強(qiáng)夯法加固處理土石混填路基的施工參數(shù)分析

賀志彬

強(qiáng)夯法加固處理土石混填路基的施工參數(shù)分析

賀志彬

（安陽市恒達(dá)公路發(fā)展有限責(zé)任公司，河南 安陽 455000）

針對(duì)強(qiáng)夯法加固處理土石混填路基壓實(shí)質(zhì)量控制的實(shí)際需要，通過大量的現(xiàn)場強(qiáng)夯試驗(yàn)，采用瑞雷波測試技術(shù)，分析強(qiáng)夯對(duì)路基沖擊壓實(shí)的實(shí)際效應(yīng)和主要影響因素，探討不同的擊實(shí)功和虛鋪厚度與路基密實(shí)程度的相關(guān)關(guān)系，確定強(qiáng)夯的有效加固處理影響深度，并采用動(dòng)力觸探方法對(duì)強(qiáng)夯加固效果進(jìn)行驗(yàn)證分析。在此基礎(chǔ)上，給出該試驗(yàn)路段強(qiáng)夯施工的合理夯擊能和虛鋪厚度等施工參數(shù)，并優(yōu)化強(qiáng)夯施工方案。

強(qiáng)夯；土石混填路基；有效加固深度；瑞雷波；動(dòng)力觸探

在山區(qū)修筑干線公路填方路段多采用土石混合料作為路基填料，由于土石混填路基填方料顆粒粒徑范圍大且難以控制，加之其含水量極不均勻，在實(shí)際工程中，路基施工困難、施工質(zhì)量得不到可靠保證。為了保證施工質(zhì)量和減少工后不均勻沉降，在路基修筑過程中一般采用強(qiáng)夯法施工。

強(qiáng)夯法是建筑工程、水利工程、公路工程地基處理中比較常用的方法之一。趙煉恒等［1］進(jìn)行了土石混填路堤強(qiáng)夯加固的大型現(xiàn)場動(dòng)應(yīng)力測試試驗(yàn)，采用量綱分析結(jié)合選取修正系數(shù)的方法給出了土石混填路堤強(qiáng)夯加固深度的計(jì)算公式。賈學(xué)明等［2］采用測量瑞雷波速度的方法來評(píng)價(jià)強(qiáng)夯加固處治措施的效果，并且應(yīng)用該方法對(duì)部分梁長高速公路的路基壓實(shí)度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。何長明等［3］結(jié)合現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，通過建立強(qiáng)夯土體變形的理論分析模型，得到了夯沉量與孔隙率、壓實(shí)度和夯距的關(guān)系。王金學(xué)等［4］在土石混填路基強(qiáng)夯施工過程中，利用多道瞬態(tài)瑞雷波勘探技術(shù)對(duì)夯擊有效加固深度參數(shù)進(jìn)行了定量測試。王金學(xué)［5］利用多道瞬態(tài)瑞雷波勘探技術(shù)，研究了土石混填路基在進(jìn)行強(qiáng)夯施工的過程中不同夯擊能下的最佳夯擊次數(shù)和最佳夯間距，改進(jìn)了土石混填路基的強(qiáng)夯施工工藝。馬清文等［6］通過大量的現(xiàn)場強(qiáng)夯試驗(yàn)，分別采用瑞利波、動(dòng)力觸探和固體體積率檢測等手段進(jìn)行檢測，得到強(qiáng)夯加固快速檢測評(píng)價(jià)的方法。王清洲等［7］應(yīng)用瑞雷波波速檢測、彎沉檢測、承載板試驗(yàn)等無損檢測技術(shù)對(duì)超大粒徑土石混填路基強(qiáng)夯試驗(yàn)段施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，確定了山區(qū)超大粒徑土石混填路基施工的工程經(jīng)驗(yàn)法施工的參數(shù)和指標(biāo)。宋楊等［8］用多道瞬態(tài)瑞雷波檢測技術(shù)對(duì)土石混填路堤進(jìn)行檢測，確定不同夯擊能的有效加固深度，優(yōu)化了原有土石混填路堤的施工方案。嚴(yán)穩(wěn)平等［9］通過對(duì)3種夯擊能下不同夯點(diǎn)間距和土石比的組合，對(duì)土石混合填筑地基進(jìn)行了強(qiáng)夯試驗(yàn)研究。

為了研究在強(qiáng)夯過程中強(qiáng)夯的夯擊能量和夯擊次數(shù)對(duì)填方路基壓實(shí)效果的影響，分析在不同的夯擊能量時(shí)強(qiáng)夯的影響范圍和有效加固深度，本文在強(qiáng)夯施工的試驗(yàn)段，針對(duì)不同的夯擊能量（或夯擊次數(shù)）和虛鋪厚度，分別在選定的試驗(yàn)點(diǎn)依次進(jìn)行瑞雷波檢測和動(dòng)力觸探檢測試驗(yàn)，對(duì)強(qiáng)夯的加固效果及影響范圍進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，從而為制定合理的強(qiáng)夯施工方案提供技術(shù)依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案

由于施工現(xiàn)場的路基填料來源主要是附近山區(qū)路段挖方段的棄料，其土石比較難控制。根據(jù)現(xiàn)場情況，將石料的最大粒徑以不超過30cm作為主要控制標(biāo)準(zhǔn)。通過選擇有代表性的土石混填路基段作為試驗(yàn)路段進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)，并采用瑞雷波和動(dòng)力觸探分別檢測強(qiáng)夯路段的壓實(shí)效果。

1.1 強(qiáng)夯參數(shù)

試驗(yàn)方案的虛鋪厚度設(shè)定為1.2m和1.5m兩種情況，根據(jù)現(xiàn)場施工條件，選擇使用10t的重錘，落距分別選為8.5m（夯擊能量為850kN·m）和10.5m（夯擊能量為1 050kN·m）。夯點(diǎn)按三角形布置，夯點(diǎn)設(shè)計(jì)間距為3m。試驗(yàn)布置如圖1所示。

圖1 夯點(diǎn)及瑞雷波測線布置示意圖

1.2 檢測手段

采用瑞雷波和動(dòng)力觸探試驗(yàn)對(duì)強(qiáng)夯處理地基的密實(shí)效果分別進(jìn)行檢測。

1.2.1 瑞雷波法。瞬態(tài)瑞雷波法測試原理如圖2所示。選用合適大小的力錘在震源位置進(jìn)行錘擊激發(fā)信號(hào)，通過對(duì)傳感器拾取的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行綜合分析后轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，瑞雷波頻率的不同所對(duì)應(yīng)的波長也不同，其影響深度也不同，反映的是介質(zhì)在不同深度范圍內(nèi)的特性。不同頻率與波長的關(guān)系構(gòu)成了測點(diǎn)位置的頻散曲線，通過對(duì)頻散曲線的分析，確定各分層介質(zhì)的分層界面及對(duì)應(yīng)的波速，再將瑞雷波波速與分層介質(zhì)的物理力學(xué)參數(shù)之間建立相關(guān)關(guān)系，就可實(shí)現(xiàn)基于瑞雷波方法進(jìn)行公路質(zhì)量無損檢測。本次測試采用河南省道路檢測工程技術(shù)研究中心基于虛擬儀器技術(shù)開發(fā)研制的瑞雷波測試系統(tǒng)。

圖2 瞬態(tài)瑞雷波法測試原理示意圖

對(duì)于每個(gè)夯擊點(diǎn)均布置了5個(gè)瑞雷波測試點(diǎn)，相鄰兩個(gè)瑞雷波布置點(diǎn)間距2m，具體布置情況如圖3所示。在現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，對(duì)這些瑞雷波測試點(diǎn)分別在夯擊前、3擊后、5擊后、7或8擊后（夯擊完成后）進(jìn)行了瑞雷波測試，從而確定強(qiáng)夯沖擊影響范圍（縱向和橫向），檢測不同夯擊能對(duì)路基密實(shí)度的作用效果，進(jìn)而做出分析評(píng)價(jià)。

圖3 瑞雷波測點(diǎn)布置示意圖

1.2.2 重型圓錐動(dòng)力觸探。由GB50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》可知，動(dòng)力觸探在巖土勘察中應(yīng)用廣泛，分為輕型、重型和超重型三種。根據(jù)土石混填路基特點(diǎn)，現(xiàn)場選取重型圓錐動(dòng)力觸探，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

嚴(yán)格按試驗(yàn)方法先將圓錐打入土中10.0cm，然后再記錄每貫入10.0cm的錘擊數(shù)作為觸探指標(biāo)，一直貫入到下一層頂面為止。貫入時(shí)使穿心錘沿鉆桿自由落下，觸探桿最大偏斜度不應(yīng)超過2%。打入過程中盡可能連續(xù)錘擊，同時(shí)防止錘擊偏心、探桿傾斜和側(cè)向晃動(dòng)，保持探桿垂直度。

表1 重型圓錐動(dòng)力觸探技術(shù)指標(biāo)

1.3 試驗(yàn)步驟

在不同夯擊能量和夯擊次數(shù)的試驗(yàn)點(diǎn)依次進(jìn)行瑞雷波、固體體積率和動(dòng)力觸探方法進(jìn)行相關(guān)的檢測試驗(yàn)。具體步驟如下：

①虛鋪厚度為1.5m時(shí)，要求場地盡可能平整，以便開展測試工作。首先，選定檢測試驗(yàn)測點(diǎn)，布置瑞雷波檢測線，強(qiáng)夯前先用瑞雷波測試儀進(jìn)行檢測。②選用單擊夯擊能850kN·m的重錘，對(duì)選定的夯擊點(diǎn)進(jìn)行夯擊。3次夯擊后，用瑞雷波進(jìn)行檢測。然后繼續(xù)進(jìn)行夯擊，在第5、7次夯擊后用瑞雷波進(jìn)行檢測試驗(yàn)。在此過程中需及時(shí)測定其每一擊的沉降差，判定其是否滿足相關(guān)要求（最后兩次夯擊的平均沉降差不大于3.5cm），同時(shí)分別用沉降觀測儀、數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)記錄夯擊點(diǎn)周圍的變形情況。如果不滿足相關(guān)要求，則進(jìn)行第八次夯擊，以后每次夯擊之后都要進(jìn)行相關(guān)檢測，直到滿足要求為止。③重復(fù)以上過程，共選擇6個(gè)夯擊點(diǎn)進(jìn)行測試，并選取其中3個(gè)點(diǎn)做標(biāo)記，在沉降差滿足要求后進(jìn)行動(dòng)力觸探試驗(yàn)，并觀察其大粒徑巖石的破碎情況。④選定另外6個(gè)夯擊點(diǎn)，采用單擊夯擊能1 050kN·m進(jìn)行夯擊，步驟如上。⑤虛鋪厚度為1.2m時(shí)，重復(fù)上述步驟進(jìn)行測試。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 瑞雷波法

為了研究不同夯擊能在不同虛鋪厚度情況下對(duì)路基的壓實(shí)效果，在滿足夯擊試驗(yàn)要求的情況下，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，在試驗(yàn)區(qū)第一次的虛鋪厚度為1.5m，分別得到了前6個(gè)夯擊中心點(diǎn)在夯擊能為850kN·m時(shí)和后6個(gè)夯擊中心點(diǎn)在夯擊能為1 050kN·m時(shí)不同深度的平均波速值；在第二次的虛鋪厚度為1.2m，也分別得到了前6個(gè)夯擊中心點(diǎn)在夯擊能850kN·m時(shí)和后6個(gè)夯擊中心點(diǎn)在夯擊能為1 050kN·m時(shí)下不同深度的平均波速值，其測試結(jié)果見表2。

根據(jù)表2的現(xiàn)場測試結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

①對(duì)于同一虛鋪厚度，當(dāng)夯擊能從850kN·m提高到1 050kN·m時(shí)，夯擊后路基不同深度的平均波速整體上都有所增大，增加夯擊能量可以提高路基的壓實(shí)效果。

②當(dāng)虛鋪厚度從1.2m增加到1.5m時(shí)，在同一夯擊能作用下，路基不同深度的平均波速整體上都有所減少，減少幅度大致在15～30m/s?？芍?，虛鋪厚度對(duì)路基的壓實(shí)效果影響較為明顯。

表2 不同夯擊能及虛鋪厚度情況下不同深度處平均瑞雷波波速

③對(duì)于以上4種工況，夯后路基大約在夯坑下2m深度處的平均波速達(dá)到最大值，在4m深度范圍內(nèi)其不同深度處的平均波速基本都能夠達(dá)到300m/s，在6m深度范圍內(nèi)其不同深度處的平均波速值都能夠達(dá)到250m/s以上。理論計(jì)算表明，剪切波速大約為瑞雷波波速的1.1倍，所以夯坑中心點(diǎn)不同深度處平均剪切波速大都超過250m/s。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）所提出的土的類型劃分和剪切波速范圍（見表3），可判定夯后的試驗(yàn)場地都能夠達(dá)到中硬場地土的密實(shí)程度。因此，當(dāng)夯擊能為850～1 050kN·m和虛鋪厚度為1.2～1.5m時(shí)，該路段強(qiáng)夯處理的有效加固深度大致為4～6m。

表3 場地土的類型劃分和剪切波速范圍

④與夯擊能為1 050kN·m，虛鋪厚度為1.5m的情況相比較，當(dāng)夯擊能為850kN·m，虛鋪厚度為1.2m時(shí)，夯坑中心點(diǎn)同一深度處的平均波速都有所增大，最大增幅達(dá)到20m/s。這也表明，大的夯擊能不一定就比小的夯擊能施工效果好，虛鋪厚度對(duì)施工效果也存在著較大的影響。因此，在制定強(qiáng)夯施工方案時(shí)要綜合考慮夯擊能和虛鋪厚度等因素的綜合影響。

由于土石混填路基材料的質(zhì)量差異較大，現(xiàn)場的施工質(zhì)量很難控制。為了保證路基壓實(shí)的施工質(zhì)量，建議采用夯擊能為850kN·m和虛鋪厚度為1.2m的施工方案。

2.2 動(dòng)力觸探法

為了保證試驗(yàn)路段的施工質(zhì)量，在強(qiáng)夯試驗(yàn)完成后，選擇部分夯坑測點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)力觸探測試。對(duì)于夯擊能為850kN·m和虛鋪厚度為1.2m的施工方案，動(dòng)力觸探測試結(jié)果如表4所示。

表4 動(dòng)力觸探現(xiàn)場測試結(jié)果

由表4中的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，圓錐動(dòng)力觸探打入土石混填路基中10cm的錘擊數(shù)均大于10。由《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001可知，強(qiáng)夯段土石混填路基密實(shí)度基本都能夠達(dá)到中密程度，符合路基施工質(zhì)量的相關(guān)要求。

3 結(jié)論

①通過理論分析和現(xiàn)場檢測試驗(yàn)，重點(diǎn)探討了土石混填路基在不同的夯擊能量和虛鋪厚度對(duì)強(qiáng)夯的有效加固范圍的影響。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果，當(dāng)夯擊能為850～1 050kN·m、虛鋪厚度為1.2～1.5m時(shí)，強(qiáng)夯的有效加固深度約為4～6m。②通過采用瑞雷波和動(dòng)力觸探檢測技術(shù)對(duì)強(qiáng)夯效果進(jìn)行現(xiàn)場檢測，并對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，該強(qiáng)夯段宜采用夯擊能850kN·m和虛鋪厚度為1.2m的施工方案。③由于土石混填路基的材料特性非常復(fù)雜，瑞雷波測試技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)土石混填路基壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行有效的檢測評(píng)價(jià)，且簡便易行，快速高效，值得推廣應(yīng)用。

［1］趙煉恒，李亮，何長明，等.土石混填路堤強(qiáng)夯加固范圍研究［J］.中國公路學(xué)報(bào)，2008（1）：12-18.

［2］賈學(xué)明，楊建國.土石混填路基強(qiáng)夯法施工質(zhì)量無損檢測技術(shù)［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（增刊）：945-947.

［3］何長明，李亮.強(qiáng)夯法補(bǔ)強(qiáng)加固土石混填路堤施工參數(shù)的確定［J］.路基工程，2009（1）：65-76.

［4］王金學(xué)，張國杰.土石混填路基強(qiáng)夯施工方案研究［J］.公路，2009（5）：235-239.

［5］王金學(xué).多道瞬態(tài)瑞雷波在土石混填路基強(qiáng)夯施工中的應(yīng)用［J］.公路，2009（2）：74-76.

［6］馬清文，樂金朝，黃江華.瑞利波法在土石混填路基壓實(shí)度檢測中的應(yīng)用［J］.路基工程，2010（2）：103-105.

［7］王清洲，劉淑艷，馬士賓，等.超大粒徑土石混填路基無損檢測技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.公路，2011（1）：192-197.

［8］宋楊，魏連雨，馮雷.高填方土石混填路基夯實(shí)及檢測技術(shù)研究［J］.河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（5）：88-92.

［9］嚴(yán)穩(wěn)平，王鴻運(yùn).土石混合填方地基強(qiáng)夯試驗(yàn)研究［J］.施工技術(shù)，2015（13）：47-50.

Construction Parameters Analysis of Dynamic Consolidation Method Reinforced the Rock-Soil Mixture Embankment

He Zhibin
（Anyang City Hengda Highway Development Co.,Ltd.，Anyang Henan 455000）

In order to ensure the construction quality of the soil and rock mixture embankment,the dynamic consolidation method is applied during the construction of a highway engineering in Anyang.In this paper,the dynamic consolidation mechanism of soil and rock mixture embankment is studied.Based on a large number of on-site dynamic consolidation test and using Rayleigh wave method,the actual compaction effect and main influencing factors of dynamic consolidation on the soil and rock mixture embankment are analyzed,and the relationship between different tamping energy,virtual height of the soil and rock mixture and degree of compaction of embankment is discussed comprehensively.The effective reinforcement range of dynamic consolidation is obtained and the compaction effect is verified by using dynamic penetration method.According to the test results,the reasonable tamping energy and the virtual thickness of the soil and rock mixture embankment were proposed and the original dynamic schemes were optimized.

dynamic consolidation；soil-rock mixture embankment；effective reinforcement depth；Rayleigh wave；dynamic penetration

U416.1

A

103-5168（2017）09-0113-04

2017-08-02

河南省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目（2013K32）。

賀志彬（1962-），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：道路橋梁施工管理。