分層填筑強(qiáng)夯技術(shù)在山區(qū)公路路基工程施工中的應(yīng)用研究

雷榮軍

(隴南通途公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司,甘肅 隴南 742500)

1 工程概況

為了方便甘肅省M山區(qū)居民的日常出行,在M山區(qū)開(kāi)展公路路基的建設(shè)施工,此公路段路基長(zhǎng)為3.5 km,路基寬為24.5 m。結(jié)合項(xiàng)目周?chē)h(huán)境與自然條件等實(shí)際情況,充分考慮山區(qū)公路路基的安全性與穩(wěn)定性,選擇分層填筑強(qiáng)夯技術(shù)開(kāi)展施工。分層填筑強(qiáng)夯施工是通過(guò)相關(guān)設(shè)備與地面的接觸與作用而產(chǎn)生沖擊力,以減少土體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙,從而達(dá)到增強(qiáng)山區(qū)土體結(jié)構(gòu)的密實(shí)性和整體強(qiáng)度的效果。為了設(shè)計(jì)合理的施工參數(shù),根據(jù)對(duì)該區(qū)段地質(zhì)因素的勘察結(jié)果,確定了該區(qū)段土層的主要參數(shù)指標(biāo),如表1所示。

表1 路基施工項(xiàng)目主要土層的參數(shù)指標(biāo)值

結(jié)合上述項(xiàng)目概況,確定M山區(qū)公路路基工程施工中分層填筑強(qiáng)夯技術(shù)的具體施工參數(shù),為施工提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 確定施工參數(shù)

按照M山區(qū)公路路基建設(shè)項(xiàng)目的周?chē)h(huán)境與土層參數(shù)指標(biāo),選擇縱向分5層層數(shù)進(jìn)行填筑面施工并結(jié)合分層強(qiáng)夯技術(shù)作為基礎(chǔ)施工,其中,填筑料的選取直接決定了路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。根據(jù)本項(xiàng)目的需求,選擇顆粒級(jí)配不低于10 mm,均勻系數(shù)不低于13 mm的填料作為施工材料,以保證每一填筑層具有足夠的支撐作用。為了保證項(xiàng)目的推進(jìn),還需要確定合適的施工設(shè)備及其應(yīng)用參數(shù),以達(dá)到最佳的施工效率與施工效果。施工所用到的主要設(shè)備有推土機(jī)、起重機(jī)、壓路機(jī)以及夯錘,其中壓路機(jī)的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 分層填筑強(qiáng)夯路基施工壓路機(jī)應(yīng)用參數(shù)設(shè)計(jì)表

因?yàn)樯鲜稣駝?dòng)碾壓參數(shù)在具體施工中前兩次碾壓時(shí)豎向位移增長(zhǎng)速度較快,在結(jié)合路基強(qiáng)夯施工的經(jīng)驗(yàn)上,設(shè)計(jì)采取靜壓1次、弱振2次及強(qiáng)振2次的強(qiáng)夯技術(shù)方法,有效穩(wěn)固地壓實(shí)路基。根據(jù)M山區(qū)公路施工標(biāo)準(zhǔn)及施工路段現(xiàn)場(chǎng)情況,設(shè)計(jì)了上述分層填筑強(qiáng)夯技術(shù)在路基建設(shè)中的施工工藝參數(shù)。

3 分層填筑強(qiáng)夯施工工藝

3.1 分層填筑施工工藝

在施工開(kāi)始之前,根據(jù)設(shè)計(jì)方案與施工參數(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘察與雜物清理工作,再確定施工中線、中樁以及跛腳樁的具體位置,并布設(shè)具體標(biāo)高。檢查路面土質(zhì),保證土方松鋪厚度保持在35～45 cm范圍以?xún)?nèi),保證路基強(qiáng)夯施工的均勻性與平整度,對(duì)路基橫斷面全寬和縱向分層填筑強(qiáng)夯施工。根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求,對(duì)松鋪好的路基分5層進(jìn)行填筑,每一層的填筑材料分兩個(gè)步驟施工。先要從最底層的臺(tái)階填起,逐步向上層部分填筑。在每一層路堤上要先填筑粗顆粒的石子石料,厚度為松鋪路堤總厚度的3/4。考慮山區(qū)降雨排水設(shè)施不完善的現(xiàn)狀,為了保證路基的排水暢通,要在路基邊坡兩側(cè)填筑比路堤厚20 cm的填料,以形成5%坡度的路拱。填筑完成一層之后即開(kāi)始卸土工作,要根據(jù)路堤兩側(cè)的標(biāo)高來(lái)控制填筑的厚度,利用推土機(jī)推平填料,再進(jìn)行填筑層的預(yù)壓施工。結(jié)合水準(zhǔn)儀對(duì)填筑路層進(jìn)一步找平,提高路基的平整度與均勻度,為后續(xù)的強(qiáng)夯壓實(shí)提供平整均勻的工作環(huán)境。要保證填筑層填料的含水度不超過(guò)最佳含水量的±2%,在每一層路基完成填筑后要對(duì)路面進(jìn)行清理,按照設(shè)計(jì)參數(shù)沿著設(shè)立好的邊樁位置,利用壓路機(jī)從填筑高度10 m左右處進(jìn)行精準(zhǔn)夯擊密實(shí)作業(yè)。按照靜壓1次,弱振2次、強(qiáng)振2次的強(qiáng)夯方式不斷調(diào)整壓路機(jī)的振動(dòng)強(qiáng)度,循序漸進(jìn)地完成對(duì)每一填筑層的碾壓與夯實(shí)。隨著夯實(shí)次數(shù)的增加,要求夯實(shí)高度要逐漸變低直至趨于平緩。在夯實(shí)中要確保每一層路基的平整度。

3.2 分層強(qiáng)夯施工工藝

對(duì)路基進(jìn)行強(qiáng)夯之前,應(yīng)先對(duì)施工所用機(jī)械進(jìn)行檢查,強(qiáng)夯所使用的機(jī)械主要為起重機(jī)與夯錘,其中起重機(jī)應(yīng)選用起重能力在20 t以上的單纜履帶式起重機(jī),鋼錘的質(zhì)量應(yīng)控制在10 t或以上,其直徑應(yīng)設(shè)置為1.8～2.0 m。對(duì)強(qiáng)夯處理范圍、夯點(diǎn)排列和間距的設(shè)置,應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求提前進(jìn)行儀器放點(diǎn)。第一次強(qiáng)夯前應(yīng)劃出20×20 m或選擇縱向長(zhǎng)度為10 m的路堤作為試夯場(chǎng)地,通過(guò)試夯以確定落錘的夯擊高度、夯錘平均深度、單點(diǎn)夯擊次數(shù)以及夯擊間歇時(shí)間等施工參數(shù)的設(shè)置。強(qiáng)夯施工過(guò)程中,第一層強(qiáng)夯高度要以填方高度8～12 m的范圍開(kāi)始,上路堤每填高8 m時(shí)需要進(jìn)行一次強(qiáng)夯,直到強(qiáng)夯進(jìn)行到路堤頂部,每次強(qiáng)夯完成后還需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行多次的整平作業(yè),確保路基的平整度。

3.3 分層填筑強(qiáng)夯施工中的防水處理

要按照設(shè)計(jì)要求做好路基的排水以及施工場(chǎng)地附近的臨時(shí)排水設(shè)施,保持路基處于干燥、堅(jiān)固和穩(wěn)定狀態(tài),路基項(xiàng)面做成2%～4%橫坡,便于表面水及時(shí)排出。施工過(guò)程中,其路段壓實(shí)度不得大于30 cm,構(gòu)造物兩側(cè)的松鋪厚度不得大于20 cm,不同類(lèi)型的土料不能夠混填,同一類(lèi)型土填筑厚度不能小于50 cm(約兩層)。路基填筑要采取全幅填筑且一次到位,嚴(yán)禁幫寬。在碾壓過(guò)程中,在其壓實(shí)度達(dá)到要求后才可以開(kāi)展后續(xù)施工,路基最小填筑高度必須保證不會(huì)因?yàn)榈孛嫠⒌叵滤?、毛?xì)水及凍脹作用的影響而降低其穩(wěn)定性,確保路基最小填筑高度。當(dāng)路基填筑高度受限制而不能達(dá)到規(guī)定時(shí),應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)處治措施,比如換填砂礫、石渣等透水性材料設(shè)置隔離層或修筑地下滲透溝等以避免地面積水和地下水浸入路基,影響路基工作區(qū)內(nèi)的土基強(qiáng)度與穩(wěn)定性。土質(zhì)挖方路基要換填不少于60 cm的砂礫;而石質(zhì)挖方路基則要設(shè)置30 cm砂礫墊層。

4 施工質(zhì)量檢測(cè)與分析

4.1 檢測(cè)準(zhǔn)備

為了檢測(cè)設(shè)計(jì)的基于分層填筑強(qiáng)夯技術(shù)在施工中的應(yīng)用效果,在每一層填筑、強(qiáng)夯施工完成后,隨機(jī)選擇一處地點(diǎn)作為試驗(yàn)的檢測(cè)點(diǎn)。分別應(yīng)用不同的試驗(yàn)方法對(duì)該填筑夯實(shí)層的承載能力和填筑部分等效剪切波速值、壓實(shí)度、干密度等壓實(shí)度效果指標(biāo)進(jìn)行全面的檢測(cè)分析,以檢測(cè)結(jié)果是否滿(mǎn)足實(shí)際工程項(xiàng)目的基本需求。試驗(yàn)的主要參數(shù)設(shè)計(jì)如表3所示。

表3 施工效果檢測(cè)試驗(yàn)的主要參數(shù)設(shè)計(jì)表

4.2 檢測(cè)結(jié)果與分析

為了保證不對(duì)施工路基土體造成損害,利用無(wú)線,面波儀并結(jié)合瞬態(tài)瑞雷波分析軟件,探測(cè)基于分層填筑強(qiáng)夯技術(shù)的路基設(shè)定檢測(cè)樣點(diǎn)處的瑞雷波速,即筑體檢測(cè)樣點(diǎn)處的等效剪切波速,結(jié)果如表4所示。

表4 檢測(cè)樣點(diǎn)的等效剪切波速值統(tǒng)計(jì)表

由上表可知,每一層經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯施工后的筑體檢測(cè)樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的等效剪切波速值均大于180 m/s,均處于高速區(qū),表明其具有良好壓實(shí)效果。為了更直觀地體現(xiàn)分層填筑強(qiáng)夯技術(shù)的施工效果,將所測(cè)等效剪切波速值代入下述公式計(jì)算,得出每一層經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯施工后筑體的壓實(shí)度等相關(guān)參數(shù)。計(jì)算公式表示為

(1)

(2)

式中:δ為等效剪切波速值;ρ為土體自身的密度;ω為筑體層的壓實(shí)度;η為筑體層對(duì)應(yīng)的泊松比;φ為筑體層對(duì)應(yīng)的動(dòng)剪切模量;x分別為工程土體結(jié)構(gòu)自身的相關(guān)系數(shù),與土體的密度、泊松比等參數(shù)相關(guān),是一種固定常數(shù);ρa(bǔ)為筑體層對(duì)應(yīng)的最大干密度。根據(jù)上述公式與基本數(shù)值可以得出M山區(qū)公路路基工程施工中分層填筑強(qiáng)夯技術(shù)的應(yīng)用效果的具體指標(biāo),包括每層筑體結(jié)構(gòu)的壓實(shí)度、干密度以及含水量等參數(shù)指標(biāo),結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2、圖3。

圖1 經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯施工后每層筑體的含水量指標(biāo)值

圖2 經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯施工后每層筑體的干密度指標(biāo)值

圖3 經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯施工后每層筑體的平均壓實(shí)度指標(biāo)值

由上圖可知,經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯施工后每層筑體結(jié)構(gòu)的含水量與設(shè)計(jì)最佳含水量18%非常接近,干密度值均大于2.1 g/cm3,平均壓實(shí)度均大于控制標(biāo)準(zhǔn)90%?？梢钥闯?本次山區(qū)公路路基工程施工中分層填筑強(qiáng)夯技術(shù)的應(yīng)用效果指標(biāo)均在實(shí)際工程要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。分層填筑和強(qiáng)夯技術(shù)的應(yīng)用有效保證了路基土體結(jié)構(gòu)的壓實(shí)度與穩(wěn)定性并滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,具有可靠的路基施工參考價(jià)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)山區(qū)公路路基建設(shè)會(huì)因其不良地形地質(zhì)等環(huán)境的影響,研究利用分層填筑加傳統(tǒng)強(qiáng)夯相結(jié)合的施工技術(shù)開(kāi)展建設(shè)施工,既保證了路基結(jié)構(gòu)的安全性和均勻性,還提高了山區(qū)公路路基整體的穩(wěn)固性,希望為山區(qū)公路建設(shè)提供一定參考。