強(qiáng)夯法加固紅黏土高填方路基效果分析

郜安安

（山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600）

紅黏土路基屬于特殊路基，其含水量高，承載能力差，施工中應(yīng)采取有效措施進(jìn)行加固處治?；谀掣咚俟犯咛罘郊t黏土路基強(qiáng)夯法處治實(shí)踐，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)紅黏土工程特點(diǎn)，制定處治方案采用強(qiáng)夯法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固[1]。為了在施工過程中確定紅黏土路基強(qiáng)夯法處治加固方案，在試驗(yàn)路段進(jìn)行試夯，并通過整理試夯檢測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步確定強(qiáng)夯法處治施工參數(shù)。

通過制定強(qiáng)夯法處治加固施工方案，對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行強(qiáng)夯處治。在對(duì)路基強(qiáng)夯處治施工過程中，對(duì)夯擊沉降量進(jìn)行檢測(cè)，并分析確定了最佳落距和夯擊次數(shù)；對(duì)強(qiáng)夯處治前后的路基壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，分析后確定最佳夯點(diǎn)間距；分析標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)[2]，說明強(qiáng)夯處治后的路基達(dá)到了規(guī)范要求。

1 工程概況

某高速公路路基設(shè)計(jì)寬度為24.5 m，施工區(qū)域氣候潮濕多雨，地質(zhì)情況復(fù)雜，高液限黏土、紅黏土及濕黏土分布廣泛。該地區(qū)雨季降雨量集中，且降雨量大，造成施工期路基土不容易壓實(shí)成型的問題。同時(shí)該地區(qū)路基施工過程中，路基出現(xiàn)彈簧變形，壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行加固。

某高速公路局部路段路基土為紅黏土，含水量高，碾壓后容易出現(xiàn)彈簧現(xiàn)象，達(dá)不到規(guī)定的壓實(shí)度，地基承載力不足，不能直接進(jìn)行路基填筑施工。為提高路基的承載能力，采用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固處治，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)強(qiáng)夯沉降量、壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)[3]，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，確保加固效果符合設(shè)計(jì)要求。

2 紅黏土高填方路基強(qiáng)夯加固處治方案

2.1 加固設(shè)計(jì)方案

通過在施工現(xiàn)場(chǎng)選取試驗(yàn)路段進(jìn)行試夯，結(jié)合夯擊沉降情況，同時(shí)考慮對(duì)路基邊坡的影響，確定Ⅰ、Ⅱ兩套施工方案。方案Ⅰ夯擊間距為3.5 m×4，夯點(diǎn)位置采用正方形布置；方案Ⅱ夯擊間距為5 m×4，夯點(diǎn)位置采用正方形布置[4]，夯區(qū)分布見圖1 所示。

圖1 夯擊間距與夯點(diǎn)布置圖（單位：m）

為研究最佳施工方案，將試驗(yàn)路段對(duì)應(yīng)的夯區(qū)進(jìn)一步劃分為3 個(gè)夯區(qū)，具體施工參數(shù)詳見表1。

表1 夯區(qū)劃分及施工參數(shù)匯總表

2.2 試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)布置

為準(zhǔn)確檢測(cè)強(qiáng)夯后路基的加固效果，分別對(duì)夯前路基土的壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行鉆芯取樣和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，夯實(shí)后在原位進(jìn)行試驗(yàn)及取樣，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，以準(zhǔn)確確定夯實(shí)加固效果[5-6]。檢測(cè)取樣布置示意圖詳見圖2。

圖2 施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)取樣布置示意圖

3 強(qiáng)夯加固效果檢測(cè)

3.1 強(qiáng)夯沉降量檢測(cè)

為了檢測(cè)夯擊次數(shù)與夯沉量之間的關(guān)系，在施工過程中選?、?2 和Ⅱ-3 夯區(qū)的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)每次夯擊后的夯沉量進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算累計(jì)夯沉量，并繪制強(qiáng)夯沉降量變化曲線，如圖3 和圖5 所示。為了便于對(duì)夯實(shí)效果進(jìn)行分析，繪制強(qiáng)夯累計(jì)沉降量百分?jǐn)?shù)變化曲線，如圖4 和圖6 所示。

圖3 Ⅰ-2 強(qiáng)夯沉降量變化曲線

通過對(duì)圖3～圖6 所示曲線進(jìn)行分析，得出前5 次夯實(shí)所產(chǎn)生的夯沉量較大，每次夯沉量都超過10 cm，前5 次夯擊所產(chǎn)生的累計(jì)夯沉量超過了總夯沉量的80%。第6 次夯擊所產(chǎn)生的夯沉量也較大，但第7 次和第8 次夯擊所產(chǎn)生的夯沉量明顯降低，僅為5%左右，從曲線的變化趨勢(shì)可以看出，夯沉量變化明顯趨緩，說明夯擊次數(shù)選擇6 次比較合理。

圖4 Ⅰ-2 強(qiáng)夯累計(jì)沉降量百分?jǐn)?shù)變化曲線

圖5 Ⅱ-3 強(qiáng)夯沉降量變化曲線

圖6 Ⅱ-3 強(qiáng)夯累計(jì)沉降量百分?jǐn)?shù)變化曲線

通過對(duì)兩個(gè)夯實(shí)區(qū)域所對(duì)應(yīng)的6 個(gè)組別、3 種不同夯擊能作用下夯點(diǎn)夯沉量的變化，總夯沉量集中在61～69 cm 之間。通過對(duì)比分析，落距越小夯實(shí)效果越差，甚至無法達(dá)到夯實(shí)效果。而落距過大，會(huì)對(duì)夯點(diǎn)周圍土層產(chǎn)生剪切破壞，過大的落距也會(huì)造成夯坑過深，造成強(qiáng)夯后路基填土無法壓實(shí)。因此，綜合考慮各方面因素，夯錘落距取10 m，對(duì)靠近路基邊坡的夯區(qū)夯錘落距選擇8 m。

3.2 壓實(shí)度檢測(cè)

為了檢測(cè)夯實(shí)前后路基壓實(shí)度的變化情況，對(duì)比分析強(qiáng)夯前后路基的壓實(shí)效果，在試驗(yàn)路段選取試點(diǎn)，采用灌砂法對(duì)路基表層壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)。由于夯實(shí)前路基填土均勻性較好，可隨機(jī)選取測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。壓實(shí)度分布在80%～84%，強(qiáng)夯后的壓實(shí)度檢測(cè)點(diǎn)選取參考圖2，根據(jù)試驗(yàn)方案，分別在I 夯區(qū)和Ⅱ夯區(qū)所對(duì)應(yīng)的3 組測(cè)區(qū)選取測(cè)點(diǎn)進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，在夯坑內(nèi)和夯坑周圍分別選取一個(gè)測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄在表2。

表2 夯實(shí)前后壓實(shí)度檢測(cè)記錄表 %

通過對(duì)表2 所示數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，強(qiáng)夯處治后的路基壓實(shí)度得到了明顯提高，施工后夯坑內(nèi)壓實(shí)度超過96%，夯坑間填土的壓實(shí)度為90%左右，雖然小于夯坑內(nèi)壓實(shí)度，但也滿足紅黏土處治要求。通過對(duì)比分析，兩種方案夯擊后的壓實(shí)度相差不大。另外，通過對(duì)試驗(yàn)路段強(qiáng)夯施工后的情況觀察和分析，得出夯點(diǎn)間距過小容易造成夯點(diǎn)間土層破壞開裂，而間距過大則會(huì)造成夯點(diǎn)間土層達(dá)不到預(yù)期的夯實(shí)效果。為了保證路基夯實(shí)效果，并充分考慮路堤邊坡安全距離等影響因素，確定夯點(diǎn)間距為4.5±0.5 m。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

為了充分掌握強(qiáng)夯前后夯區(qū)填土物理力學(xué)性質(zhì)和地基承載力的變化情況，在夯區(qū)內(nèi)鉆芯取樣，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中共鉆芯取土4 組，其中一組為夯前填土，其他3 組選取Ⅰ-3 夯區(qū)的夯后填土，選取位置分別為夯坑內(nèi)、夯坑邊緣和夯坑間。

鉆孔取樣深度為5 m，每米取一個(gè)土樣，裝盒并貼上標(biāo)簽，以便于進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，并在現(xiàn)場(chǎng)采用酒精燃燒法測(cè)定土樣含水量。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)第一次標(biāo)貫位置為0.5 m 位置，之后每1 m 進(jìn)行一組標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。分別記錄夯前、夯坑內(nèi)部、夯坑邊緣和夯后夯坑內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入次數(shù)和深度，繪制夯前與夯后標(biāo)貫擊數(shù)隨深度變化曲線如圖7 所示。通過對(duì)圖7 所示曲線分析可知，夯擊后填土標(biāo)準(zhǔn)貫入次數(shù)較夯擊前明顯提高，夯坑內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入次數(shù)最大增加了16 擊左右，夯坑邊緣標(biāo)準(zhǔn)貫入次數(shù)最大增加了9 擊左右，夯坑間土體標(biāo)準(zhǔn)貫入次數(shù)最大增加了7 擊左右，說明經(jīng)強(qiáng)夯法處治后的土體夯實(shí)效果明顯，但深層土體的夯實(shí)效果較表層土體差。

圖7 夯前與夯后標(biāo)準(zhǔn)貫入次數(shù)與貫入深度變化曲線

4 結(jié)語

結(jié)合紅黏土工程特點(diǎn)，采取強(qiáng)夯法對(duì)路基進(jìn)行加固處治，通過試驗(yàn)路段驗(yàn)證施工參數(shù)，并檢測(cè)夯擊沉降量、壓實(shí)度等指標(biāo)，收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

a）通過檢測(cè)夯擊沉降量，繪制變化曲線，得出最大沉降量分布在61～69 cm，進(jìn)而得出強(qiáng)夯加固施工最佳夯錘落距應(yīng)選擇10 m，最佳夯擊次數(shù)應(yīng)選擇6 次，而靠近路基邊坡夯區(qū)夯錘落距和夯擊次數(shù)應(yīng)選擇 8 m 和 5 次。

b）強(qiáng)夯處治后夯坑內(nèi)壓實(shí)度超過96%，夯坑間的壓實(shí)度為90%左右，均滿足紅黏土處治要求。在保證路基夯實(shí)效果的前提下，并充分考慮路堤邊坡安全距離等影響因素，確定夯點(diǎn)間距為4.5±0.5 m。