強夯法在高填方路基施工中的應(yīng)用

汪勝奇

(中鐵八局集團第一工程有限公司，重慶 400053)

1 工程概況

位于春華大道路強夯處理區(qū)域主要集中在K1+380～K1+580，K2+280～K2+380兩段。其中K1+400～K1+580段為拋填土翻挖處理區(qū)，在K1+400～K1+455段右側(cè)緊鄰路基填方邊線有友鄰施工單位活動板房;在K1+580～K1+620右側(cè)110 m外有當(dāng)?shù)剡€建房新都花園居民小區(qū);在K1+480～K1+620段左側(cè)距中線17.5 m有鄰近施工單位臨時圍墻需拆除。按照設(shè)計要求，春華大道K2+280～K2+380段為路基填筑區(qū)，道路沿線填方高度大于20 m時，為降低工后沉降和增加路基整體強度，按照設(shè)計要求采用點夯夯能3 000 kN·m，滿夯夯能500 kN·m進(jìn)行強夯處理，圖1為其中一段高填方路基強夯處理之前準(zhǔn)備工作照。

車輪荷載對路基工作區(qū)的影響隨車輪荷載的增大而加深，在路基工作區(qū)內(nèi)，路基的強度和穩(wěn)定性是保證路面結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性中極為重要的組成部分，如圖2所示的路基應(yīng)力分布圖中，Z為路基深度，P為車輪荷載，車輪荷載引起垂直應(yīng)力σZ與路基土體自重引起的垂直應(yīng)力σB，可見在σZ和σB重疊的區(qū)域中路基受到車輪荷載和土壓力的雙重作用。由此可知，路基中應(yīng)力值等于路基頂面應(yīng)力的深度地方，雖然車輪荷載應(yīng)力影響較小，但路基自重產(chǎn)生的恒載應(yīng)力已經(jīng)相當(dāng)于荷載應(yīng)力，應(yīng)當(dāng)予以高度重視，因此高填方路基下部的壓實度對減小路堤在恒載作用下的固結(jié)變形至關(guān)重要，同時也能減少路面在使用過程中的沉降，保證公路的質(zhì)量安全。但是路基自然沉降時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以達(dá)到設(shè)計要求，如果處理方法不當(dāng)，將會導(dǎo)致路面開裂、塌陷、下沉、變形等多種問題，對路基質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響?，F(xiàn)有靜碾及振動壓路機的施工在客觀上還不能有效的解決不均勻沉降問題，有時即使采取了縱向挖臺階及分層碾壓控制層厚等措施，可由于沉降時間不足，也不能及時有效的解決問題。大量的調(diào)研資料顯示，采用強夯法進(jìn)行高填方路基壓實是最有效的辦法。

圖1 填方路段施工現(xiàn)場

圖2 路基應(yīng)力分布圖

2 強夯法的原理及特點分析

強夯法指的是為提高軟弱地基的承載力，用重錘自一定高度下落夯擊土層使地基迅速固結(jié)的方法，稱動力固結(jié)法，利用起吊設(shè)備，將10 t～40 t的重錘提升至10 m～40 m高處使其自由下落，依靠強大的夯擊能和沖擊波作用夯實土層。強夯法主要用于砂性土、非飽和粘性土與雜填土地基。對非飽和的粘性土地基，一般采用連續(xù)夯擊或分遍間歇夯擊的方法;并根據(jù)工程需要通過現(xiàn)場試驗以確定夯實次數(shù)和有效夯實深度。現(xiàn)有經(jīng)驗表明:在100 t·m～200 t·m夯實能量下，一般可獲得3 m～6 m的有效夯實深度。這是在重錘夯實法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而其加固機理又與它不一樣，這是一種地基處理的新方法。

強夯過后土體會通過以下4個階段使得土體強度持續(xù)提高:

1)夯擊能量轉(zhuǎn)化使得土質(zhì)強制壓縮且伴隨土體震密(表現(xiàn)為土體內(nèi)氣體排出，孔隙水壓力隨之上升);2)部分土體液化或者土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞(表現(xiàn)為原有土體強度降低或者土體的抗剪強度弱化);3)土體排水固結(jié)壓密(表現(xiàn)為土體滲透性能改變，土體裂隙發(fā)展穩(wěn)定，土體強度提高);4)土體內(nèi)部觸變恢復(fù)且伴隨固結(jié)壓實(表現(xiàn)為部分自由水又變成薄膜水，土的強度隨之繼續(xù)提高)。影響強夯效果的因素較多，其中土質(zhì)及其特性是最主要的原因，土體本身的特性在很大程度上影響強夯的質(zhì)量。除此之外強夯能級、夯擊錘、強夯沖擊布點、單點夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)以及間歇時間的影響也不可忽視。因此采用強夯法的主要設(shè)計參數(shù)就包括，確定有效加固深度、夯擊點布置、夯擊能量、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、遍數(shù)間隔時間，根據(jù)這些設(shè)計參數(shù)的要求制定相應(yīng)的強夯處理方案。

3 強夯處理方案及施工控制

3.1 強夯處理方案制定

按照設(shè)計要求在填深大于20 m的路堤和既有拋填土必須進(jìn)行強夯處理。春華大道K1+380～K1+580段拋填區(qū)域在距路床底10.0 m標(biāo)高處、距路床底3.0 m標(biāo)高處分別進(jìn)行強夯，夯擊間距5 m×5 m梅花形布置，點夯夯能3 000 kN·m，滿夯夯能500 kN·m。蘭桂大道K0+000～K0+580段為高填方區(qū)，每填筑7 m高進(jìn)行一次強夯，夯擊間距5 m×5 m梅花形布置，點夯夯能2 000 kN·m，滿夯夯能500 kN·m。強夯梅花形布置點位圖見圖3。對所有強夯區(qū)域，每一遍每一夯點點夯n次，第n次檢驗貫入度與第n－1次貫入度之差是否小于5 cm(n根據(jù)試驗確定)，且土體隆起高度不大于10 cm，若差別較大需加夯次數(shù)，直到兩者貫入度與隆起高度滿足要求。檢驗質(zhì)量以壓實度控制，7 m深度范圍內(nèi)的壓實度要求達(dá)到96%。強夯過程中需進(jìn)行補土，采用推土機平整，壓路機碾壓。

按照設(shè)計要求，在蘭桂大道K0+380臨時涵管上方覆土7 m范圍內(nèi)嚴(yán)禁強夯處理。為降低強夯震動對周邊居民區(qū)、建筑物、已建管涵等的影響，在春華大道K1+380～K1+580段、蘭桂大道K0+360～K0+420段強夯區(qū)域開挖減震溝。減震溝底寬1.6 m，溝深2.0 m，邊坡坡率1∶0.5，如圖4所示。強夯處理工藝流程:施工場地標(biāo)高測定→場地平整→試夯→確定強夯參數(shù)→點夯夯點放線→夯機就位→強夯夯擊→夯坑推平、標(biāo)高控制→滿夯夯擊→地基檢測→驗收合格→進(jìn)入一般路堤填筑。

圖3 強夯梅花形布置點位圖

圖4 減震溝大樣圖

3.2 強夯施工質(zhì)量及安全控制

1)質(zhì)量控制。當(dāng)夯錘即將提升到預(yù)定高度時，稍停一下，停擺之后繼續(xù)提升，直到脫鉤，夯錘下落，每次夯擊時的落錘應(yīng)平穩(wěn)。強夯時，夯點距離中心偏差不能大于10 cm。夯擊中，當(dāng)夯坑底部不平時，及時調(diào)整墊平。雨季施工，夯坑要及時回填，避免坑內(nèi)積水滲入地下影響強夯效果。當(dāng)夯坑和夯擊的場地由于下雨及其他原因有積水時，及時排出積水，一般晾曬2 d～3 d后進(jìn)行強夯施工;必要時換土再夯，以免施打形成橡皮土。

夯坑回填及時，在完成每一夯區(qū)，及時安排推土機回填夯坑，方法是將合格填料用推土機推平，并將夯坑填平到設(shè)計要求標(biāo)高，使坑內(nèi)土體高于周圍土體約10 cm～20 cm，再進(jìn)行滿夯一遍。嚴(yán)格進(jìn)行工序間檢測、檢查驗收，只有上道工序施工質(zhì)量檢查合格后，方可進(jìn)入下道工序的施工。

2)施工安全措施。本強夯處理高邊坡區(qū)域，春華大道主要集中在K1+455～K1+500拋填土處理段，挖深4.3 m ～10.2 m;蘭桂大道主要集中在K0+000～K0+480段路堤邊坡高度21.0 m～47.2 m。強夯處理過程中，邊坡區(qū)域施工安全措施如下:

a.強夯時高邊坡坡腳嚴(yán)禁站人，并在顯眼位置設(shè)置醒目的安全警示標(biāo)語標(biāo)牌。b.強夯時現(xiàn)場管理人員隨時巡視、檢查翻挖土體邊坡、路堤邊坡穩(wěn)定性，對可能出現(xiàn)的開裂、崩塌、滑移、滾石等險情提前預(yù)判、提前處理。c.設(shè)置安全通道，強夯工作面與裝運作業(yè)面相互錯開，嚴(yán)禁上、下交叉作業(yè)，邊坡上方有人工作時，邊坡下方不準(zhǔn)有人停留或通行。d.清理邊坡上凸出的塊石和整修邊坡時，從上而下順序進(jìn)行，坡面上的松動土、石塊必須及時清除。嚴(yán)禁在危石下方作業(yè)、休息和存放機具。e.施工中如發(fā)現(xiàn)拋填土體、路堤邊坡有開裂、滑移、崩塌跡象危及施工安全時，立即停止施工，撤出人員和機具，并報告監(jiān)理單位和建設(shè)單位處理。待險情處理完畢后，方可再次組織機械、人員進(jìn)場施工。f.施工機械靠近路堤邊緣作業(yè)時，要求根據(jù)邊坡高度留有必要的安全距離(距離邊緣2 m以上)，并設(shè)專人指揮，指揮人員不得進(jìn)入機械作業(yè)范圍內(nèi)。強夯施工場景圖見圖5。

圖5 強夯施工場景圖

4 測試結(jié)果

土體受到夯擊作用的影響發(fā)生土體擾動和固結(jié)，通過現(xiàn)場測試的結(jié)果反映出各組土樣夯擊后的干密度比夯前密度大體均大幅度提高。隨著夯擊擊數(shù)的增加，土體的干密度越來越大，這與夯擊數(shù)增加有很大關(guān)系，因為土體固結(jié)夯擊能增加使得土體干密度迅速增加。按照設(shè)計要求，使土體達(dá)到要求的合格密度，現(xiàn)場強夯嚴(yán)格按照方案執(zhí)行使夯擊能達(dá)到相應(yīng)能級。表1的數(shù)據(jù)為現(xiàn)場測試壓實度檢驗報告表，其中顯示了土體在地面以下7 m深度范圍內(nèi)土體的干密度、含水量等信息，可見壓實度達(dá)到合格干密度的要求。

表1 土體壓實度檢驗報告表

工程實施效果說明本工程在深填方區(qū)，采用強夯技術(shù)處理地基能滿足設(shè)計規(guī)定的要求，能有效地對土體進(jìn)行壓實，取得較好的綜合經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

強夯法應(yīng)用到高路堤填筑時在短時間可以有效改善土體的性質(zhì)，針對強夯法用于高填方路基填筑處理，本文從工程實踐中得出以下結(jié)論:1)高填方路基中當(dāng)深度很大時外荷載與地基土壓力在土體中的應(yīng)力對土體不利，必須保證工作區(qū)路基中土的壓實度。2)強夯法用于壓實土體時應(yīng)根據(jù)初始含水率、初始干密度等土體基本情況擬定相應(yīng)的夯擊擊數(shù)、夯錘直徑、夯擊能的方案。3)本工程采用強夯進(jìn)行高填方路基填筑壓實后，通過現(xiàn)場土體壓實度檢驗報告表示土體滿足填筑要求。4)用強夯法施工時應(yīng)該制定相應(yīng)的質(zhì)量控制和安全控制規(guī)程以確保工程的順利實施。

［1］JTJ 017-96，公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JTG B01-2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］張慶國，畢秀麗.強夯法加固機理與應(yīng)用［M］.濟南:山東科學(xué)技術(shù)出版社，2003:10.