路橋工程項(xiàng)目建設(shè)中的軟土地基施工工藝

董東陽(yáng)

（中交一公局西北工程有限公司，陜西西安 710199）

1 工程概況

該工程的K2+860～K3+200路段具有明顯的山間洼地特征，地表人工填土厚度約4 m，且比較松散，下面附著淤泥質(zhì)黏土和淤泥。結(jié)合該工程的實(shí)際情況，需要采取強(qiáng)夯的措施對(duì)人工填土和軟土進(jìn)行處理。

2 施工準(zhǔn)備

在強(qiáng)夯施工前，將地下障礙物和地表雜物全部清理干凈。強(qiáng)夯控制區(qū)域?yàn)槁坊吰履_之外的2 m范圍內(nèi)，在路基坡腳處設(shè)置一排墩位；在路基兩側(cè)坡腳2 m以外的位置設(shè)置排水溝、防震溝，深度為3 m。

在強(qiáng)夯施工的過(guò)程中，及時(shí)修復(fù)擠壓變形的防震溝，將應(yīng)力及時(shí)釋放。在強(qiáng)夯施工前，準(zhǔn)確計(jì)算夯錘的起吊高度，做好精準(zhǔn)放樣工作。

3 施工工藝

3.1 選擇設(shè)備

在起吊夯錘時(shí)，使用30 t的履帶式起重機(jī)完成起吊施工，夯錘的底面積為5 m2，同時(shí)準(zhǔn)備脫鉤器和圓形平底錘。

3.2 夯機(jī)就位

夯錘起吊時(shí)，使用起重機(jī)完成起吊施工，夯錘與夯點(diǎn)中心位置對(duì)齊，緩慢地將夯錘落下。

測(cè)量錘面標(biāo)高時(shí)，使用水準(zhǔn)儀完成測(cè)量施工，多次觀測(cè)夯錘保持在同一點(diǎn)上時(shí)，并使用油漆做好標(biāo)記。

計(jì)算夯錘提升高度（H）時(shí)，以單點(diǎn)夯擊能為依據(jù)，H=1 500/（16×9.8）=9.6 m。

夯擊施工時(shí)，在砂礫土表面添加厚度為15 cm的素土，使碎石不會(huì)出現(xiàn)飛濺的情況。以夯點(diǎn)為中心，70 m的范圍之內(nèi)作為施工區(qū)域，安排專人負(fù)責(zé)疏導(dǎo)過(guò)往的行人和車輛。

3.3 夯擊施工

強(qiáng)夯施工的具體情況如圖1所示。

圖1 強(qiáng)夯法施工

夯擊施工時(shí)，起重機(jī)緩慢地將夯錘提升至9.5 m高度，夯錘自動(dòng)脫鉤，夯錘以自由落體的方式對(duì)砂礫墊層實(shí)施夯擊，測(cè)量人員對(duì)夯錘的錘面標(biāo)高進(jìn)行觀測(cè)，錘面標(biāo)高與夯前的標(biāo)高差為第一夯擊施工的夯沉量。以此類推完成后續(xù)的夯擊施工，并記錄每次夯擊施工的夯沉量，每點(diǎn)的夯擊次數(shù)為5次。

在下一次夯擊施工前，如發(fā)現(xiàn)錘體歪斜，需要采取人工補(bǔ)料的方式將其墊平，并重新夯擊，這樣能夠有效杜絕夯擊后液化土層擁擠到一起，出現(xiàn)地表隆起的情況。

3.4 滿夯施工

受外界環(huán)境因素影響，強(qiáng)夯施工段落不能過(guò)長(zhǎng)，每一個(gè)施工段的長(zhǎng)度設(shè)置為100 m。在飽和黃土厚度較小的情況下，處于流塑狀態(tài)時(shí)，在瞬時(shí)沖擊荷載的作用下，飽和黃土內(nèi)的孔隙水壓力會(huì)急劇上升，使孔隙水壓力比覆土自重壓力大很多。瞬時(shí)沖擊荷載消失后，在外荷載的作用下，飽和黃體自重壓力數(shù)值得到及時(shí)恢復(fù)，土體內(nèi)部水壓力比外荷孔隙水壓力大很多，與四周低壓區(qū)比較，會(huì)有較高的水力梯度出現(xiàn)，使孔隙水向四周低壓區(qū)擴(kuò)散，尤其會(huì)向壓差比較大的土體上部沖擊，并在飽和黃土土體中形成網(wǎng)狀縫隙，使飽和黃土內(nèi)空隙水快速排放。

下部的天然卵石層能夠發(fā)揮高效的排水作用，但是卵石層自身處于飽水狀態(tài)，受上覆土壓力的影響，飽和黃土中的孔隙水會(huì)通過(guò)卵石填土快速排放出去。沙礫填層使飽和黃土處于兩層透水層的中間，受夯錘沖擊應(yīng)力的影響，瞬間飽和黃土上表面和下表面的壓力會(huì)急劇增加，使飽和黃土出現(xiàn)網(wǎng)狀裂隙，加快飽和黃土排水壓縮的速度。

強(qiáng)夯施工一段時(shí)間后，卵石填土飽和度達(dá)到約80%，充分證明了上述結(jié)論。上下堅(jiān)硬卵石層中間是軟弱下臥層，在承受上部沖擊應(yīng)力作用的同時(shí)，也會(huì)受下部天然卵石層的反作用力，加快排水的速度，顯著提升地基的處理效果和處理水平。

以滿夯夯擊能700 kN·m為核心，計(jì)算夯錘的實(shí)際提升高度H'=700/（16×9.8）=4.5 m。

在滿夯的情況下，每一個(gè)夯點(diǎn)彼此搭接的距離約為四分之一。需要做好連續(xù)夯擊施工工作，從一端向另一端逐點(diǎn)移動(dòng)，直到整個(gè)施工段完成夯擊施工。在滿夯施工完成后，對(duì)路線中線進(jìn)行再一次恢復(fù)，做好強(qiáng)夯施工后的墊層標(biāo)高測(cè)量工作，記錄好測(cè)量結(jié)果。

4 施工監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)孔隙水壓力

通過(guò)監(jiān)測(cè)孔隙水壓力獲取孔隙水壓力消散時(shí)間，精確地獲取兩次夯擊施工的間隔時(shí)間。

4.2 監(jiān)測(cè)夯沉量

在強(qiáng)夯施工的過(guò)程中，做好每個(gè)夯點(diǎn)的夯沉量監(jiān)測(cè)工作，從夯沉量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)分析，每個(gè)夯點(diǎn)的夯沉量保持為約1.5 m，在強(qiáng)夯3～4遍后，總夯沉量保持在約1 m，平均總夯沉量大致為0.7 m。動(dòng)力排水固結(jié)1區(qū)和動(dòng)力排水固結(jié)2區(qū)的平均總夯沉量均設(shè)置為0.7 m，動(dòng)力排水固結(jié)3區(qū)的總夯沉量平均值設(shè)置為0.8 m，動(dòng)力排水固結(jié)4區(qū)的總夯沉量平均值設(shè)置為0.6 m。

5 分析與評(píng)價(jià)施工效果

5.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

（1）監(jiān)測(cè)孔隙水壓力。

設(shè)置55個(gè)觀測(cè)孔隙水壓力的觀測(cè)點(diǎn)，依據(jù)強(qiáng)夯次數(shù)將其劃分為A-L區(qū)、M1-G2區(qū)兩個(gè)區(qū)。A-L區(qū)的觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置為24個(gè)，點(diǎn)夯次數(shù)為4，滿夯的次數(shù)設(shè)置為1；M1-G2區(qū)的觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置為21個(gè)，點(diǎn)夯次數(shù)為3，滿夯的次數(shù)設(shè)置為1。在觀測(cè)點(diǎn)位置處設(shè)置3個(gè)孔隙水壓力計(jì)，壓力計(jì)的埋深分別為2、6、10 m，當(dāng)壓力計(jì)的讀數(shù)趨于穩(wěn)定后，可以開(kāi)展強(qiáng)夯施工。在強(qiáng)夯施工的過(guò)程中，每天監(jiān)測(cè)1次孔隙水壓力。全面分析現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的空隙水壓力結(jié)果發(fā)現(xiàn)，孔隙水壓力消散較快，基本在3 d內(nèi)全部消散，接著開(kāi)始第二遍夯擊，確保整個(gè)工程在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)交工。

（2）監(jiān)測(cè)夯沉量。

強(qiáng)夯施工使每個(gè)夯區(qū)的每一個(gè)夯點(diǎn)的夯沉量和總夯沉量約為1.5 m，在完成3～4遍強(qiáng)夯施工后，總夯量約為1 m，平均總夯沉量約為0.7 m。分析現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)夯施工記錄發(fā)現(xiàn)，第一遍強(qiáng)夯施工的第一擊沉降量最大，總夯沉量能夠達(dá)到約1.5 m，表明上部土層結(jié)構(gòu)非常的松散，不夠密實(shí)。

第二遍強(qiáng)夯的每一次夯擊沉降量均比第一遍夯擊略小，表明實(shí)現(xiàn)了軟弱土層的初步加固。

第三遍強(qiáng)夯的每一次夯擊沉降量比第一遍和第二遍夯擊略小，表明軟弱土層已經(jīng)得到了一定程度的加固。

第四遍強(qiáng)夯動(dòng)力排水固結(jié)4區(qū)時(shí)，每一次夯擊的沉降量降低得非常明顯，6擊總夯沉量保持在1.3 m的收錘標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，有的夯點(diǎn)需要7擊才能使總夯沉量滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明軟弱土層進(jìn)行四遍強(qiáng)夯具有明顯的加固效果[1]。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

在現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，檢測(cè)了科技中心軟基處理工程強(qiáng)夯施工的土工參數(shù)、標(biāo)貫參數(shù)、靜荷載、靜力觸探以及瑞雷波等相關(guān)信息。在檢測(cè)完成以后，采取強(qiáng)夯處理的科技中心場(chǎng)地的地質(zhì)情況發(fā)生了根本性的改變，提升了4 m以內(nèi)土層的土工參數(shù)，地基承載力特征值達(dá)到約130 kPa；4～8 m土層的土工參數(shù)也發(fā)生了一定程度改變，地基承載力特征值達(dá)到約100 kPa；8～12 m土層的土工參數(shù)有所提升，但是絕大多數(shù)的孔砂液化基本消失，有些孔砂土液化逐漸從“中等-嚴(yán)重”向“不液化-輕微”方向轉(zhuǎn)變；填土層自重固結(jié)完成后，上部軟弱土層的附加固結(jié)隨之完成，樁上部土層摩阻力達(dá)到正值范疇。檢測(cè)方法、頻率和允許的偏差如表1所示。

表1 檢測(cè)方法、頻率和允許的偏差

以往使用的強(qiáng)夯法能夠?qū)? m內(nèi)的范圍起到較好的促進(jìn)作用，全面分析本次檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)夯施工改善了12 m范圍內(nèi)的深部砂層液化現(xiàn)象，有些位置的有效影響深度超過(guò)12 m。強(qiáng)夯施工瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)大能量促使強(qiáng)夯施工產(chǎn)生的附加應(yīng)力順著袋裝砂井和塑料排水板形成水柱，將應(yīng)力快速傳遞至土體內(nèi)部，拓展強(qiáng)夯的影響深度。

強(qiáng)夯施工結(jié)束后，開(kāi)始鉆孔灌注樁施工。從成孔質(zhì)量和施工情況進(jìn)行分析，沒(méi)有塌方的情況出現(xiàn)，而且成孔質(zhì)量非常好，樁的實(shí)際成孔直徑能夠滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，表明強(qiáng)夯施工實(shí)現(xiàn)了軟弱土層排水固結(jié)的作用。

科技中心的原設(shè)計(jì)總樁數(shù)為1 500條，在強(qiáng)夯處理后，上部軟弱土層實(shí)現(xiàn)了排水固結(jié)，改善了深部砂土層的液化現(xiàn)象；在靜荷載試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)夯處理最大限度地提升了單樁的承載力，因此，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以不考慮負(fù)摩擦力。

在地下水基坑支護(hù)施工時(shí)，放坡挖掘絕大部分的基坑原土層，使用攪拌樁支護(hù)的策略來(lái)處理局部軟弱地層。仔細(xì)分析實(shí)際施工情況，發(fā)現(xiàn)該基坑支護(hù)的效果比較理想，沒(méi)有邊坡滑移或塌方的情況出現(xiàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

軟土地基的含水量非常大，承載力比較差，很難滿足施工的各項(xiàng)要求。施工單位需要做好施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作，從軟土地基的實(shí)際情況出發(fā)，制定完善的軟土地基處理預(yù)案。在軟土地基施工時(shí)，認(rèn)真貫徹落實(shí)施工工藝流程，嚴(yán)格管控施工質(zhì)量，確保每一道工序均滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)完成施工建設(shè)任務(wù)，顯著提升軟土地基的穩(wěn)定性和承載能力。