既有宕渣路基的地基處理探究

韋春陸，杜 平

（南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京210000）

0 引言

溫州市甌江口新區(qū)位于甌江入海口，瀕臨東海，是典型的海相沉積[1]軟土地質(zhì)構(gòu)造，飽和淤泥質(zhì)軟土廣泛分布，土體厚度大，具有含水量高、孔隙比大、壓縮性與靈敏度高、抗剪強(qiáng)度低、承載能力差等特點(diǎn)。在不同的建設(shè)條件下，采用科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)可行的軟基處理方案，直接關(guān)系到道路工程質(zhì)量的優(yōu)劣。

宕渣來(lái)源于石山開(kāi)采，是多山少土的溫州地區(qū)常用的路基填料，可有效地提高路基強(qiáng)度，彌補(bǔ)表層土體物理力學(xué)性能差、地基承載力低的不良地質(zhì)情況；同時(shí)，能滿(mǎn)足路堤壓實(shí)度與穩(wěn)定性要求，以其優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性與路用適用性得到了廣泛的應(yīng)用，獲得了良好的社會(huì)效益。

1 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 運(yùn)用路基“硬殼層整體剛度”[2]設(shè)計(jì)理念

經(jīng)六路位于甌江口新區(qū)起步區(qū)，紅線(xiàn)寬度為40m，總長(zhǎng)為4175m，為城市主干路。2011年在園區(qū)建設(shè)初期，經(jīng)六路作為施工便道進(jìn)行了路基的填筑，道路建設(shè)條件復(fù)雜，宕渣路基填筑層總體呈現(xiàn)西厚東薄的趨勢(shì)。西側(cè)最厚的區(qū)域達(dá)到6.2m；中間16m瀝青路面作為園區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)時(shí)期的臨時(shí)道路，開(kāi)放交通已有2a時(shí)間，道路礦渣層厚度約2～3m；東側(cè)宕渣層較薄，最薄位置僅0.9m。

場(chǎng)地建設(shè)地質(zhì)為吹填軟土地質(zhì)，高壓縮土層厚度達(dá)35～42m，必須進(jìn)行道路地基處理?？紤]現(xiàn)狀路基便道已部分填筑且已欠載預(yù)壓固結(jié)，表層土體排水固結(jié)效果較好，并形成了一定厚度的“硬殼層”。道路軟土地基處理主要是減少工后沉降，消除過(guò)大的不均勻沉降出現(xiàn)。若對(duì)現(xiàn)有路基宕渣進(jìn)行挖除而采用水泥攪拌樁、塑料排水板等深層處理工藝，必將產(chǎn)生很大的挖方與外運(yùn)土方，對(duì)現(xiàn)有的路基“硬殼層”產(chǎn)生擾動(dòng)甚至破壞。

1.2 采用合理可行的地基處理工藝

建設(shè)場(chǎng)地沿線(xiàn)已填筑有宕渣材料，若清除路基填料后，再進(jìn)行道路路基的深層處理，將面臨路基挖土方量大、占地大，并大大地增加了工程成本和施工周期。

設(shè)計(jì)中，采用強(qiáng)夯處理工藝[3]，通過(guò)強(qiáng)大的勢(shì)能與動(dòng)能間的轉(zhuǎn)換，使有效處理深度能達(dá)到5m左右；利用宕渣填料的補(bǔ)充嵌擠作用，保證了路基硬殼層厚度與強(qiáng)度的均勻性，從而使路床以下形成了8～10m厚剛度大的帶狀“路基硬殼層”，結(jié)合已填路堤的欠載預(yù)壓固結(jié)效果，使軟弱土體排水固結(jié)沉降，有效地控制了工后沉降。另外，結(jié)合沖擊壓實(shí)工藝的輔助施工，保障了路基以下2～3m路床范圍內(nèi)的整體性與壓實(shí)度，從而有效地消除不均勻沉降。通過(guò)合理可行的地基處理施工工藝，有效地縮短施工周期，節(jié)省工程造價(jià)，獲得了良好的工程經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 選擇合理的管溝開(kāi)挖工藝

該工程項(xiàng)目需埋設(shè)雨水、污水及給水等市政管線(xiàn)，結(jié)合項(xiàng)目施工工序特點(diǎn)，管溝開(kāi)挖采用“反挖”法進(jìn)行，即在完成地基處理后，再進(jìn)行溝槽的開(kāi)挖施工。路基在采用強(qiáng)夯結(jié)合沖擊壓實(shí)施工，路基形成了較為厚實(shí)的“硬殼層”，有效地滿(mǎn)足了市政排水管溝的埋深要求，溝槽可采用直接開(kāi)挖施工（見(jiàn)圖1），避免了深埋管道的管溝支護(hù)費(fèi)用；同時(shí)，溝底地基承載力隨著地基處理的完成而有效地提高，能滿(mǎn)足管溝承載力要求，降低了溝槽底地基的處理成本。

圖1 道路管溝開(kāi)挖示意圖

2 強(qiáng)夯施工控制

強(qiáng)夯是利用重錘夯擊勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使飽和地基土體內(nèi)部產(chǎn)生超孔隙水壓力而排水固結(jié)，從而達(dá)到地基承載力的提高，滿(mǎn)足工后沉降的要求。夯擊能選擇、孔隙水消散周期[4]的控制及夯擊收錘標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)夯工藝的關(guān)鍵技術(shù)。在工程中結(jié)合道路場(chǎng)地建設(shè)條件進(jìn)行試驗(yàn)段施工，以確定合適該工程項(xiàng)目的強(qiáng)夯施工控制工藝。

2.1 強(qiáng)夯工藝

2.1.1 夯錘及夯擊能參數(shù)

選用機(jī)械設(shè)備配置錘重13.8t，落距10.87m，錘底面直徑2.2m。夯擊采用點(diǎn)夯及滿(mǎn)夯施工。單擊點(diǎn)夯（見(jiàn)圖2）為地基深層處理方式，能量為1500kJ，夯擊總數(shù)為5擊，單點(diǎn)總夯擊能為7500kJ，處理有效深度為5～7m。第一遍點(diǎn)夯采用等邊三角形布置，中心間距為4.5m；第二遍與第一遍進(jìn)行交錯(cuò)布置。

圖2 點(diǎn)夯施工示意圖（單位：m）

第三遍滿(mǎn)夯（見(jiàn)圖3）夯擊能量為800kJ，夯擊次數(shù)為1擊，采用棱形布置，夯點(diǎn)中心間距1.7m，夯點(diǎn)間搭接50cm。

圖3 滿(mǎn)夯施工示意圖（單位：m）

2.1.2 夯擊施工工序

場(chǎng)地補(bǔ)料平整→第一遍點(diǎn)夯處理→標(biāo)高測(cè)量→第二遍點(diǎn)夯處理→標(biāo)高測(cè)量→平整場(chǎng)地→第三遍滿(mǎn)夯處理→靜孔隙水壓消散→檢測(cè)驗(yàn)收→道路管線(xiàn)及其他路基路面施工。

2.1.3 收錘標(biāo)準(zhǔn)

收錘標(biāo)準(zhǔn)[5]是確定強(qiáng)夯效果的關(guān)鍵因素，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)狀地質(zhì)條件、宕渣填筑厚度、路基沉降等情況綜合考慮。強(qiáng)夯施工選用點(diǎn)擊收錘標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）以總夯擊作用下，單點(diǎn)夯坑的壓縮量最大，夯坑周邊地面隆起最小為原則。

（2）點(diǎn)夯作用下最后兩擊的平均夯擊沉降量差值不大于50～100mm。

（3）不因單點(diǎn)夯擊作用時(shí)夯坑沉降過(guò)深而引起起錘困難。

2.2 工程試驗(yàn)段

結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)條件及強(qiáng)夯工藝試驗(yàn)段施工，“經(jīng)六路路基強(qiáng)夯試驗(yàn)段總結(jié)”報(bào)告（2014.1）中對(duì)土體超孔隙水壓力監(jiān)測(cè)及消散、夯擊能量控制及收錘、路基處理后的壓實(shí)度等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)控制。

2.2.1 超孔隙水壓力監(jiān)測(cè)及消散周期控制

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)段夯點(diǎn)進(jìn)行不同深度范圍內(nèi)的超孔隙水壓力監(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行路基孔隙水的抽排，可有效控制管線(xiàn)基底承載力及工后沉降。并根據(jù)超孔隙水消散時(shí)間，合理地控制強(qiáng)夯施工間隔周期，即保證夯擊能的有效作用，又能保障施工組織順利進(jìn)行。

（1）孔壓傳感器埋設(shè)。

為測(cè)試夯擊過(guò)程（每擊結(jié)束后、遍與遍之間）不同距離（見(jiàn)圖4）與深度（見(jiàn)表1）內(nèi)土體孔隙水壓力增長(zhǎng)和消散規(guī)律，以控制合理的強(qiáng)夯施工孔隙水消散周期，獲得科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)可行的地基處理方案。（2）孔隙水壓力監(jiān)測(cè)與消散。

圖4 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

表1 孔壓傳感器布置位置和深度一覽表

土體超孔隙水壓力是在強(qiáng)夯重錘的作用下，由土體的極具壓縮而產(chǎn)生，并使土體內(nèi)部形成網(wǎng)狀裂隙，隨著孔隙水的排除而消散固結(jié)。在強(qiáng)夯深度作用影響下，不同深度下超孔隙水壓力值不同。該試驗(yàn)段對(duì)不同夯距及其深度進(jìn)行了檢測(cè)（見(jiàn)表2），并且觀測(cè)孔隙水壓力消散時(shí)間（見(jiàn)圖5），以控制合理的消散周期。

表2 不同深度下的超孔隙水壓力一覽表 單位：MPa

圖5 孔隙水壓力消散特征曲線(xiàn)圖

表2 表明，土體內(nèi)孔隙水壓力隨夯點(diǎn)距離、深度變化而不同，深度越大夯擊能影響越小，距離越遠(yuǎn)產(chǎn)生的孔隙水壓力越小。

圖5 表明，土體內(nèi)孔隙水壓力在前3d的消散速率高，可以達(dá)到68%左右的峰值消散。第5d至第7d的消散速率低，僅能消散4%左右的峰值消散。

2.2.2 夯點(diǎn)沉降與收錘控制

夯點(diǎn)沉降是夯擊作用最直接的反應(yīng)，也是夯擊收錘控制的主要方式。試驗(yàn)段進(jìn)行了夯點(diǎn)沉降及相鄰兩次夯擊沉降差的記錄觀測(cè)（見(jiàn)表3）。

由表3表明，在點(diǎn)夯作用下，最后兩擊沉降差基本上可控制在10cm以?xún)?nèi)，可以作為點(diǎn)夯收錘依據(jù)。路基的不均勻差異可通過(guò)路基淺層滿(mǎn)夯及沖壓施工進(jìn)行處理。

3 處理效果

通過(guò)路基強(qiáng)夯試驗(yàn)段處理后交工面頂壓實(shí)度及彎沉的檢測(cè)表明，路基最小壓實(shí)度為83.5%，最大為97.6%。最大彎沉為450～620（×10-2mm），最小彎沉為124（×10-2mm）。因部分路基宕渣填筑段含泥量大而出現(xiàn)彈簧土，造成了彎沉大的現(xiàn)象，需進(jìn)行局部區(qū)域宕渣換填處理。

表3 夯點(diǎn)施工記錄一覽表

該項(xiàng)目工程需埋設(shè)雨水、污水及給水等市政管線(xiàn)，管溝開(kāi)挖采用“反挖”法進(jìn)行，路基在采用強(qiáng)夯結(jié)合沖擊壓實(shí)施工后，路基形成了較為厚實(shí)的“硬殼層”，有效地滿(mǎn)足了市政排水管溝的埋深要求，溝槽可采用直接開(kāi)挖施工，避免了深埋管道的管溝支護(hù)費(fèi)用，同時(shí)溝底地基承載力隨著地基處理的完成而有效地提高，能滿(mǎn)足管溝承載力要求，降低了溝槽底地基的處理成本。

4 結(jié) 論

（1）強(qiáng)夯施工夯擊處理有效深度可達(dá)5～7m，適合淺層路基處理要求，可滿(mǎn)足既有宕渣路基的整體剛度與壓實(shí)度控制。

（2）強(qiáng)夯地基處理土體內(nèi)超孔隙水壓力消散周期可控制在4～5d。

（3）以單點(diǎn)夯擊相鄰沉降差在10cm之內(nèi)可作為夯擊收錘標(biāo)準(zhǔn)參考。