強夯法在濕陷性黃土基底處理中的應(yīng)用研究

李 本 鵬

(山東省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司，山東 濟南 250000)

我國的高速公路經(jīng)歷著飛速的發(fā)展和深刻的變革，截至2019年，中國公路總里程已達484.65萬km、高速公路達14.26萬km，居世界第一；“十三五”期間全國高速公路將新增通車里程4.6萬km，2020年高速公路通車里程將達16.9萬km，增長率為37%。70多年來，中國公路交通總體上經(jīng)歷了從“瓶頸制約”到“初步緩解”，再到“基本適應(yīng)”經(jīng)濟社會發(fā)展需求的發(fā)展歷程，一個走向現(xiàn)代化的綜合交通運輸體系正呈現(xiàn)在世界面前。根據(jù)《山東省高速公路網(wǎng)中長期規(guī)劃(2014—2030年)調(diào)整方案》，山東省將形成“九縱五橫一環(huán)七連”高速公路網(wǎng)布局，總里程約8 830 km。提出以青島至夏津(魯冀界)高速公路支線形成“濟南繞城高速二環(huán)線”，同時明確2020年建成濟南繞城高速二環(huán)線東環(huán)段。

1 項目概況

濟南大東環(huán)項目路線起自濟青高速的唐王樞紐立交，順接濟南繞城高速公路二環(huán)線北環(huán)段青銀高速；路線終點位于曹范互通接京滬高速，并順接規(guī)劃濟南繞城高速公路二環(huán)線南環(huán)段。本項目作為濟南繞城高速二環(huán)線的組成路段，同時兼有京滬高速公路濟南東繞城并行線功能，其建設(shè)對優(yōu)化、完善區(qū)域路網(wǎng)布局，滿足城市“東拓”戰(zhàn)略發(fā)展需求，強化新舊動能轉(zhuǎn)換先行區(qū)與濟南東部城區(qū)連接，消除京滬高速濟南段的交通瓶頸，發(fā)揮路網(wǎng)整體效益，促進區(qū)域經(jīng)濟及社會發(fā)展具有重要作用。路線全長23.594 km，全線主線共設(shè)橋梁4 133.62 m/12座，其中特大橋1 482.5 m/1座，大橋2 319.12 m/5座，中橋332 m/6座，共設(shè)涵洞34道；互通立交6處，其中樞紐互通2處，一般互通4處；分離立交10處，其中與鐵路交叉3處，與公路交叉7處；共設(shè)通道橋8座；服務(wù)區(qū)1處、養(yǎng)護工區(qū)1處、監(jiān)控通信分中心1處、匝道收費站4處，章丘連接線1處。

2 濕陷性黃土路段地質(zhì)概況

根據(jù)地勘報告，本項目沿線K13+055～K13+300，K13+600～K13+850，K15+900～K16+900，K19+400～K23+100，局部分布一層3.0 m～5.8 m厚度的黃土層，通過調(diào)查周邊工程黃土層濕陷性試驗，濕陷性系數(shù)δs為0.016～0.107，濕陷性輕微～中等，濕陷起始壓力20 kPa～186 kPa；該層黃土部分具濕陷性，濕陷等級為Ⅰ級～Ⅱ級[1]。

高速公路、一級公路通過濕陷性黃土和壓縮性較高的黃土地段時，可根據(jù)路堤高度、受水浸濕的可能性、濕陷后危害程度和修復(fù)的難易程度，按表1確定濕陷性黃土地基最小處理深度。

表1 濕陷性黃土地基最小處理深度

3 強夯法施工

濟南市位于季節(jié)性流水地區(qū)，對于Ⅰ級～Ⅱ級非自重性濕陷性黃土，要求地基處理最小深度為0.8 m～2 m。因此，對濕陷性黃土路段路基段地基表層處理采用強夯，對于距離村莊較近(<120 m)不能采用強夯處理的路基段，選用25 kJ三邊形沖擊壓路機，清除表土后沖擊碾壓20遍，壓實度不小于90%。沖擊壓實遍數(shù)推薦值10遍～20遍，具體遍數(shù)應(yīng)根據(jù)試驗段確定，若不能達到壓實度要求，需增加壓實遍數(shù)[3]。

1)橫向處理范圍：處理至路基坡腳外側(cè)3 m處。

2)參考參數(shù)：強夯開始正式施工前，應(yīng)根據(jù)初步確定的參數(shù)，在現(xiàn)場選擇有代表性的地段進行試夯，根據(jù)試夯結(jié)果及時調(diào)整強夯的各項參數(shù)。a.單擊夯擊能。夯錘選用重量10 t、底面直徑2.25 m的圓柱形鑄鐵或在鋼殼內(nèi)填充混凝土制成的錘，單擊夯擊能為1 500 kN·m。b.夯擊遍數(shù)及夯點布置。施工時，分3遍夯實，第1遍，2遍為點夯，夯點呈正方形分布，夯點間距6.0 m；第3遍為滿夯，夯點彼此搭接1/4連續(xù)夯擊，目的是加固表層，夯擊能為800 kN·m。按由內(nèi)向外逐點的原則，先夯擊路中線處的夯點，然后平行于路中線由內(nèi)向外向路兩側(cè)夯擊，完成強夯區(qū)域全部夯點的施工。點夯時，應(yīng)對每一夯點的夯擊能、夯擊次數(shù)、每次夯擊的沉陷量等進行量測和記錄。夯擊時夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起，不應(yīng)因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。c.單點擊數(shù)。夯擊次數(shù)應(yīng)按現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定。單點擊數(shù)參考值為：第1，2遍點夯為8次夯擊，第3遍為2次夯擊。d.強夯收錘標準。止夯條件為滿足下列條件之一：最后2擊平均夯沉量不大于5 cm，夯坑周圍地面不發(fā)生過大的隆起，不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。e.間歇時間。兩遍夯擊間應(yīng)有一定的時間間隔，間隔時間取決于加固土層中孔隙水壓力消散所需要的時間，以超孔隙水壓力消散75%以上所需時間為兩遍夯擊的間歇時間。根據(jù)有關(guān)實測資料，對滲透性較小的粘性土地基，間歇時間宜取3周～4周。本項目地基土層多為粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂、細砂，滲透性相對較大，間歇時間應(yīng)不低于3 d，施工時根據(jù)試夯參數(shù)最后確定。第二遍夯擊結(jié)束后，根據(jù)孔隙水壓力的檢測結(jié)果確定點夯與滿夯之間的間隔時間[2]。

3)地基承載力要求：強夯完成一個月內(nèi)應(yīng)對地基承載力進行檢驗，一般不小于220 kPa，不符合設(shè)計要求時應(yīng)補夯。K22+340～K22+581濕陷性黃土路基網(wǎng)格化處理及濕陷性黃土路基試夯見圖1，圖2。

4 強夯止夯標準探究

在項目強夯試夯過程中，出現(xiàn)了最后兩擊的平均沉降量大于5 cm、最后兩擊反彈值較大等情況，對于強夯的止夯產(chǎn)生影響，具體情況如表2所示。

表2 原地面部分夯實記錄表

為消除最后兩次夯擊平均沉降量反彈對止夯的影響，項目辦組織施工二標在該路段進行了兩種方案的試夯試驗：第一種，填筑0.5 m建筑垃圾礫料后進行強夯試夯作業(yè)；第二種，填土2.0 m后再進行強夯試夯作業(yè)如表3，表4所示。

表3 0.5 m填筑建筑礫料試夯記錄表

表4 2.0 m填土后試夯記錄表

濕陷性黃土路基在填筑0.5 m建筑垃圾礫料后，最后兩擊平均夯沉量滿足不大于5 cm止夯條件，填土2.0 m的方案，最后兩擊平均夯沉量較大，且仍存在反彈現(xiàn)象，證明采用0.5 m建筑礫料進行回填強夯的濕陷性黃土路基基底處置方式是可行的。

5 結(jié)語

強夯結(jié)束后，大東環(huán)項目辦對處理后的該段路基進行了靜載試驗檢驗(見圖3)，處理后的路基承載力大于220 kPa，符合設(shè)計要求，說明經(jīng)建筑礫料與強夯組合處理過的地基，可以把上部荷載擴散到下面的下臥層，以滿足上部建筑所需的地基承載力和減少沉降量的要求。證明該方法是有效的，質(zhì)量控制是可靠的，具有在全線推廣應(yīng)用的價值。