路基加固技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用研究

陳月清

（福建省金通建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建福州 350000）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)部分公路因使用年限過(guò)長(zhǎng)，且長(zhǎng)期受到車(chē)輛碾壓及自然環(huán)境等因素的影響，產(chǎn)生各種各樣的路基病害，早已無(wú)法滿足日常交通的需求。為徹底解決此類問(wèn)題，施工人員必須針對(duì)實(shí)際情況，合理制訂技術(shù)應(yīng)用方案，對(duì)區(qū)域路段路基進(jìn)行加固和改造，進(jìn)而為人們構(gòu)建一個(gè)安全、舒適的出行空間。

1 路基加固技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用方法

1.1 換填法

換填法主要是指將原有路基結(jié)構(gòu)中的軟土層挖除，并采用堅(jiān)固度相對(duì)較高、抗腐蝕性較強(qiáng)且壓縮性相對(duì)較低的材料實(shí)施置換回填處理，進(jìn)而提升整體路基結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性和穩(wěn)定性。在實(shí)際操作過(guò)程中，此種路基加固技術(shù)更加便捷，同時(shí)也是最為穩(wěn)定的路基加固技術(shù)。在具體實(shí)施過(guò)程中，施工人員必須應(yīng)用工程專用施工設(shè)備，全面清除施工現(xiàn)場(chǎng)的軟土與雜物，再在路基結(jié)構(gòu)中適當(dāng)填入部分礦渣及砂石等建設(shè)材料。并根據(jù)路基結(jié)構(gòu)的施工范圍，合理制訂分層施工區(qū)域和施工設(shè)備作業(yè)時(shí)間，制定嚴(yán)格的單層換填操作規(guī)范，安排專門(mén)人員負(fù)責(zé)監(jiān)督單層換填施工質(zhì)量，從而保障整體換填作業(yè)符合工程項(xiàng)目要求，進(jìn)而提升整體路基加固效果。

1.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是公路工程中一種較為常見(jiàn)的路基加固技術(shù)，對(duì)于增強(qiáng)軟土層路基結(jié)構(gòu)的承載力效果極佳。在具體實(shí)施過(guò)程中，施工單位通常會(huì)使用起重機(jī)等設(shè)備，將重錘提升至一定高度后釋放，利用重錘瞬間落地產(chǎn)生的夯實(shí)能量沖擊地面，路基土體內(nèi)部空間會(huì)因重錘所產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊而大幅度壓縮，最后通過(guò)強(qiáng)夯點(diǎn)位與土體之間的縫隙將內(nèi)部水分排出，從而增強(qiáng)路基結(jié)構(gòu)的緊密性，避免土體沉降現(xiàn)象發(fā)生。在具體操作過(guò)程中，應(yīng)對(duì)區(qū)域路面進(jìn)行全面清潔，確定最終的強(qiáng)夯點(diǎn)位。再由施工人員操作起重機(jī)設(shè)備，將夯錘調(diào)整至提前劃定的夯實(shí)點(diǎn)位區(qū)域，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況測(cè)量夯錘裝置頂高程、調(diào)整夯錘起吊高度，利用其自身重力向指定的夯實(shí)點(diǎn)位進(jìn)行反復(fù)錘擊，直至該區(qū)域路基承載力符合工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為止[1]。

1.3 碾壓法

碾壓法主要是指利用推土機(jī)、羊足碾、壓路機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備，對(duì)需要加固處理的路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓實(shí)操作，提升松軟的土層結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)路基加固目的。在公路工程路基結(jié)構(gòu)加固施工過(guò)程中，在水文、地質(zhì)及自然環(huán)境方面通常存在一定的差異性，而特殊環(huán)境極易使施工區(qū)域地下土質(zhì)形成不同程度的軟土層，使軟土層更加堅(jiān)固密實(shí)。施工人員必須利用合理方法，進(jìn)行加固處理。機(jī)械碾壓法便是最為簡(jiǎn)單且最為直接的一種軟土層路基加固技術(shù)。在整體實(shí)施過(guò)程中，路基土層會(huì)受到機(jī)械壓力作用，將內(nèi)部水分逐漸排除，在此期間，土壤結(jié)構(gòu)的堅(jiān)硬度和密實(shí)度也會(huì)不斷提升，進(jìn)而使路基結(jié)構(gòu)變得更加堅(jiān)固。通常來(lái)講，施工人員會(huì)根據(jù)地區(qū)土層的實(shí)際狀態(tài)，設(shè)定路面作業(yè)次數(shù)和作業(yè)范圍，并以從中心到兩邊的原則進(jìn)行分層碾壓，進(jìn)而保障整體碾壓作業(yè)的科學(xué)性與合理性，最終實(shí)現(xiàn)路基加固作業(yè)的目標(biāo)。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

以某公路工程為例，該工程公路全長(zhǎng)約為11km，路基結(jié)構(gòu)寬度為22.7m，擁有四排雙向機(jī)動(dòng)車(chē)道。早在2013 年，便已完成所有施工項(xiàng)目并成功通車(chē)，但因區(qū)域自然環(huán)境及車(chē)輛長(zhǎng)期碾壓，部分路段出現(xiàn)了不同程度的公路病害，且經(jīng)過(guò)工程人員檢測(cè)之后，發(fā)現(xiàn)整條公路路基的承載力都已無(wú)法滿足公路正常支撐需求。相關(guān)部門(mén)人員在基于公路勘查報(bào)告進(jìn)行研究分析后，最終采用強(qiáng)夯法對(duì)整體路段的路基實(shí)施加固處理。應(yīng)用起重機(jī)等吊裝設(shè)備，將強(qiáng)夯作業(yè)專用重錘提升至10～25m 高度后，瞬間釋放。在此期間，重錘會(huì)在重力作用下不斷加快下落速度，其瞬間夯實(shí)能量達(dá)到100～200t，夯實(shí)深度可達(dá)到3m 以上。在準(zhǔn)確計(jì)算施工參數(shù)的前提下，如此重復(fù)地完成對(duì)整體路基結(jié)構(gòu)的夯實(shí)作業(yè)，最后進(jìn)行驗(yàn)收檢測(cè)，在最大限度上保障夯實(shí)效果，增強(qiáng)區(qū)域公路路段的承載力。詳細(xì)施工流程如圖1 所示[2]。

圖1 路基強(qiáng)夯加固施工流程圖

2.2 施工前期準(zhǔn)備

為保障后續(xù)夯實(shí)加固施工作業(yè)效果，必須充分做好施工的前期準(zhǔn)備，具體如下：第一，應(yīng)在正式施工開(kāi)始前，對(duì)路基結(jié)構(gòu)的施工區(qū)域進(jìn)行全面清理與整平，主要是將區(qū)域路段中殘留的樹(shù)根、雜物、淤泥及生活垃圾等徹底清除。在完成地表清潔工作后，可針對(duì)自然因素、人為因素和水造成的土質(zhì)軟化區(qū)域進(jìn)行區(qū)域性翻曬處理。對(duì)凸起程度較大的公路路基區(qū)域，應(yīng)用工程專用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行整平操作；對(duì)凹陷程度較大的公路路基區(qū)域，采用涂料進(jìn)行填平，保障路基結(jié)構(gòu)整體干凈整潔。第二，為確保大型施工設(shè)備順利布設(shè)，應(yīng)在正式施工開(kāi)始前，將碎石材料鋪設(shè)于路基表面，使其形成基礎(chǔ)墊層，其主要作用是提升施工路基的承載力，避免自重過(guò)大的機(jī)械設(shè)備壓壞路基結(jié)構(gòu)。該案例工程將墊層結(jié)構(gòu)鋪設(shè)厚度設(shè)定為15cm，并根據(jù)部分承載力較差的區(qū)域適當(dāng)調(diào)整鋪設(shè)材料，進(jìn)而使其滿足大型夯實(shí)作業(yè)機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)施工要求。第三，施工人員應(yīng)在正式施工開(kāi)始前，對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)考察，全面掌握在施工附近區(qū)域的地下管線布設(shè)及建筑物的具體分布情況，從而避免在后續(xù)強(qiáng)夯施工中，損壞地下管線和周?chē)ㄖ铩榻鉀Q此類問(wèn)題，該案例工程已將現(xiàn)場(chǎng)可能影響施工的建筑物全部遷移出強(qiáng)夯施工區(qū)20m 以外，同時(shí)將區(qū)域內(nèi)的地下管線裝置遷移出強(qiáng)夯施工區(qū)10m 外，并在部分無(wú)法臨時(shí)遷移的地下管線和建筑物周?chē)扇∫幌盗惺┕けＷo(hù)措施，進(jìn)而保障后續(xù)工程施工安全、有序進(jìn)行。

2.3 強(qiáng)夯設(shè)備選擇及參數(shù)確定

2.3.1 強(qiáng)夯設(shè)備選擇

該案例工程采用的強(qiáng)夯設(shè)備主要包括起重機(jī)、夯錘等，起重機(jī)為履帶式自動(dòng)脫鉤式起重機(jī)。該設(shè)備在吊桿處設(shè)有專門(mén)的輔助門(mén)架，可有效避免起重機(jī)因強(qiáng)夯操作時(shí)，夯錘下落速度過(guò)快、強(qiáng)夯能量過(guò)大，引發(fā)傾覆、側(cè)翻等不良事故。此外，該案例工程主要選用重量范圍在15～25t 之間的夯錘，并將夯錘底部區(qū)域?qū)β坊Y(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的靜壓力設(shè)定為25.5kPa。最后在相應(yīng)的強(qiáng)夯設(shè)備布設(shè)完成后，安排多個(gè)專業(yè)技術(shù)人員，對(duì)強(qiáng)夯設(shè)備進(jìn)行操作、管理與維護(hù)測(cè)試，進(jìn)一步保障強(qiáng)夯設(shè)備的使用效率。

2.3.2 施工參數(shù)設(shè)定

關(guān)于施工參數(shù)設(shè)定方面，主要包括對(duì)夯擊能量、夯錘落距、夯點(diǎn)設(shè)置及夯擊次數(shù)等方面數(shù)據(jù)設(shè)置，具體如下：

（1）夯擊能量參數(shù)設(shè)定

在該工程路基加固處理施工過(guò)程中，夯擊能量參數(shù)的設(shè)定對(duì)于整體加固處理效果而言尤為重要。施工人員在經(jīng)過(guò)一系列分析研究后，最終決定采用公式進(jìn)行參數(shù)計(jì)算：

式（1）中：H表示夯擊作業(yè)有效深度值，單位為m；K表示實(shí)際夯擊作業(yè)系數(shù)值，在系數(shù)布設(shè)方面主要基于工程路基土質(zhì)情況而定，該案例工程夯擊作業(yè)系數(shù)為0.6；G表示夯錘裝置的實(shí)際重量，單位為t；L表示夯錘裝置落距，單位為m。施工人員可通過(guò)公式，計(jì)算夯實(shí)作業(yè)的有效深度，最終合理設(shè)定夯擊能量。

（2）夯錘落距設(shè)定

施工人員經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析后最終決定，將該案例工程的夯錘裝置重量范圍設(shè)定在15～25t 之間，并將夯擊能量設(shè)定為1000kN/m。因此，為保障整體強(qiáng)夯作業(yè)的效果，應(yīng)將最小夯錘落距設(shè)定為4.5m，且需根據(jù)不同的路基結(jié)構(gòu)加固處理深度，調(diào)整夯錘落距參數(shù)。

（3）夯點(diǎn)位設(shè)置參數(shù)

該案例工程施工人員基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在強(qiáng)夯施工作業(yè)過(guò)程中，將夯點(diǎn)位布設(shè)間距設(shè)定為4m。并采用跳躍式夯擊方式實(shí)施整體強(qiáng)夯作業(yè)，也就是在完成第一個(gè)夯點(diǎn)后，無(wú)須進(jìn)行連續(xù)點(diǎn)位施工，而是直接實(shí)施第三個(gè)點(diǎn)施工作業(yè)，即以“1—3—5—2—4—6”的夯擊順序，實(shí)施強(qiáng)夯作業(yè)。

（4）夯擊次數(shù)設(shè)定

該案例工程施工人員將夯擊施工作業(yè)遍數(shù)設(shè)定為三遍。前兩遍夯擊次數(shù)必須超過(guò)第三遍，且第三遍夯擊作業(yè)時(shí)必須實(shí)施兩次滿夯操作。此外，前兩遍夯擊作業(yè)夯擊能量也要超過(guò)第三遍。在實(shí)施滿夯操作時(shí)，夯擊能量只能設(shè)定在前兩遍夯擊作業(yè)的20%～25%之間[3]。

2.4 測(cè)量定位及強(qiáng)夯施工

2.4.1 測(cè)量定位

在對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行整平處理且確定好各項(xiàng)施工參數(shù)以后，施工人員必須基于工程實(shí)際夯擊作業(yè)要求，實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)放樣。

具體測(cè)量過(guò)程如下：

（1）應(yīng)將路基邊樁與中樁進(jìn)行恢復(fù)處理；

（2）明確標(biāo)記夯擊作業(yè)的詳細(xì)點(diǎn)位，并以正中心區(qū)域夯點(diǎn)作為基準(zhǔn)，圍繞夯錘裝置操作半徑劃線；

（3）在確定具體夯點(diǎn)位后，準(zhǔn)確測(cè)量并記錄原始路基結(jié)構(gòu)的地面路段高程值，同時(shí)在路段適合區(qū)域內(nèi)，合理布設(shè)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，待區(qū)段夯擊操作完成后，二次測(cè)定路基結(jié)構(gòu)的實(shí)際高程，進(jìn)而計(jì)算路面的沉降高度。

2.4.2 強(qiáng)夯施工

該案例工程在強(qiáng)夯施工方面，主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）強(qiáng)夯施工主要分為三個(gè)階段進(jìn)行。在第一遍強(qiáng)夯施工階段，施工人員可操作履帶式自動(dòng)掛鉤起重機(jī)，將強(qiáng)夯錘裝置吊至空中4.5m 以上距離時(shí)，精細(xì)脫鉤，使其成為一個(gè)自由落體，對(duì)區(qū)域路基實(shí)施夯實(shí)處理。第一遍強(qiáng)夯施工階段共包括4 次夯擊操作，直至路基結(jié)構(gòu)沉降值滿足工程項(xiàng)目要求后，方可進(jìn)行第二遍強(qiáng)夯施工。

（2）在第一遍強(qiáng)夯施工階段操作完成后，必須在現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員與監(jiān)理人員的共同監(jiān)督下，對(duì)夯擊作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的基坑進(jìn)行整平回填處理后，實(shí)施二次放樣操作。需要利用白石灰等材料，清晰標(biāo)記出第二階段強(qiáng)夯施工點(diǎn)位，并通過(guò)與第一階段相同的強(qiáng)夯施工方式，實(shí)施二遍強(qiáng)夯施工。第二遍強(qiáng)夯施工階段共包括3 次夯擊，直至路基結(jié)構(gòu)的沉降值滿足工程項(xiàng)目要求后，方可進(jìn)行第三遍強(qiáng)夯施工。

（3）第三遍強(qiáng)夯施工。為滿夯操作，此階段無(wú)須放樣且只需實(shí)施2 次夯擊即可。在滿夯操作完成后，應(yīng)使用推土機(jī)設(shè)備將夯擊區(qū)域?qū)嵤┱教幚恚詈筮M(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量檢測(cè)與驗(yàn)收。若公路路基的承載力檢測(cè)結(jié)果符合工程設(shè)計(jì)要求，視為夯擊合格，若不滿足則必須及時(shí)找出原因，并實(shí)施二次強(qiáng)夯施工。

（4）因在整體強(qiáng)夯施工過(guò)程中，難免涉及大量數(shù)據(jù)參數(shù)信息，主要包括地面沉降、下落高度、落錘質(zhì)量等。為避免因數(shù)據(jù)參數(shù)問(wèn)題而產(chǎn)生施工偏差，該案例工程安排了專門(mén)人員，在施工現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)校核與記錄工作，全面記錄施工現(xiàn)場(chǎng)的施工數(shù)據(jù)，并對(duì)各種施工參數(shù)進(jìn)行校核監(jiān)督，在保障施工參數(shù)準(zhǔn)確的同時(shí)，為后續(xù)工程驗(yàn)收提供完整的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.5 質(zhì)量檢測(cè)

該案例工程對(duì)區(qū)域段實(shí)施強(qiáng)夯施工后，安排專門(mén)人員隨機(jī)選擇了A、B 兩處路段，檢測(cè)深度為1.2m、0.8m 和0.5m，并對(duì)2 個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行系統(tǒng)化承載力檢測(cè)，最后結(jié)合施工前的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行了一系列對(duì)比分析，具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1[4]。

表1 工程強(qiáng)夯施工前后路基結(jié)構(gòu)承載力檢測(cè)對(duì)比分析表

由上述檢測(cè)數(shù)據(jù)得知，該案例工程在強(qiáng)夯施工完成后，大幅度提升了整體區(qū)域路基結(jié)構(gòu)的承載能力，使每個(gè)區(qū)段公路路基的承載力均能符合公路正常交通指標(biāo)，同時(shí)強(qiáng)夯施工質(zhì)量，完全能夠滿足工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合案例工程公路的實(shí)際情況與建設(shè)改造要求，在對(duì)公路表面清潔處理后，綜合選擇路基加固設(shè)備，計(jì)算施工參數(shù)，進(jìn)行強(qiáng)夯加固作業(yè)，最后做好一系列質(zhì)量檢查工作，從而最大程度地保障施工建設(shè)質(zhì)量，消除潛在的安全隱患，進(jìn)而為后續(xù)使用者提供一個(gè)安全、良好的出行環(huán)境。