廣西三柳高速公路高填方路堤強夯參數(shù)試驗研究

潘 中 文

(1.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114； 2.廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530022)

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廣西三柳高速公路高填方路堤強夯參數(shù)試驗研究

潘 中 文1，2

(1.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114； 2.廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530022)

依托廣西三柳高速公路高填方路堤工程進行了強夯參數(shù)試驗研究，通過對灌砂法和荷載板法測得的強夯施工前后路基土的壓實度及荷載試驗曲線關系進行研究分析，提出了該高填方路堤段強夯施工參數(shù)，并確定了在夯擊能恒定的情況下，應選擇重錘低落距施工機械組合加固路基。

高速公路，高填方路堤，強夯法

0 引言

強夯法作為一種地基加固方法興起于20世紀60年代，由法國梅那(Menafd)技術公司開創(chuàng)[1]。強夯法于20世紀70年代引入中國，經(jīng)過實地調研于1978年將該技術應用于公路工程。近年來強夯法不僅在地基加固工程中得到廣泛應用，同時鑒于其施工方便、經(jīng)濟效益顯著的特點，強夯法也被廣泛應用于諸如土石混填、紅砂巖、碎石土、粘性土、砂土、濕陷性黃土等高速公路路基加固工程中，且加固效果顯著[2]。

我國在高填方路堤施工中積累了豐富的工程經(jīng)驗，但鑒于巖土體本身的復雜性和高填土路堤施工的特殊性，為提高路基加固工程質量，嚴格控制路基不均勻沉降，使其達到規(guī)范要求，因此需對路基施工段進行強夯試驗，驗證所選定的強夯參數(shù)是否適宜于該路段施工[3]。本文依托廣西三柳高速公路高填方路堤工程，對三柳高速高填方路堤K12+214～K12+285段進行強夯試驗，以獲得強夯施工參數(shù)，從而指導三柳高速工程建設。

1 工程概況

1.1 試驗段工程地質條件

試驗段處于黔中高原向廣西盆地過渡地帶，地貌以丘陵為主，路線經(jīng)過區(qū)域大部分屬構造剝蝕低自緩坡地形，地勢西北高，東南低。K12+214～K12+285段地表為軟塑狀粉質粘土，地下為全～強風化含礫石砂質泥巖。根據(jù)自然地理區(qū)劃，結合該段水文地質鉆探資料以及道路地質調查實測得到的地下水位，確定該試驗段路基最小填土高度為1.7 m，最大填土高度為28 m。

1.2 填料

三柳高速公路建設項目沿線山體部分被切割和穿越，巖性主要為砂礫質泥巖、石英砂巖、千枚巖，深挖路塹段落較多，產(chǎn)生大量土石方，為有效利用土石方，部分路基采用土石混填路基。試驗段的填料主要來自AK0+280和K11+820的挖方土體，土石混填路基(50%<含石量≤70%)，對挖出來的石方進行一定的粒徑控制，控制土石的比例進行填筑。為了保證壓實機械正常工作和壓實效果，每立方米土石混填體積和土方體積不小于50%，要求土石混填路堤路床填料粒徑小于10 cm。石料宜采用不易風化的開山石料填筑，石料抗壓強度不小于20 MPa；土料則為含砂低液限粘性土。

2 試驗設計

2.1 夯點間距及布置形式

強夯技術在我國推廣應用已有30余年，強夯夯點間距主要有兩種，一種是由夯擊能確定，另一種則不論夯擊能大小均取相同夯距；夯點的布置形式除正方形、正三角形外還包括梅花形和長方形等[4，5]。根據(jù)K12+214～K12+285段的工程地質條件，充分考慮高填方路堤填筑材料、強夯施工設備、填筑厚度及經(jīng)濟性等因素[6，7]，選擇正方形布置形式，夯點距為3.5 m×3.5 m。

2.2 夯擊能、錘重及落距

影響廣西三柳高速公路高填方路堤夯實效果的關鍵在于如何選擇強夯機械，所選擇的強夯機械其夯擊能越大則夯實效果越好，但經(jīng)濟性越低。根據(jù)E=Gh，其中,E為夯擊能；G為錘重；h為落距，為確保在夯實效果較好的前提下盡可能提高強夯施工的經(jīng)濟性，因此在試驗段K12+214～K12+285施工中選擇夯擊能1 200 kN·m、錘重10 t及落距12 m及夯擊能1 200 kN·m、錘重12 t及落距10 m的強夯施工參數(shù)組合。

2.3 現(xiàn)場測試

為驗證上述強夯參數(shù)的路基夯實效果，同時研究分析在夯擊能恒定的情況下，比較錘重和落距對強夯效果的影響程度。因此需要對路基強夯前后土體的壓實度、承載能力及變形量進行測試分析。主要進行的測試項目有:

1)強夯前后現(xiàn)場荷載板試驗。

將高填方路堤強夯試驗路段K12+214～K12+285分為試驗段A、試驗段B，在試驗段A和試驗段B各取4個點(A-1，A-2，A-3，A-4，B-1，B-2，B-3，B-4)作為試驗點，分別進行路基土荷載板試驗。其中A-1，A-2試驗點采用夯擊能1 200 kN·m、錘重12 t及落距10 m的強夯施工參數(shù)組合；A-3，A-4試驗點采用夯擊能1 200 kN·m、錘重10 t及落距12 m強夯施工參數(shù)組合；B段試驗點采用夯擊能1 200 kN·m、錘重12 t及落距10 m的強夯施工參數(shù)組合。

2)采用灌砂法對強夯施工前后土體的壓實度進行測定。

在試驗段A，B中取8個試驗點采用灌砂法對強夯施工前后的路基土進行壓實度試驗。

3 試驗結果

3.1 錘重和落距對夯實效果影響程度比較

為研究分析在夯擊能恒定情況下，錘重和落距對夯實效果的影響程度，在A試驗段選擇4個試點，采用荷載板法對夯前夯后的路基承載力均進行了測試。A試驗段強夯施工前后各試驗點p—s的曲線如圖1所示。

從圖1知，采取重錘低落距夯實處理后的路基，其路基承載能力較強，當荷載達到最大值時A-1點和A-2點的累計沉降量平均值為2.35 mm；采取輕錘高落距夯實處理后的路基，則其路基承載力相對較弱，當荷載達到最大值時A-3點和A-4點的累計沉降量平均值為5.01 mm，相較于A-1，A-2點的累計沉降量平均值增大53.1%。由此可見，經(jīng)重錘低落距夯實處理后的路基，其承載力較輕錘高落距強夯處理的路基承載力高。

3.2 強夯對路基土壓實度的影響

采用灌砂法測定了強夯施工前后的路基A，B試驗段8個試驗點的壓實度，測試結果如表1所示。

表1 三柳高速強夯A，B試驗段壓實度變化情況 %

由表1知，強夯前試驗段A、試驗段B土體的壓實度均值為91.2%，而夯后各試驗段土體的壓實度平均值為96.9%，完全滿足規(guī)范要求，同時較強夯前路基壓實度平均增幅達6.00%。由此可見，強夯施工能有效提高路基土的壓實度。

3.3 強夯對路基變形和承載能力的影響

強夯施工前后在B試驗段選取4個試驗點采用荷載板法進行路基承載能力測試，同時測定隨荷載變化的路基土體的沉降量，繪制得到如圖2所示的B試驗段強夯施工前后各點的p—s曲線。

由圖2知，夯前路基的累計沉降變形量s與荷載p基本保持線性關系，即荷載p越大則路基土的沉降量s越大，當荷載p增大到最大值時，夯前路基的累積沉降量s達到10.12 mm，由此可見夯前土體的抗變形能力較弱，在經(jīng)受荷載時路基易出現(xiàn)大幅度沉降現(xiàn)象；強夯后路基土的累計沉降量顯著降低，隨外力荷載p的不斷增大路基的累計沉降量s增長緩慢，當荷載p增大到最大值時，路基的累積變形量s=2.73 mm，僅為強夯處理前路基沉降變形量的0.27倍，由此可見強夯施工可以有效減少路基變形。

為了進一步了解強夯施工對B試驗段路基承載能力的影響，采用式(1)對強夯前后的路基土的壓縮模量分別進行計算，計算結果如表2所示。

(1)

式中：E0——壓縮模量,kPa；p——外加荷載,kPa；μ——路基土的泊松比(取0.19)；d——荷載板的直徑，cm；s——荷載板加壓后路基土的累計沉降量。

表2 B試驗段路基土的壓縮模量變化情況

由表2知，強夯施工前路基土的壓縮模量均值為17.55 MPa，強夯施工后路基土壓縮模量大幅增加，其均值達到47.75 MPa，較強夯施工前提高了2.72倍。由此可見試驗路段B在經(jīng)強夯處理后，其路基承載力顯著提升。

4 試驗結論

通過對三柳高速公路K12+214～K12+285段進行路基強夯加固試驗，可得以下結論：

1)強夯加固路基在三柳高速公路高填方路堤施工中可行，對該路段高填方路堤進行強夯，建議采取以下強夯參數(shù)：夯點布置形式：正方形；夯點間距：3.5 m×3.5 m；錘重：12 t；落距：10 m；夯擊能：1 200 kN·m。

2)在夯擊能恒定為1 200 kN·m時，加大錘重夯實效果優(yōu)于加大落距夯實效果，即在保證夯實效果的前提下應選擇重錘低落距的強夯機械進行夯實，以提高施工經(jīng)濟效益。

3)強夯施工對于高填土路堤加固效果顯著，能大幅提高路基土壓實度及承載能力，減少路基沉降。

[1] 高一峰，柴賀軍，楊建國，等.土石混填路基強夯壓實試驗研究[J].公路交通技術，2003(3):8-11.

[2] 何兆益，周虎鑫，吳國雄.攀枝花機場高填方地基強夯處理試驗研究[J].重慶交通學院學報，2002，21(1):51-55.

[3] 呂秀杰，龔曉南，李建國.強夯施工參數(shù)的分析研究[J].巖土力學，2006，26(9):1628-1632.

[4] 王 劍.強夯在高路堤填筑上的應用[J].公路工程，2001(12):100-101.

[5] 唐 勇.高填路堤填料壓實技術試驗研究[D].西安：長安大學碩士學位論文，2006.

[6] 王建旗.強夯法處理碎石土地基[J].土工基礎，1997(1)：42-45.

[7] 何開兆.深能欽州8.8×10×4 m3，油氣庫地基強夯加固實錄[J].西部探礦工程，2003(8):16-18.

Experimental research on dynamic compaction parameters of Sanliu highway high-filled embankment subgrade in Guangxi province

Pan Zhongwen1,2

(1.SchoolofTrafficandTransportationEngineering,ChangshaUniversityofScience&Technology,Changsha410114,China; 2.GuangxiGuitongEngineeringConsultingCo.,Ltd,Nanning530022,China)

Carries out dynamic compaction parameter testing research according to Sanliu highway high-filled embankment subgrade in Guangxi, studies and analyzes the experimental curve relationship of subgrade soil compaction and load before and after dynamic compaction construction with sand filling method and loading board method, puts forward dynamic compaction construction parameters of the high-filled embankment section, determines the composite reinforced subgrade of dropping hammer construction machinery under eternal dynamic compaction energy condition.

highway, high-filled embankment, dynamic compaction method

1009-6825(2015)30-0126-03

2015-08-15

潘中文(1975- )，男，在讀工程碩士，高級工程師

U416.12

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