探究高速鐵路軟土地基的拋填片石和強夯施工工藝

郭亞明

摘要：隨著國民經(jīng)濟發(fā)展的發(fā)展，為滿足人民更快捷更舒適更環(huán)保的出行需求，自2004年以來我國對高速鐵路的建設不斷加強，特別是黨的十九大發(fā)出了從交通大國向交通強國邁進的號令，高速鐵路將在國家交通網(wǎng)中日益呈現(xiàn)骨干作用。高鐵的技術(shù)標準對路基工后沉降提出了嚴苛要求，使得在高鐵施工過程中軟土地基的處理成為了保證各項技術(shù)指標的重中之重。選擇合適的軟土地基施工工藝以滿足工后沉降標準，確保高鐵安全高效運行，使旅客生命與財產(chǎn)安全得到保障。因此，本文主要探討高鐵施工中軟土地基處理的拋填片石和強夯施工工藝。

【關(guān)鍵詞】高鐵施工；軟土地基；拋填片石和強夯；施工工藝

隨著人們生活水平不斷提高，高鐵的快速舒適環(huán)保的優(yōu)勢得到人們的廣泛推崇，其成為人們辦公與旅行的重要方式。就當前而言，我國也在積極地建設與推銷高鐵，不僅對國民經(jīng)濟發(fā)展強力助推，更滿足了人民對美好生活的需要。速度快、運行平穩(wěn)是高鐵運輸?shù)闹饕獌?yōu)勢，而其之所以能運行平穩(wěn)主要是對路基工后沉降量的嚴格控制，特別是針對軟土地基采用適合的處理工藝具有重要的意義，本文將重點介紹高鐵施工中軟土地基（魚塘、湖濱等）采用拋填片石和強夯結(jié)合的施工工藝。

1.拋填片石與強夯的加固機理以及力學模型分析

1.1 拋填片石的加固機理

拋填片石是路線通過魚塘等軟土地基時作為淺層處理的常用方法，利用高強度和耐風化的石材提高路基強度并將線路上部荷載傳遞至軟弱地基，使原地基中承受應力減至允許承載范圍內(nèi)。

1.2 強夯的加固機理

強夯法以利用大沖擊動能作用于地基上或路堤本身，使受沖擊范圍產(chǎn)主較大瞬時沉降，一般可使土壤中孔隙減少60%，具體夯點的沉降量達l米左右，強度可提高2～3倍。

1.3 強夯的力學模型分析

強夯的力學模型按動力固結(jié)理論模型理解，具體從三個方面來解釋：一是土體可壓縮問題：由于土中有機物的分解，土中總存在一些微小氣泡，其體積占整個體積的1～3%，最多可達4%。二是變孔徑問題：夯擊能主要轉(zhuǎn)換成波的形式往土中傳遞，使土中的應力場重新分布。三是彈簧常數(shù)問題：土顆粒周圍的結(jié)合水具有部分固體的性質(zhì)，由于振動或溫度上升，而使部分弱結(jié)合水變成自由水，因而使土的強度降低。

2.拋填片石與強夯結(jié)合的設計

2.1 工程概況

本文以我國第一條高鐵試驗線——秦沈客運專線A21標段為例，該標段路基工程位于沈陽市與新民市交界處，系屬遼河下游沖積平原，地面相對高差變化不大。整體呈西低（溝幫子）東高（沈陽），線路路基均設在稻田地上，穿越四處大魚塘、百余條排灌渠，全部路基和結(jié)構(gòu)物均座落在軟弱和軟土地基上。特別是其中的DK403段，該段線路以填方通過魚塘，魚塘水深2.17—6.05m，淤泥厚0.4～0.6m。地質(zhì)情況為：自原地面起上層7.5—8.5m為砂粘土，基本承載力為0.1MPa左右，下層依次為7.5m中砂，3m砂粘土、礫砂。設計采用拋填片石對魚塘底部擠淤和對拋填片石段路基進行強夯處理相結(jié)合，先采用拋填片石將魚塘底部淤泥擠出路基范圍，再通過強夯對所拋填的片石路基進行擠壓密實。累計拋填片石113436m3，片石強夯面積實際為12012m2，片石上鋪0.3m厚的碎石墊層。

2.2強夯的深度檢算

項目部技術(shù)人員按照圖紙設計要求的夯錘自重10t、自由落體高度15m計算，動能作用深度可以8米左右，完全滿足對路基拋填片石部分和魚塘底部土層的加固作用。

2.3 夯擊遍數(shù)及間歇時間

在夯點試驗時根據(jù)拋填厚度和基地土壤承載力情況確定了夯擊遍數(shù)，按照每次夯擊沉降量確定了采用先點夯兩遍再滿夯一遍，并根據(jù)孔隙水壓力消減將兩遍之間的時間差確定為15天。

2.4 片石選用、加固范圍及夯點布置：

根據(jù)施調(diào)資料，對該魚塘拋填料選擇了新民市涼山和法庫兩個石場供料，同時對石場提出供料技術(shù)標準——直徑≥30cm且厚度≥15cm片石，該填料經(jīng)項目部和局指中心試驗室檢驗完全符合技術(shù)要求。整體路基加固范圍為護坡道寬度以內(nèi)，現(xiàn)場考慮該段線路左側(cè)為魚塘水面，為防止強夯吊機和夯錘出現(xiàn)安全隱患，布點時向內(nèi)側(cè)回收1米，夯點布置采用正方形布點，間距3.5米。

3.拋填片石與強夯施工

3.1 機具及設備選用

強夯機采用兩臺50t履帶吊車改裝，夯錘提升至15m位置處時自由落體，提升高度由自動脫鉤器的鋼絲繩控制。夯錘由項目部維修班現(xiàn)場自制，采用10mm鋼板外殼加焊5mm內(nèi)撐鋼板形成2m×2m×1m立方體，空隙采用混凝土灌注，保證10t自重，夯錘底面積4m2，錘體設φ30cm排氣孔4個。

3.2 施工方法

3.2.1拋填片石

為了確保路基中線準確性，在拋填開始施工前組織測量員精準放線，控制線路左側(cè)邊坡坡角位置，作為拋填實際控制線。由于客專路堤右側(cè)邊線有施工便道，具體施工時利用便道以及魚塘地勢右高左低之優(yōu)勢，將原設計方案中的以路基中線向兩側(cè)拋填，改為從路基右側(cè)向左側(cè)拋填。

3.2.2最佳夯擊次數(shù)的確定

因秦沈客專為我國第一條高鐵試驗線，對工后沉降要求標準高，故在確定最佳夯擊次數(shù)時以現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)作為依據(jù)，用水準儀測量初始高程及每次夯擊后標高，當前后兩次夯擊點的平均沉降量差值<50mm時，該夯擊次數(shù)即為最佳夯擊次數(shù)。我部技術(shù)人員根據(jù)以上標準，測算出第一遍為七擊，第二遍五擊滿足設計要求。

3.2.3夯擊施工

現(xiàn)場施工采用將片石由自卸汽車和推土機填至設計標高以上50cm后強夯，測量員用紅油漆標明夯點位置，夯機按試驗點確定的擊數(shù)進行夯擊，現(xiàn)場兩臺夯機分左右半幅對角施工，當左半幅夯完后進行對角右半幅施工，當右半幅夯完后正好與對角左半幅時差15天，魚塘底部土層孔隙水壓消散基本完成，采用推土機對整段路基片石補充平整完后重復第二遍的夯擊，最后補充片石至設計高程，平整后滿夯一遍。

4.質(zhì)量檢驗

為了檢驗拋填片石結(jié)合強夯法對地基的加固效果，項目部實驗室選用標準貫入試驗和現(xiàn)場靜荷載試驗結(jié)合檢驗承載力及處理實際深度，經(jīng)試驗K30值均達到170MPa/m以上，超過了設計要求值。經(jīng)對該段及相鄰路段路基的沉降觀測，強夯段DK403+300累計沉降6.6cm，非強夯段DK403+000累計沉降16.1cm、DK403+650累計沉降23.3cm。特別是從持續(xù)進行兩年的路基沉降觀測結(jié)果來看，強夯地段的沉降遠遠小于相鄰路段的沉降，表明強夯后其加固效果顯著。

5.結(jié)束語

強夯不僅適用于碎石土、砂土、低飽和的粉土和粘性土，對高填方片石的擠密效果同樣明顯。該工法效果明顯，操作簡單，是較好的軟土地基處理方法。由于本次強夯是在片石和水上進行，無法對底部土層進行試驗，以檢驗強夯效果，這是本次施工的不足之處。

根據(jù)施工員現(xiàn)場觀察和技術(shù)員數(shù)據(jù)積累，強夯中對落距和擊數(shù)確定是質(zhì)量控制關(guān)鍵點，具體操作中須嚴格要求工人執(zhí)行夯擊試驗點取得的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場施工時由技術(shù)員和安質(zhì)員不定期抽查，根據(jù)下沉量對擊數(shù)適當調(diào)整以滿足設計要求。

我項目部為節(jié)約資金未采用購買鐵質(zhì)夯錘，而是自行設計了鋼板外殼內(nèi)灌C30混凝土，結(jié)果施工中夯錘棱角部分松散近20cm，表層鋼板大面積損壞后又重新幫焊，強夯施工完成時該錘已基本報廢，因此混凝土夯錘在以后施工中應做成圓形且底部為弧形，或采用鐵質(zhì)實心圓錘。

【參考文獻】

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