強夯置換法在島狀凍土特殊路基處理中的應用

趙福寧，趙雨軍

(中鐵十五局集團第七工程有限公司，河南洛陽 471002)

1 工程概況

內(nèi)蒙古省道203線一級公路位于呼倫貝爾市，所在區(qū)域為連續(xù)多年凍土與季節(jié)凍土的過渡帶，屬于大小興安嶺高緯度凍土帶，是古代冰河期轉(zhuǎn)為間冰期的產(chǎn)物，形成于第四紀冰川氣候時代。ADTJ-06標段全長17 km，軟基3.94 km。本線路沿途存在濕地及季節(jié)性凍土地段，夏季濕地積水、土壤飽水會形成軟弱路基病害，冬季大范圍結(jié)冰則形成路基凍脹病害，屬典型的嚴寒地區(qū)特殊路基。凍土多呈島狀零星地分布于融區(qū)中，多見于沼澤區(qū)的塔頭草或泥巖層下，特別是在山區(qū)背風坡處和陰坡處。島狀凍土面積不大，含冰量大［1］。

該線路地處高寒地區(qū)，緯度47°～53°，施工期短，只有5月至9月能施工，年平均氣溫－1.5℃。地貌主要是草原、林地和農(nóng)田，地下水位偏高，濕地、塔頭、水甸地段非常多，該地區(qū)公路施工中特殊路基處理得當與否影響著公路的使用壽命。

K101+400—K101+900，K109+550—K110+180，K116+655—K116+810三段巖性為沼澤沉積和湖泊沉積的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和軟塑～流塑黏性土等，黑灰色、灰色，強度低。島狀凍土厚度一般為0.5～3.5 m。地表水豐富、水草茂盛，土體中腐植質(zhì)含量大。由于地表水較發(fā)育，地下水埋深較淺，路段內(nèi)的軟弱土體含水量大，呈軟塑狀態(tài)、力學強度低、具高壓縮性和蠕變性，工程地質(zhì)性能較差。需要對其進行加固處理。

2 強夯置換法施工

強夯置換法在呼倫貝爾市公路特殊路基施工中首次使用，是高寒地區(qū)針對島狀凍土施工的一個新措施。K101+400—K101+900等三段地質(zhì)條件比較復雜，島狀凍土較多。原設計用片石拋填或挖換，如果采用拋石擠淤，凍土層會發(fā)生溶沉對整個路基的質(zhì)量產(chǎn)生影響，而挖除凍土工期長施工難度大。通過對凍土路基融沉機理研究后決定采用強夯置換法。

強夯置換區(qū)段島狀凍土的上限在1.0～1.7 m，下限在2.5～4.5 m，厚度為1.5～3.5 m。凍土層較薄，埋深較淺，處于退化階段，極不穩(wěn)定［2］。島狀多年凍土處理前工程地質(zhì)剖面見圖1。

圖1 島狀凍土工程地質(zhì)剖面

2.1 施工工藝

強夯置換法施工前消除地表草皮將原地面50 cm范圍內(nèi)軟弱土層挖除，然后拋填厚1.0～1.5 m片石形成工作面，布點鉆孔至傳力層后，通過強夯形成片石墩對地基進行加固處理，樁徑1 m，處理深度7 m［3］，見圖2。要求強夯樁體穿透地基下部凍土、軟土層，形成片石支撐墩。強夯結(jié)束后鋪設3層土工格柵，每層土工格柵上面填鋪30 cm厚天然級配砂礫。每次夯擊前均應采用片石回填夯坑?；靥钇讲淮笥?5 cm，采用不易風化的片石，強度不小于4級［4］。

圖2 強夯置換剖面(單位:cm)

施工時采用了點夯與滿夯結(jié)合的方式，點夯夯能為3 000 kN·m，每個夯擊點總夯擊不小于10次，一般在13次左右，具體根據(jù)現(xiàn)場試夯確定次數(shù)。點夯完成后進行滿夯，滿夯夯能為1 000 kN·m，夯擊3遍。點夯采用直徑1.2 m夯錘，錘重為17.5 t;滿夯采用直徑2.0 m 夯錘，錘重為 12 t［5-7］。

2.2 施工步驟

1)清理并平整施工場地，表土松軟鋪設一層厚度為1.0～1.5 m的片石施工墊層。

2)標出夯點位置，并測量場地高程。

3)起重機就位，夯錘置于夯點位置。

4)測量夯錘距離地面高差，根據(jù)錘重計算夯擊能。

5)夯擊并逐擊記錄夯坑深度。當夯坑過深而發(fā)生起錘困難時停夯，向坑內(nèi)填料直至與坑頂平，記錄填料數(shù)量，如此重復直至滿足規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準，完成一個墩體的夯擊。

6)按照路基中線由內(nèi)向外，隔行跳打原則完成全部夯點的施工。

7)推平場地，用低能量滿夯，將場地表層松土夯實，并測量夯后場地高程。

8)強夯結(jié)束后鋪設3層土工格柵，每層土工格柵上面填鋪30 cm厚天然級配砂礫，并分層碾壓密實。

3 施工質(zhì)量控制要點

強夯置換施工時應注意以下幾點:①片石墩必須穿透地基下部凍土、軟土層;②最后兩擊平均夯沉量＜5 cm;③夯坑周圍地面不發(fā)生較大隆起，滿夯錘印搭接不小于1/4錘徑;④墊層材料粒徑≤5 cm，含泥量不超過5%;⑤土工格柵搭接長度≥20 cm，上、下層接縫錯開鋪設，錯開長度＞50 cm。土工格柵采用單向型聚乙烯格柵，拉伸屈服強度≥60 kN/m。

4 結(jié)語

島狀凍土段特殊路基采用強夯置換法處治后，由于置換材料采用天然片石，起到阻斷毛細水上升的作用，防止了路基凍脹及鹽對路面結(jié)構(gòu)層的腐蝕。從觀測結(jié)果來看，經(jīng)該方法處治后島狀凍土路基具有強度高、凍脹系數(shù)小、地基土固結(jié)迅速、側(cè)向變形范圍小等特點。在施工過程中具有施工機械簡單、施工速度快、質(zhì)量容易控制、檢測方法簡單的優(yōu)點。值得類似工程借鑒。

［1］楊潔銘，楊平.凍土凍漲融沉的研究進展［J］.南京林業(yè)大學學報:自然科學版，2004，28(4):105-108.

［2］王鐵宏.新編全國重大工程項目地基處理工程實錄［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［3］水偉厚.沖擊應力與10 000 kN·m高能級強夯系列試驗研究［D］.上海:同濟大學，2004.

［4］王鐵宏，水偉厚，王亞凌，等.強夯法有效加固深度的確定方法與判定標準［J］.工程建設標準化，2005(3):27-38.

［5］徐華軒，范強慧.京滬高速鐵路某路段強夯置換碎石墩地基加固工藝的試驗研究［J］.鐵道建筑，2009(7):125-127.

［6］侯蕓.季節(jié)性冰凍地區(qū)土基凍脹力的理論計算研究［D］.哈爾濱:哈爾濱建筑工程學院，2000.

［7］徐玉勝，趙有明，高明顯.強夯置換法處理軟土地基的模型試驗研究［J］.鐵道建筑，2011(1):77-80.