山區(qū)高速公路填石路基強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工探討

文／贛州市公路管理局直屬分局 楊靜

贛南交通建設(shè)工程有限公司 賴海英

關(guān)鍵字:山區(qū)；高速公路；填石路；強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)

1 強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)概述

強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)又稱動力固結(jié)技術(shù)，最早由法國工程師Menard于1963年提出，主要通過起重機(jī)械、龍門架等將重夯錘從地面起吊后使其自由下落，對路基土施加沖擊能后提升路基強(qiáng)度、迫使路基土內(nèi)孔隙壓縮，使土體局部液化，并在夯擊點(diǎn)位土體周圍產(chǎn)生良好的排水裂隙通道，使孔隙水與空氣排出后土體顆粒重新排列并固結(jié)。強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)施工設(shè)備簡單，施工過程簡便，適用范圍廣，且施工速度快，加固效果好。該技術(shù)于20世紀(jì)70年代引入我國后，在公路等工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為我國目前深層地基加固處理最常見的技術(shù)之一[1]。

2 工程概況

某山區(qū)高速公全線地形復(fù)雜多變，山脈縱橫，河流交錯。公路第六合同段全線按四車道設(shè)計(jì)，行車速度80km/h，整體式路基寬24.5m，分離式路基寬12.25m，路面為瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。縱面最大縱坡-2.8%，最小坡長421.645m，平面曲線最小半徑1401m，設(shè)計(jì)洪水頻率為特大橋1/3000、路基1/100。該高速公路第六合同段全線土方高度5~11m，且普遍存在軟土地基、采空區(qū)、雞爪溝等半填半挖地形地貌。路基土體主要為孔隙率和含水量較大的砂土、粉砂土和碎石土。該高速公路所處地區(qū)風(fēng)沙大，早晚溫差在12℃以上，且雜填土量大，成分復(fù)雜，級配不均，存在較大的填料含水量控制難度，路基工后沉降頻發(fā)，工期緊迫。為提升土層壓縮模量和承載力，增加場地均勻性，加強(qiáng)路基填筑施工質(zhì)量控制，經(jīng)綜合考慮，項(xiàng)目部決定對K246+420~K253+500段填土高度超出4m的填方段重新進(jìn)行強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工。

3 強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工工藝

3.1 施工機(jī)械

本高速公路填石路基強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工主要用到夯錘、起重設(shè)備、脫鉤裝置及錨系設(shè)備等。⑴夯機(jī)和夯錘。本工程填石路基強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工選用20tW1001型夯機(jī)，為防止錘底和土體之間形成真空而增大吸附力與錘體下落過程中的空氣阻力，影響夯實(shí)效果，還需在夯錘中間設(shè)置3個直徑Ф25cm的排氣孔上下貫通。

⑵起重設(shè)備?？紤]到履帶式起重設(shè)備重心低、穩(wěn)定性好，所以本山區(qū)高速公路填石路基強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工采用待摩擦離合器的50t履帶式起重機(jī)。

⑶脫鉤裝置。夯錘起落主要通過動滑輪組自動脫鉤裝置完成，將拉繩一頭固定于銷柄位置，另一頭在轉(zhuǎn)向滑輪中穿過后在懸臂桿底部橫軸處固定，待夯錘起吊至設(shè)計(jì)高度便升鉤拉繩使銷柄拉起后夯錘自動脫鉤并下落，通過控制自動脫鉤裝置可保證每次都有相同的夯擊落距。

⑷錨系設(shè)備。通過起重設(shè)備進(jìn)行夯錘起吊的過程中，夯錘突然脫鉤會引起起重臂向后傾斜及臂桿強(qiáng)烈振動，為此，本工程通過1臺T1-150型推土機(jī)在其中機(jī)械前方充當(dāng)?shù)劐^，并通過2根鋼絲繩將推土機(jī)和起重機(jī)械臂桿頂部相連，在夯錘起吊過程中發(fā)揮穩(wěn)定作用。

3.2 施工參數(shù)

強(qiáng)夯施工主要包括夯擊能、夯擊次數(shù)、加固深度、夯擊遍數(shù)、夯擊間隔、夯擊點(diǎn)位布設(shè)等參數(shù)。強(qiáng)夯過程中，主要根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)條件、施工技術(shù)水平及工程設(shè)計(jì)要求等綜合確定，當(dāng)前并無成熟且統(tǒng)一的計(jì)算方法。

為保證夯實(shí)質(zhì)量避免路基下沉，對已填至K253+500的填土厚度超出4m的填方段進(jìn)行強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工，具體采用點(diǎn)夯和滿夯兩種夯擊施工方式，夯錘落距7.0m，夯擊能1120kN·m，夯擊次數(shù)7次。

3.3 施工流程

每一遍夯擊按照下列步驟：第一遍夯擊點(diǎn)位測放并測量場地高程→夯擊就位→夯擊施工前錘頂高程測量→將夯錘起吊至設(shè)計(jì)高度并自由下落夯擊，再次測量錘頂高程→按照設(shè)計(jì)夯擊次數(shù)及夯擊施工要求，完成一個夯擊點(diǎn)夯擊施工→順次完成第一遍所有夯擊點(diǎn)夯擊施工→通過1臺T1-150型推土機(jī)推平夯坑后進(jìn)行場地高程測量→7d后沿上述程序進(jìn)行第二遍夯擊→以設(shè)計(jì)低能量滿夯并測量夯擊后場地高程。

3.4 停夯標(biāo)準(zhǔn)

按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，對于夯擊能＜4000kN·m/擊的情況，最后兩擊夯沉量均值應(yīng)≤5cm，且夯擊坑周圍地面不能出現(xiàn)大幅度隆起，也不能因夯坑深度過大而增加起錘難度，夯擊次數(shù)通常控制在8擊。本高速公路工程強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)夯擊次數(shù)為7擊，其余停夯標(biāo)準(zhǔn)均符合規(guī)范要求[4]。

3.5 夯擊質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及效果檢驗(yàn)

3.5.1 夯擊質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

為保證該山區(qū)高速公路填石路基強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工質(zhì)量，在施工前的準(zhǔn)備階段必須全面檢查夯錘質(zhì)量和尺寸，嚴(yán)格控制落距，保證排水設(shè)施，加強(qiáng)夯實(shí)地基土質(zhì)勘察。在夯擊施工過程中，必須隨時檢查夯錘落距、夯擊遍數(shù)、夯擊點(diǎn)位置及夯實(shí)范圍等參數(shù)。夯實(shí)施工結(jié)束后，按設(shè)計(jì)要求檢查夯實(shí)地基強(qiáng)度及承載力。質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)詳見下表。

表1 填石路基強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

3.5.2 夯擊效果檢驗(yàn)

本工程主要通過實(shí)際夯擊效果進(jìn)行施工方案是否可行以及施工參數(shù)是否合理的判斷，夯擊效果試驗(yàn)主要包括彎沉值試驗(yàn)、壓實(shí)度試驗(yàn)、夯沉量統(tǒng)計(jì)、承載力檢驗(yàn)及觸探測試試驗(yàn)等。本工程主要選取夯沉量、壓實(shí)度兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行夯實(shí)效果檢驗(yàn)。

⑴夯沉量試驗(yàn)

為進(jìn)行合適的夯擊次數(shù)的確定以評價夯實(shí)效果，本次夯沉量試驗(yàn)中主要選取10個夯擊點(diǎn)并記錄夯擊點(diǎn)沉降量觀測和計(jì)量，并以夯沉量均值為縱軸，以夯擊次數(shù)為橫軸繪制沉降曲線[5]。沉降曲線表明，夯擊測點(diǎn)處夯沉量先由小變大而后又逐漸減小，待夯擊次數(shù)達(dá)6次后夯沉量均值便降至5cm以下。

⑵壓實(shí)度檢驗(yàn)

本工程采用φ15cm灌砂筒并選取10個測點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)前后填石路基壓實(shí)度檢測，數(shù)據(jù)及對比情況詳見下表。根據(jù)壓實(shí)度檢測結(jié)果的對比，強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)后填石路基壓實(shí)度提升率最低為4.33%，最高為6.06%，平均提高5.16%，且強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)工后壓實(shí)度均超出98%的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

表2 強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)前后填石路基壓實(shí)度檢測結(jié)果

動力觸探試驗(yàn)結(jié)果表明，已經(jīng)填至K253+500的填土厚度超出4m的填方段地基承載力特征值≥300kPa，壓縮模量≥12MPa，且強(qiáng)夯加固深度有效值已達(dá)基巖面，均符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

本工程施工結(jié)果表明，強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)法對于已經(jīng)填至K253+500的填土厚度超出4m的填方段夯實(shí)加固效果顯著。當(dāng)前，公路填石路基已經(jīng)完成交驗(yàn)，且為出現(xiàn)下沉等病害，本工程強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)用于填石路基加固處理對于類似工程具有指導(dǎo)借鑒價值。施工技術(shù)水平及現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)范規(guī)程要求加強(qiáng)對強(qiáng)夯加固效果評價，對施工參數(shù)設(shè)計(jì)、加固機(jī)理、夯實(shí)點(diǎn)布設(shè)等的設(shè)計(jì)與控制，以促進(jìn)填石路基強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工效果的不斷提升。