰運(yùn)距達(dá)11 km，完成這次工程需要投資約700多萬元。

2.2 采用強(qiáng)夯置換的方法

如果采用強(qiáng)夯置換的方法，即用強(qiáng)夯的方法，強(qiáng)行將砂礫土夯入已沉淀的粉煤灰或飽和土內(nèi)，排開和置換粉煤灰和軟土，在夯點(diǎn)位置形成直徑大于錘直徑的砂石柱體，與夯間土共同形成復(fù)合地基，初步概算需投資約550萬元。

2.3 兩種方案的比較

（1）節(jié)約投資方面，采用強(qiáng)夯置換可節(jié)約投資150萬元；

（2）工程質(zhì)量方面，兩種方案均可滿足工程地基承載力的要求；

（3）施工工期方面，如果利用挖除粉煤灰換填的方法，約需要60 d時(shí)間，如果采用強(qiáng)夯置換的方法，6臺(tái)吊車同時(shí)作業(yè)，僅需30 d；

（4）環(huán)保方面看，如果采用換填，廢棄的粉煤灰外運(yùn)和堆放以后，由于蘭州地區(qū)四季刮風(fēng)，對(duì)環(huán)境將造成很大的污染。

為此，經(jīng)該工程的業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位共同商定，決定采用強(qiáng)夯置換的施工方法。

3 強(qiáng)夯置換施工方法

3.1 路基處理深度的確定

3.1.1路基作業(yè)工作區(qū)深度

式中：ρ=車輪荷載=1/2（后軸重）=1/2×130=65 kN；

K—系數(shù)，K=0.5；

γ—土的重度，γ=14 kN/m3；

n— 系數(shù)，n=10。

3.1.2路基換算成路基土層的當(dāng)量厚度Ze

式中：n1—路面厚度，n1=0.65 m；

m—開方指數(shù)，多層系數(shù)路面m=2.5；

E1—路面材料回彈模量，E1=60 MPa；

E2—路基土回彈模量，E2=14 MPa。

3.1.3路基處理深度Z

根據(jù)上述結(jié)果，路基處理深度大于2.0 m以上便可滿足要求。

3.2 路基強(qiáng)夯置換處理的試夯方案

3.2.1夯點(diǎn)布置

初步設(shè)計(jì)夯點(diǎn)布置呈正三角形，夯點(diǎn)間距為3.0 m，見圖 1。

3.2.2試夯方法

（1）夯錘采用圓形，錘重10 t，直徑為1.2 m，單擊夯擊能量1 500 KJ；

圖1 夯點(diǎn)及試驗(yàn)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

（2）主夯點(diǎn)分兩遍完成，并逐級(jí)記錄夯坑深度，當(dāng)夯坑深度發(fā)生起錘困難時(shí)，可向夯坑填入天然級(jí)配砂卵石，觀測(cè)并記錄每擊的夯沉量及填料數(shù)量，再重復(fù)夯擊，直至滿足規(guī)定的擊次控制標(biāo)準(zhǔn)完成一個(gè)墩體的夯擊；

（3）完成主夯后，鋪設(shè)砂石墊層50 cm，然后采用1 000 KJ夯擊能滿夯拍平，每點(diǎn)三擊；

（4）墩體及墊層采用天然級(jí)配砂卵石，粒徑大于300 mm的顆粒不宜超過總重的30%，含泥量小于10%；

（5）試夯采用20 m×20 m=400 m2的范圍。

3.2.3試夯結(jié)果

從試夯來看，夯擊數(shù)不小于16擊，最后兩擊的夯沉量不大于10 cm，累計(jì)夯沉量大于3.5 m，每夯擊點(diǎn)填入砂石量不小于12 m3，砂石墩體置換率50%。

4 檢測(cè)

強(qiáng)夯置換區(qū)的檢測(cè)主要委托甘肅地基基礎(chǔ)有限責(zé)任公司實(shí)施。試夯與檢測(cè)工作于2003年9月6日開始，2003年9月20日結(jié)束，共完成試夯點(diǎn)16個(gè)，原位靜載試驗(yàn)4個(gè)點(diǎn)次（其中試夯區(qū)夯實(shí)砂石墩體3點(diǎn)位，粉煤灰層內(nèi)1點(diǎn)），動(dòng)力觸探孔8個(gè)（4點(diǎn)位于夯實(shí)砂石墩體，3點(diǎn)位于墩體之間，1點(diǎn)位于粉煤灰內(nèi)），土基回彈模量做了4個(gè)點(diǎn)，并進(jìn)行了土路基壓實(shí)度檢測(cè)。

4.1 現(xiàn)場(chǎng)開剖

現(xiàn)場(chǎng)開剖主要檢測(cè)砂石柱體的直徑，置換深度及置換率等，現(xiàn)場(chǎng)開剖試夯點(diǎn)兩個(gè)，檢測(cè)得到砂石柱體的直徑平均達(dá)到2.15 m，深度平均2.7 m，置換深度大于2 m，置換率達(dá)到50%。

4.2 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，即用千斤頂加荷，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力計(jì)測(cè)定荷載，強(qiáng)夯成套機(jī)械設(shè)備作為主力裝置，百分表測(cè)讀沉降，加荷分級(jí)，沉降測(cè)讀時(shí)間及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)等試驗(yàn)要點(diǎn)均執(zhí)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）附錄C的有關(guān)規(guī)定。

靜載試驗(yàn)的三個(gè)點(diǎn)的承載能力結(jié)果為：490 kPa、365 kPa、420 kPa，平均值為 425 kPa，滿足地基承載力的要求。

4.3 變形模量E0的確定

用靜載試驗(yàn)確定變形模量E0，一般取靜載力試驗(yàn)Q-S關(guān)系曲線的直線段，用以下公式計(jì)算：

式中：u—地基承載力泊松比，碎石取0.25，粉土取0.3；

B—承壓板的厚度；

Q、S—直線段內(nèi)相應(yīng)荷載及沉降。

根據(jù)計(jì)算，砂石墩的變形模量為40.2 MPa、30 MPa、34.54 MPa，平均值為35 MPa，粉煤灰變形模量為10 MPa。

4.3.1動(dòng)力觸探

根據(jù)實(shí)測(cè)單孔動(dòng)探擊隨深度變化曲線及觸探擊數(shù)N63.5統(tǒng)計(jì)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果，經(jīng)強(qiáng)夯置換處理后夯間的觸探擊數(shù)達(dá)13次，擠密效果明顯。

4.3.2地基回彈模量

土基回彈模量（Ee）按下式計(jì)算：

式中：P—承壓板上的單位壓力（kPa）；

L—相應(yīng)該級(jí)壓力回彈變形（加壓讀數(shù)—卸壓讀數(shù)）；

D—承壓板直徑（cm）；

u—土的泊松比，卵石u=0.25，粉煤灰u=0.30。經(jīng)上述公式計(jì)算，地基的回彈模量為57.1 MPa。

4.3.3壓實(shí)度檢測(cè)

強(qiáng)夯完成后，對(duì)路基的壓實(shí)度取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，其中2個(gè)點(diǎn)位于砂石墩體上，3個(gè)點(diǎn)位于粉煤灰上，平均壓實(shí)度大于95%以上，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論及體會(huì)

經(jīng)實(shí)地檢測(cè)，置換深度、砂石墩體外觀、地基承載力、變形模量、回彈模量、地基壓實(shí)度均滿足《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTJ59-95）規(guī)定，滿足城市主干道地基處理的有關(guān)要求。

綜上所述，利用強(qiáng)夯置換法對(duì)松散土地基及飽和土軟基的處理提供了新的思路，對(duì)濕陷性黃土地區(qū)軟基處理提供了新的依據(jù)。

[1]GB50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTJ59-95,公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程[S].