孔內(nèi)深層強(qiáng)夯在道路工程特殊路基處理中的應(yīng)用

賀 煒

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法是通過(guò)機(jī)械成孔，采用特異性重錘(一般為80 kN～150 kN)提升到高處(一般不小于8.0 m)自由落下，對(duì)孔內(nèi)填料進(jìn)行強(qiáng)烈沖擊和振動(dòng)，使填料固結(jié)，用來(lái)提高地基承載力的一種地基處理方法。施工時(shí)由深至淺在孔內(nèi)分層填料，分層夯擊或邊填邊夯，通過(guò)對(duì)下層填料進(jìn)行深層動(dòng)力夯、砸、壓實(shí)，對(duì)上層新填料進(jìn)行動(dòng)力夯、砸、劈裂和強(qiáng)制側(cè)向擠壓，具有高動(dòng)能、高壓強(qiáng)、高擠密作用、處理深度大、處理效果好及節(jié)約工程造價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。

1 工程概況

本文以某城市主干路特殊路基處理工程為例，該項(xiàng)目約400 m路段穿越垃圾填埋場(chǎng)，經(jīng)地質(zhì)勘察，垃圾填埋場(chǎng)主要由磚塊、砼塊、碎石等建筑垃圾和塑料袋等生活垃圾等組成，結(jié)構(gòu)松散，稍濕。鉆孔揭露最大深度為20多米。經(jīng)綜合論證，設(shè)計(jì)采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯，先旋挖成孔，然后擴(kuò)孔成樁，樁體材料采用路基挖方碎石土。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 地基處理寬度

依據(jù)《孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法技術(shù)規(guī)程》(CECS 197:2006)，整片地基處理寬度應(yīng)根據(jù)地基處理深度、地基巖土特征等而定。自基礎(chǔ)側(cè)邊外延寬度可采用處理深度的1/3。

2.2 地基處理深度

地基處理的深度宜穿過(guò)垃圾填埋場(chǎng)區(qū)域雜填土軟弱土層，樁底位于基巖頂面或深入基層不小于1.0 m。

2.3 成孔直徑及布置間距

成孔直徑一般為400～1 500 mm，本次設(shè)計(jì)初步定為1 200 mm，施工過(guò)程中可根據(jù)所選用的成孔設(shè)備或成孔方法確定，擴(kuò)孔后直徑為1.8 m，樁身按等邊三角形布置，間距3.0 m，樁頂高出設(shè)計(jì)高程50 cm。

2.4 樁身填料

樁孔內(nèi)填料，參考當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)情況、工程需求等因素，選用碎石土作為孔內(nèi)深層強(qiáng)夯樁身材料，并應(yīng)用壓實(shí)系數(shù)λc控制夯實(shí)質(zhì)量，設(shè)計(jì)碎石土壓實(shí)系數(shù)λc不小于97%。

2.5 復(fù)合承載力標(biāo)準(zhǔn)值

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯碎石土擠密樁處理后復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過(guò)原位測(cè)試或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，并不應(yīng)小于路基填筑地基承載力要求。

2.6 地基處理變形計(jì)算

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯碎石土擠密樁處理地基變形計(jì)算應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。其中復(fù)合土層的壓縮模量應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)或結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。

3 路基承載力及穩(wěn)定性驗(yàn)算

3.1 復(fù)合承載力特征值

復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算依據(jù)《孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法技術(shù)規(guī)程》(CECS 197:2006)計(jì)算。

Ra=(Rm+Rb)≥Qk

(1)

Rm=qpmAm+∑qsimAFm

(2)

Rb=∑qpbAb+∑qsibAFb

(3)

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值，由主樁(包括樁端擴(kuò)大頭)豎向承載力特征值Rm和串珠狀樁的豎向承載力特征值Rb組成。

考慮到垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)垃圾為雜亂堆填，分布不均勻性較大，主樁側(cè)的摩阻力特征值按淤泥質(zhì)土取值，參考當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，本次計(jì)算取6.0 kPa。

主樁端持力層的端阻力特征值按地勘報(bào)告實(shí)際大小取值。

Ra=qpmAm+∑qsimAFm=1 700×3.14×0.92+6.0×2×3.14×0.9×10=4 662.9 kPa

復(fù)合地基承載力特征值按下式計(jì)算：

fspk=mfpk+(1-m)fsk

(4)

(5)

式中：fspk為復(fù)合地基承載力特征值,kPa；fspk=mfpk+(1-m)fsk= 0.36×1 202.85+(1-0.36)×80=484.23 kPa。

經(jīng)計(jì)算，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯處理后垃圾填埋場(chǎng)路基填筑范圍內(nèi)復(fù)合地基承載力滿足路基填筑地基承載力不小于200 kPa的要求。

3.2 復(fù)合地基沉降變形

復(fù)合地基的沉降變形應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定計(jì)算，復(fù)合地基的壓縮模量 可按下式估算：

Esp=[1+m(n-1)]Es

(6)

式中：Es為樁間土的壓縮模量,MPa;Esp=[1+m(m-1)]Es=[1+0.36×(4-1)]×2=4.16 MPa。

采用理正邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算軟件，建立理論計(jì)算模型。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降為0.085 m，滿足路堤填筑的要求。

3.3 路堤整體穩(wěn)定性計(jì)算

取最不利斷面(填筑高度最大為14.0 m，現(xiàn)狀邊坡坡面較陡，削坡后坡面坡率1∶1左右)，模型按最不利情況考慮，采用理正邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算軟件，建立理論計(jì)算模型。

原狀邊坡和碎石土填筑體按照不同土層結(jié)構(gòu)建立復(fù)雜計(jì)算模型，車輛及路面結(jié)構(gòu)荷載簡(jiǎn)化為超載值，超載值取30 kPa。

碎石土重度取20.5 kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=10°，黏聚力c=25 kPa。

滑動(dòng)面簡(jiǎn)化為圓弧滑動(dòng)面，分析方法采用簡(jiǎn)化Bishop法；

經(jīng)計(jì)算，最不利斷面處滑動(dòng)安全系數(shù)為1.782>1.3，滿足規(guī)范要求。

4 施工工藝

4.1 試樁

按照設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)和施工方案及工藝在施工場(chǎng)地試樁，成樁后14天進(jìn)行檢測(cè)。主要測(cè)試壓實(shí)度和承載力。通過(guò)試樁核對(duì)地質(zhì)資料、調(diào)整技術(shù)參數(shù)和施工方案與工藝。

4.2 測(cè)量放樣

按施工圖設(shè)計(jì)圖紙測(cè)量放樣，確定軸線、邊線和樁的準(zhǔn)確位置，并對(duì)樁間的橫向、縱向和對(duì)角線檢查復(fù)核，做好樁位置標(biāo)記。測(cè)量每個(gè)樁位實(shí)際標(biāo)高，繪制樁位平面布置圖。

4.3 鉆孔及成孔檢查

成孔機(jī)械常用設(shè)備有旋挖鉆、自移式機(jī)械鉆和機(jī)械洛陽(yáng)鏟等。施工前檢查成孔機(jī)械、夯填機(jī)械，并在成孔機(jī)械上設(shè)置標(biāo)尺，以便觀察成孔深度。成孔時(shí)先準(zhǔn)確定位、作業(yè)順序由內(nèi)向外或由一側(cè)向另一側(cè)進(jìn)行，并確保成孔機(jī)械操作半徑內(nèi)無(wú)障礙和作業(yè)的連續(xù)性。

4.4 回填及夯實(shí)

樁身材料采用碎石土，相關(guān)技術(shù)要求同路基填料碎石土相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)，夯實(shí)時(shí)應(yīng)保證含水量控制在最佳含水量±2%。夯實(shí)機(jī)就位應(yīng)平整穩(wěn)固，夯錘與樁孔相互對(duì)中，使夯錘能自由下落至孔底，夯填前檢查樁孔內(nèi)無(wú)落土、雜物及積水，待清孔后在開始孔底夯實(shí)。定量分層填料夯實(shí)，人工填料應(yīng)按照試樁確定數(shù)量均勻填進(jìn)，樁孔內(nèi)填料夯實(shí)高度宜超出設(shè)計(jì)標(biāo)高20～30 mm。施工中主要控制回填量、夯錘高度、夯擊次數(shù)。夯填過(guò)程專人管理，做好記錄調(diào)查，確保施工中不出現(xiàn)漏樁、漏夯現(xiàn)象，同時(shí)保證工程資料的真實(shí)有效。

4.5 破除樁頭，碎石墊層施工

樁頂部分由于土體周圍約束條件較差，樁頂局部碎石土夯填質(zhì)量一般不能滿足設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中一般要將一定范圍內(nèi)樁頭部分破除。對(duì)整個(gè)地基處理區(qū)域進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)3～4遍后，于樁基頂部增設(shè)40 cm級(jí)配碎石墊層，并在級(jí)配碎石頂部、底部各增設(shè)一層雙向鋼塑土工格柵，以減緩路基填筑及道路建成運(yùn)營(yíng)過(guò)程中不均勻沉降。

5 結(jié)束語(yǔ)

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)處理深度較大，最深可達(dá)30 m。

(2)樁體可采用建筑垃圾、素土、碎石土等，可就地取材。

(3)處理后承載力高，可靠性好，復(fù)合地基承載力平均400 kPa。

(4)工程造價(jià)較低，施工工期短。因此在道路工程中對(duì)于深層的軟弱土、雜填土等特殊路基處理具有廣闊的應(yīng)用前景。