高填方路基試驗(yàn)段強(qiáng)夯施工研究

鞏吉桓

(中鐵十九局集團(tuán)第六工程有限公司，江蘇 無錫 214000)

1 高填方路基試驗(yàn)段概況

鐵路施工標(biāo)段路基里程DK358+000～DK361+255，全長3 255 m，其中含大橋長430.55 m，中橋長91.43 m。主要工程內(nèi)容包括開挖土石方總量882 776 m3，其中車站開挖土石方660 885 m3，區(qū)間開挖土石方總量221 891 m3；填方總量315 998 m3，其中站場填方總量87 083 m3，區(qū)間填方總量228 915 m3?？傮w地形上中間高，南北兩側(cè)低，最高點(diǎn)位于場區(qū)中北部，高程235. 76 m，最低點(diǎn)為江邊，高程為131.40 m，相對高差大。西北側(cè)地形起伏較陡，一般地形坡腳5°～25°，局部有巖質(zhì)陡坎；中部及南側(cè)地形起伏較緩，一般0°～8°。路基所在地屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，熱量豐富，降水充沛，光照不足，四季分明。多年平均氣溫18.l ℃，極端最高氣溫42.2 ℃，極端最低氣溫-2.7 ℃，平均最高氣溫34.2 ℃，最熱月平均氣溫28.6 ℃，最冷月平均氣溫7.1 ℃。多年平均降雨量1 072.3 mm，歷年最多降雨量為1 363.4 mm。該場地屬高回填區(qū)域，回填料主要以頁巖、砂巖為主，回填分布不均勻，自然承載力很低，容易發(fā)生沉降，須采用強(qiáng)夯進(jìn)行加固處理，以提高路基承載力，消除路基沉降。強(qiáng)夯試驗(yàn)段施工采用機(jī)械見表1。

表1 施工采用機(jī)械表

2 高填方路基試驗(yàn)段強(qiáng)夯施工

強(qiáng)夯是采用強(qiáng)夯施工機(jī)械對土體施加高能量從而夯實(shí)土體的一種方法，強(qiáng)夯施工機(jī)械主要由起重機(jī)械、鋼絲繩、吊鉤、夯錘等設(shè)備組成。強(qiáng)夯施工時(shí)，起重機(jī)械吊起十幾噸甚至幾十噸的夯錘，把夯錘從幾米甚至幾十米的高度放下，夯錘在重力作用下瞬間給路基巨大的沖擊能量，在路基中形成強(qiáng)大的沖擊波，進(jìn)而對土體產(chǎn)生巨大的沖擊力，使土顆粒重新排列，土的孔隙體積減小，并使得夯擊點(diǎn)周圍土體出現(xiàn)液化產(chǎn)生裂縫，土體孔隙中的氣體和水通過裂縫形成的通道排出，土體發(fā)生固結(jié)密實(shí)，從而提高路基承載力[1-2]。結(jié)合路基填筑高度及路基現(xiàn)場實(shí)際情況，本工程采用夯擊能3 000 kJ的強(qiáng)夯機(jī)械施工。

(1)強(qiáng)夯施工前，應(yīng)選擇具有代表性的小范圍填土較厚地塊進(jìn)行試夯。對強(qiáng)夯試夯地塊的夯錘震動(dòng)影響范圍、各夯錘沉量、沉降量、填土密實(shí)度等強(qiáng)夯效果進(jìn)行現(xiàn)場檢測，并對照路基施工要求，優(yōu)化和調(diào)整強(qiáng)夯的夯擊間隔時(shí)間、夯擊遍數(shù)、收錘標(biāo)準(zhǔn)、單點(diǎn)夯擊次數(shù)、夯點(diǎn)間距等強(qiáng)夯施工參數(shù)，為后續(xù)開展路基試驗(yàn)段強(qiáng)夯施工提供施工工藝及參數(shù)依據(jù)[3-4]。施工過程中發(fā)現(xiàn)強(qiáng)夯實(shí)際填料與填方路基填土存在明顯差異時(shí)，應(yīng)換用與路基一樣的填料重新進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)。

(2)經(jīng)試夯后確定高填方強(qiáng)夯試驗(yàn)段夯點(diǎn)布置見圖1，強(qiáng)夯遍數(shù)為三遍，第一遍、第二遍采用點(diǎn)夯，夯點(diǎn)采用間距為6 m的正方形布置，采用重20 t夯錘，錘徑Ф2.2 m，落距為15 m，夯擊能為3 000 kJ，夯擊次數(shù)為11次；第三遍采用滿夯，夯擊次數(shù)為2次。第一遍夯擊完畢后，采用裝載機(jī)倒土，推土機(jī)找平的方式回填夯坑，并將夯坑周圍土體推至坑內(nèi)，使夯坑內(nèi)土體比周圍土體高50～100 mm。碾壓采用重型振動(dòng)壓路機(jī)震動(dòng)平整壓實(shí)[5]。通過對夯擊間隔時(shí)間對強(qiáng)夯效果影響的研究發(fā)現(xiàn)，夯擊能消散較快，夯擊間隔時(shí)間對強(qiáng)夯效果影響小。因此，第一遍強(qiáng)夯后直接進(jìn)行第二遍點(diǎn)夯，夯點(diǎn)設(shè)置在第一遍夯點(diǎn)的正中間，間距為6 m。第二遍強(qiáng)夯后直接進(jìn)行最后一遍滿夯，滿夯應(yīng)控制好夯點(diǎn)間距，保證兩次夯錘重疊達(dá)到夯錘直徑的一半。常規(guī)壓實(shí)路基與高填方強(qiáng)夯路基的過渡夯區(qū)點(diǎn)夯夯擊能為1 500 kJ，采用重20 t夯錘，錘徑Ф2.2 m，落距為7.5 m。

圖1 強(qiáng)夯施工夯點(diǎn)布置圖

(3)高填方路基強(qiáng)夯施工流程。①施工放樣、測量。按照強(qiáng)夯夯點(diǎn)布置圖，先對夯點(diǎn)進(jìn)行編號，再在現(xiàn)場根據(jù)夯點(diǎn)的設(shè)計(jì)中心位置用打小木樁或散石灰方法定出夯點(diǎn)位置，保證現(xiàn)場夯點(diǎn)與設(shè)計(jì)夯點(diǎn)的位置偏差不超過5 cm。為測試各夯點(diǎn)中心的標(biāo)高，在不受強(qiáng)夯影響的地方設(shè)置測量用水準(zhǔn)點(diǎn)。為測量夯點(diǎn)周邊土體隆起及夯坑的夯沉位移情況，選2～3個(gè)夯點(diǎn)，在選擇的夯點(diǎn)四周設(shè)置4～5個(gè)高程測量點(diǎn)。點(diǎn)夯、滿夯施工采取由路基中線依次向路基兩邊的順序進(jìn)行。②第一遍點(diǎn)夯施工。夯實(shí)施工前，應(yīng)先測量好夯錘頂標(biāo)高，起重機(jī)就位后夯錘對準(zhǔn)夯點(diǎn)，把夯錘往上提升到離路基頂面15 m高度時(shí)，停止提錘至夯錘不擺動(dòng)時(shí)，落下脫鉤，使夯錘自由下落。如發(fā)現(xiàn)夯錘傾斜落入夯坑中，且傾斜度大于20°時(shí)，應(yīng)用土填平夯坑后才能進(jìn)行后一次夯實(shí)施工[6]。對最后兩次夯實(shí)的夯沉量進(jìn)行測量，保證兩次的平均夯沉值不大于5 cm，周邊土體隆起高度不超過10 cm。對常規(guī)壓實(shí)路基與高填方強(qiáng)夯路基的過渡夯區(qū)，夯錘往上提升離路基頂面的距離為7.5 m。③夯坑回填及第二遍點(diǎn)夯施工。第一遍點(diǎn)夯施工完成后，用裝載機(jī)倒土，推土機(jī)將夯坑四周土體推至坑內(nèi)，使夯坑內(nèi)土體比周圍土體高50～100 mm，用大型振動(dòng)壓路機(jī)對夯區(qū)土體進(jìn)行壓實(shí)。再采用第一遍點(diǎn)夯同樣的施工方法進(jìn)行第二遍點(diǎn)夯施工，完成后再按第一遍回填方法進(jìn)行夯坑回填。④第三遍普夯，每個(gè)點(diǎn)擊實(shí)2次，按滿夯一夯壓半夯考慮，即相鄰兩次強(qiáng)夯的錘印應(yīng)搭接二分之一，將場地夯實(shí)。

3 高填方路基試驗(yàn)段強(qiáng)夯效果檢測

為分析強(qiáng)夯擊實(shí)效果，采用水平儀對測點(diǎn)的夯沉量進(jìn)行測定，結(jié)果見圖2～圖6。為檢測強(qiáng)夯對路基承載力和夯實(shí)深度的影響效果，第三遍普夯完成后，隨機(jī)選取3處夯點(diǎn)進(jìn)行地基承載力及瑞雷波面波試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖7和表2。

圖2 同一測點(diǎn)強(qiáng)夯次數(shù)與平均夯沉量的關(guān)系曲線

圖3 同一測點(diǎn)強(qiáng)夯次數(shù)與總夯沉量的關(guān)系曲線

圖4 點(diǎn)夯最后兩次擊實(shí)平均夯沉量

圖5 點(diǎn)夯總夯沉量

圖6 第三遍強(qiáng)夯測試結(jié)果

圖7 路基承載力試驗(yàn)荷載與位移關(guān)系曲線

由圖2可知，強(qiáng)夯次數(shù)小于10時(shí)，同一測點(diǎn)平均夯沉量隨夯擊次數(shù)的增加逐步減小，在次數(shù)為10時(shí)，達(dá)到最??；由圖3可知，同一測點(diǎn)總夯沉量隨夯實(shí)次數(shù)的增加逐漸增加，但增加量逐漸減??；由圖4～圖6可知，點(diǎn)夯最后兩次夯擊的平均夯沉量均小于5 cm，隨著夯擊遍數(shù)的增加，各測點(diǎn)的夯沉量逐漸趨于平穩(wěn)，土體第三遍強(qiáng)夯的總夯沉量均小于10 cm。由圖7得到路基承載力均大于400 kPa，由表2得到夯擊能影響深度均大于8 m；強(qiáng)夯后路基土的物理力學(xué)性質(zhì)已有明顯改善，路基承載力及強(qiáng)夯影響深度均滿足高填路基強(qiáng)夯施工要求。

表2 瑞雷波檢測結(jié)果

4 結(jié) 論

該鐵路施工段高填路基采用的開山石料回填料滲透性較好，夯擊能消散較快，強(qiáng)夯施工可連續(xù)進(jìn)行。點(diǎn)夯夯錘重為20 t，錘徑Ф2.2 m，點(diǎn)夯2遍，夯點(diǎn)間距為6 m，落距15 m，每點(diǎn)夯擊10擊。第一遍夯擊完成并夯坑回填好后即可進(jìn)行第2遍點(diǎn)夯施工。完成第二遍點(diǎn)夯及夯坑回填后即可進(jìn)行滿夯施工，滿夯夯錘重20 t，滿夯夯擊1遍，夯點(diǎn)間距為每夯按錘徑壓半夯，落距15 m，每點(diǎn)夯擊2擊。常規(guī)壓實(shí)路基與高填方強(qiáng)夯路基的過渡夯區(qū)，點(diǎn)夯夯擊能為1 500 kJ，采用重20 t夯錘，錘徑Ф2.2 m，落距為7.5 m。采用試驗(yàn)段確定的強(qiáng)夯施工參數(shù)及流程，安全高效地完成了該高填方路基段的強(qiáng)夯施工，壓實(shí)度、承載力等各項(xiàng)路基施工質(zhì)量控制指標(biāo)均滿足規(guī)定要求，表明該強(qiáng)夯施工方法是成功的，可在同類工程中推廣使用。