粵東山區(qū)高液限土路堤強夯處理試驗研究

王宏權(quán)

(廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510000)

強夯法作為常見的地基處理方法之一，在道路工程中廣泛應用。吳發(fā)展[1]等開展了寶坪高速硬質(zhì)隧道棄渣填筑的路堤試驗段強夯施工技術(shù)研究來確定強夯施工參數(shù)。王剛[2]開展了強夯3 000 kN·m夯擊能的軟弱地基加固處理效果檢測，得到了有效加固深度。王釹承[3]利用Abaqus軟件建立了夯錘-路基模型，通過分析路基內(nèi)部動應力響應及位移法分布，得到了2 000 kN·m的土石混合料路基強夯施工控制參數(shù)。劉建華[4]開展了高液限紅黏土填方路基試驗研究，總結(jié)了強夯前后填土物理力學性質(zhì)及抗剪強度變化規(guī)律。郭偉林[5]等闡明了強夯加固飽和黏性土的機理，祝磊[6]等對公路拓寬路基試驗段內(nèi)的1 000 kN·m強夯夯沉量、孔隙水壓力變化進行了研究，得到了夯擊遍數(shù)的間隔時間。許美旗[7]等介紹了強夯法在市政道路軟土路基處理中的應用情況，蒙建強[8]針對廣西高速公路填土路堤開展了1 200 kN·m強夯試驗研究，呂建兵[9]介紹了廣東東莞軟基強夯加固施工工藝，總結(jié)了強夯加固軟土機理。沈斌斌[10]基于PLAXIS軟件探究了強夯作用下路基土的變形規(guī)律，并提出了強夯作用下路堤水平位移抑制措施。馮美碩[11]開展了山區(qū)高填方路基強夯追密試驗，研究了不同夯擊能下夯錘周邊土體產(chǎn)生隆起的差異和夯擊基數(shù)與夯沉量之間的關(guān)系。鄧通發(fā)[12]等開展了黏性土地基強夯地面變形的模型試驗研究，建立了夯坑深度與所取得的土質(zhì)參數(shù)和施工參數(shù)間的相關(guān)方程。

1 計算參數(shù)的選取

該高速公路位于粵東山區(qū)，中低山地貌區(qū)夾山間洼地，沿線高液限土廣泛分布，主要以全風化、強風化燕山期花崗巖坡殘積土為主。根據(jù)勘察成果，土體物理力學參數(shù)見表1。

表1 土體物理力學參數(shù)表

2 強夯施工技術(shù)參數(shù)

2.1 施工機械

采用帶自動脫鉤裝置的履帶式起重機，點夯采用20 t重圓形夯錘，直徑1.2 m；滿夯采用12 t重圓形夯錘，直徑2.0 m，底面設(shè)置4個與頂面貫通的排氣孔。

2.2 夯點布置設(shè)計

點夯夯點按正方形布置設(shè)計，間距6 m，夯擊遍數(shù)為2遍，第1遍與第2遍夯點布置整體呈梅花型。滿夯夯點間距1.5 m，夯擊遍數(shù)為2遍。

2.3 點夯施工

首先按照試驗方案進行夯點布置放樣，夯點位置應清晰、準確，錘位偏差不得超過5 cm，夯點需記錄、編號，并對各個夯點夯前標高進行準確測量，作為強夯施工前后各測點沉降量的基準值。點夯施工前，應選取一定數(shù)量的夯點，進行夯前壓實度檢測。

點夯夯擊能擬采用1 000 kN·m、2 000 kN·m和3 000 kN·m三個等級，夯錘對應落距分別為5 m、10 m和15 m；現(xiàn)場在強夯機鋼絲繩上方分別用長鋼卷尺量取夯擊需提升的高度，并做好紅色標記。

(2)試驗段點夯夯擊方案

現(xiàn)場選取K106+272～K106+294段左幅典型高液限土路堤做為點夯試驗段，試驗段區(qū)域大小為22 m×22 m。

點夯第1遍共16個夯點，其中：1#～4#點(縱向第1排)夯擊能采用1 000 kN·m，5#～8#點(縱向第2排)夯擊能采用2 000 kN·m，9#～16#點(縱向第3～4排)夯擊能采用3 000 kN·m；點夯第2遍共9個點，A點、B點和C點(縱向第1排)夯擊能采用1 000 kN·m，D點、E點和F點(縱向第2排)夯擊能采用2 000 kN·m，G點、H點和I點(縱向第3排)3 000 kN·m。

(3)終錘標準

點夯擊數(shù)應根據(jù)現(xiàn)場試驗段得到的夯擊擊數(shù)和夯擊沉量關(guān)系曲線確定，試驗段終錘標準主要滿足下列條件：

我的爸爸身材高大，圓圓的腦袋上長著濃密的黑發(fā)。高高的鼻梁上架著一副近視眼鏡，一雙炯炯有神的眼睛閃爍著智慧的光芒，一看就是一個有知識的人。他也特別強壯，他年輕時還用肌肉夾蚊子，向我炫耀說，我笑得前仰后合。

①最后兩擊的平均夯沉量不應大于50 mm；

②夯坑周圍填筑面不應有大的隆起；

③不應因夯坑過深而發(fā)生提錘困難。

點夯應自中間向兩側(cè)依次施工，施工過程應記錄每個夯點的夯擊次數(shù)和沉降量，達到收錘標準后，進行坑底清理并開展坑底壓實度檢測；第一遍夯擊施工完成后，進行場地平整，填平夯坑并進行碾壓壓實后，進行第二遍夯擊。第二遍點夯施工結(jié)束后，重復第一遍步驟完成夯坑的填平及場地的平整、碾壓工作后，測量點夯施工結(jié)束后路堤頂面場地標高。

點夯結(jié)束后，選取不同夯擊能下的夯點坑底壓實度檢測結(jié)果，并與夯前壓實度進行對比，見表2。

表2 點夯前后壓實度對比表

從表2可以看出，不同夯擊能下，點夯施工結(jié)束后，單個夯點之間壓實度提高值差別不大，相差基本在1%左右；點夯第一遍各點壓實度提高均不低于2.8%，試驗段壓實度平均提高約3.2%；點夯第二遍各點壓實度提高均不低于2.9%，試驗段壓實度平均提高約3.1%；點夯第一遍和第二遍施工結(jié)束后，試驗段整體壓實度平均提高3%。

同時，點夯施工結(jié)束后，選取不同斷面路堤頂面標高測量結(jié)果，并與夯前標高進行對比，見表3。

表3 點夯夯點沉降表

從表3可看出，點夯結(jié)束后，場地經(jīng)平整碾壓再壓實后，路堤頂面總體沉降在35～36 cm，路基整體壓實效果得到進一步提升。

2.4 滿夯施工

點夯施工完成后進行滿夯施工。滿夯夯擊能采用1 000 kN·m，滿夯夯錘重12 t，夯錘落距為10 m。滿夯與點夯施工工藝基本一致，滿夯錘印彼此搭接50 cm，以最后兩擊的夯沉量小于50 mm作為收錘標準，滿夯布置圖如圖1所示。

圖1 試驗段滿夯布置方案

滿夯施工過程中，應詳細記錄夯點夯擊次數(shù)、夯沉量、壓實度等數(shù)據(jù)，滿夯完成后，并在點夯夯點對應位置處，對夯擊面3.5 m深度內(nèi)路基填土進行壓實度檢測。

滿夯結(jié)束后，選取不同位置夯點坑底及坑底下3.5 m內(nèi)壓實度檢測結(jié)果進行分析，見表4。

通過對比表2和表4可以看出，滿夯施工結(jié)束后，試驗段路堤壓實度較點夯結(jié)束后均有所提升，滿夯結(jié)束后，試驗段路堤頂面整體平均壓實度在98%以上；同時，點夯和滿夯施工結(jié)束后，試驗段路堤頂面3.5 m范圍內(nèi)路基壓實度也得到加強，平均壓實度不低于96%。

表4 滿夯后壓實度檢測表 單位：%

滿夯施工結(jié)束后，選取不同斷面路堤頂面標高測量結(jié)果，并與夯前標高進行對比，見表5。

從表5可以看出，滿夯施工結(jié)束后，試驗段路堤頂面總體平均沉降在16 cm左右。

表5 滿夯后沉降測量表

2.5 夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系

點夯和滿夯各遍施工結(jié)束后，通過測量不同夯擊能下和不同夯擊擊數(shù)下的路堤沉降差，繪制夯擊沉降差與夯擊次數(shù)關(guān)系曲線，如圖2～圖5所示。

從圖2和圖5可以看出，隨夯擊擊數(shù)和夯擊遍數(shù)的增加，單點夯擊沉降差逐漸減小，且夯擊沉降差與夯擊能呈正相關(guān)，夯擊擊數(shù)與夯擊能呈負相關(guān)。

圖2 點夯第一遍夯擊沉降差

圖3 點夯第二遍夯擊沉降差

圖4 滿夯第一遍夯擊沉降差

圖5 滿夯第二遍夯擊沉降差

點夯夯擊擊數(shù)在4～6次時，基本達到終錘標準，其中3 000 kN·m夯擊能下，點夯夯擊擊數(shù)為4擊；2 000 kN·m夯擊能下，點夯夯擊擊數(shù)為5擊；1 000 kN·m夯擊能下，點夯夯擊擊數(shù)為6擊。

同時，滿夯夯點夯擊沉降差隨夯擊遍數(shù)和夯擊擊數(shù)的增加，單點夯擊沉降差也呈逐漸減小趨勢；滿夯擊數(shù)為3次時，基本可滿足現(xiàn)場要求，達到收錘標準。

3 路基沉降及位移觀測

路基施工過程中，在K106+280路基斷面位置埋設(shè)有中部沉降板，在K106+290左側(cè)路基平臺上埋設(shè)有位移邊樁，位移邊樁距離坡腳1 m。

路基填筑和強夯施工過程，每周定期開展路基沉降觀測和位移監(jiān)測，如圖6和圖7所示，現(xiàn)場實測沉降、位移觀測結(jié)果表明，強夯施工期(2019年9月下旬至2019年10月下旬)路基沉降和位移均呈現(xiàn)增大趨勢，但路堤總體處于穩(wěn)定狀態(tài)，施工結(jié)束后，路基沉降和位移整體趨于穩(wěn)定。

圖6 累計沉降曲線圖

4 結(jié) 論

(1)點夯第一遍和第二遍夯點壓實度和路堤整體壓實度提高差別不大，單點夯點壓實度提高均在2.8%以上，路堤整體壓實度平均提高3%以上。強夯后路堤頂面3.5 m范圍內(nèi)壓實度得到加強，平均壓實度不低于96%。

(2)點夯結(jié)束后，路堤頂面總體沉降在35～36 cm左右；滿夯施工結(jié)束后，試驗段路堤頂面總體平均沉降在16 cm左右。強夯施工期路基沉降和位移均呈現(xiàn)增大趨勢，但路堤總體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)隨夯擊擊數(shù)和夯擊遍數(shù)的增加，滿夯和點夯單點夯擊沉降差逐漸減小；點夯夯擊沉降差與夯擊能呈正相關(guān)，夯擊擊數(shù)與夯擊能呈負相關(guān)。

(4)點夯擊數(shù)在4～6次時，基本達到終錘標準，3 000 kN·m夯擊能下，點夯擊數(shù)可為4擊；2 000 kN·m夯擊能下，點夯擊數(shù)可為5擊；1 000 kN·m夯擊能下，點夯擊數(shù)可為6擊。滿夯擊數(shù)為3次時，基本達到終錘標準。