強(qiáng)夯施工技術(shù)在山地城市地區(qū)軌道車輛段的應(yīng)用研究

彭 偉

（中鐵二十二局第五工程有限公司，重慶）

引言

強(qiáng)夯法開始時(shí)僅用于處理砂土和碎石地基，后來隨著經(jīng)驗(yàn)的豐富以及施工方法的科學(xué)化、現(xiàn)代化，尤其是排水條件的改善，用強(qiáng)夯法所處理的土類不斷增加，甚至對(duì)水下的軟弱土層也嘗試通過特殊工藝進(jìn)行強(qiáng)夯處理。強(qiáng)夯法由于具有加固效果好、適用土類廣、設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、施工周期短、節(jié)約材料和施工費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在工程界得到廣泛的應(yīng)用。

近些年，地鐵車輛段因占地面積大，地基處理情況多且面積大，面臨工期緊的形式，本文以在建重慶軌道24 號(hào)線鹿角車輛段為載體，強(qiáng)夯法地基處理過程在山地城市地鐵車輛段的應(yīng)用研究并取得了良好成效。

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

重慶軌道24 號(hào)線一期工程起始于巴南區(qū)鹿角北站，經(jīng)重慶東站，迎龍，止于南岸區(qū)廣陽灣站。線路全長(zhǎng)18.81 km，設(shè)站11 座，均為地下站，設(shè)車輛段一座。

鹿角車輛段場(chǎng)位于重慶市于巴南區(qū)，整體為一不規(guī)則矩形，呈南北向展布，長(zhǎng)約1 100 m，寬360 m，面積約32.4 萬m2。原始地形波狀起伏，整體上呈現(xiàn)渾圓狀淺丘與寬緩溝槽相間分布的特征。場(chǎng)地地面高程260～335 m，高差約75 m。根據(jù)功能要求場(chǎng)坪標(biāo)高為296.20 m、295.375 m、297.700 m 等多種區(qū)域，車輛段場(chǎng)平工程挖方170 萬m3，填方201 萬m3，地基處理面積大。

1.2 地層巖性

擬建場(chǎng)地地表出露地層較為簡(jiǎn)單，由上而下依次可分為第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）、粉質(zhì)粘土（Q4el+dl）,侏羅系中統(tǒng)沙溪廟祖（J2S）地層。

2 方案選擇

鹿角車輛段場(chǎng)平工程挖方170 萬m3，填方201萬m3，場(chǎng)內(nèi)地基處理面積大。因前期場(chǎng)內(nèi)因耕地手續(xù)辦理較長(zhǎng)，導(dǎo)致工期壓縮比較緊張。2023 年2 月6 日開始施工土石方，面臨著工期壓力緊，地基處理面積大的問題，我們選擇地基處理填方區(qū)域主要采用分層碾壓+分層強(qiáng)夯處理，不具備強(qiáng)夯條件的區(qū)域采用分層碾壓+沖擊碾壓處理。

2.1 地基處理

2.1.1 依據(jù)

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換施工前，應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)有代表性的場(chǎng)地上選取一個(gè)或幾個(gè)試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行試夯或試驗(yàn)性施工[1]。

我單位施工前，對(duì)場(chǎng)內(nèi)土做了土工試驗(yàn)為砂土、碎石土。

圖1 土工試驗(yàn)報(bào)告

2.1.2 地基處理概況

2.1.2.1 挖方區(qū)域

場(chǎng)地區(qū)域范圍內(nèi)土石方挖填基本平衡，移挖作填。直接開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，場(chǎng)平標(biāo)高0.5 m 范圍內(nèi)巖方采用機(jī)械開挖處理。邊坡區(qū)域?yàn)楸ＷC邊坡坡面穩(wěn)定性，坡面3.0 m 范圍巖方采用機(jī)械開挖處理。場(chǎng)坪和邊坡區(qū)域土方全部采用機(jī)械開挖。

2.1.2.2 填方區(qū)域

a.常規(guī)區(qū)域。為減少后期沉降及保證工程質(zhì)量，針對(duì)高填方區(qū)域采用分層碾壓+沖擊碾壓或分層強(qiáng)夯處理措施。分層碾壓厚度每層不大于500 mm,填料粒徑不大于200 mm;分層沖擊碾壓厚度每層不大于2.0 m；分層強(qiáng)夯厚度每層不大于4.0 m，強(qiáng)夯夯擊能為2 000 KN·m。

b.特殊區(qū)域。當(dāng)填方區(qū)域存在擋墻、排水管涵等建構(gòu)筑物時(shí)，應(yīng)在規(guī)范要求范圍內(nèi)取消強(qiáng)夯，采用分層碾壓+沖擊碾壓處理措施，分層碾壓每層厚度為0.5 m，沖擊碾壓分層厚度為2.0 m。

2.2 試驗(yàn)段方案

2.2.1 試驗(yàn)區(qū)選取

根據(jù)現(xiàn)狀選取有代表性區(qū)域，選取如圖2 所示60 m×20 m 區(qū)域?yàn)榉謱幽雺涸囼?yàn)段，其中A 區(qū)域20 m×20 m 區(qū)域作為連續(xù)強(qiáng)夯試驗(yàn)段，B 區(qū)域20 m×20 m 區(qū)域作為間歇消散強(qiáng)夯試驗(yàn)段。

圖2 試驗(yàn)段場(chǎng)地示意

2.2.2 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1） 根據(jù)處理后地基承載力和壓縮模量，確定地基有效加固深度。

（2） 根據(jù)設(shè)計(jì)夯擊能，選用夯錘的重量，確定合適的落距。

（3） 確定夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)。

（4） 根據(jù)夯擊前后孔隙水消散時(shí)間變化，確定夯擊遍數(shù)及檢測(cè)的間隔時(shí)間。

2.2.3 地基處理控制指標(biāo)

場(chǎng)地用地線范圍區(qū)域標(biāo)高292.2 m 以上區(qū)域地基承載力不小于200 Kpa，壓實(shí)系數(shù)λ≥0.94，壓縮模量Es≥12 MPa，標(biāo)高292.2 m 以下區(qū)域地基承載力不小于190 Kpa，壓實(shí)系數(shù)λ≥0.93，壓縮模量Es≥11 MPa。場(chǎng)地用地線范圍以外放坡填方區(qū)域承載力不小于180 Kpa，壓實(shí)系數(shù)不小于0.92，壓縮模量Es≥10 MPa。用地平面區(qū)域如圖3 所示。

圖3 用地平面區(qū)域示意

2.2.4 施工機(jī)械及試驗(yàn)測(cè)量?jī)x器配置

配置如表1 所示。

表1 施工機(jī)械、試驗(yàn)、測(cè)量?jī)x器配置

2.2.5 強(qiáng)夯試驗(yàn)總結(jié)

2.2.5.1 強(qiáng)夯試驗(yàn)成果

a.現(xiàn)場(chǎng)試夯點(diǎn)夯2 遍，選用φ2.3 m，18.2 t 夯錘，夯錘落距12 m，夯點(diǎn)間距3.5 m。低能量1 000 kN·m滿夯2 遍選用φ2.3 m，18.2 t 夯錘，夯錘落距6 m，錘印搭接不小于四分之一夯錘直徑。

b.每個(gè)區(qū)域第1 遍點(diǎn)夯共完成13 點(diǎn)的夯擊，達(dá)到最后兩擊平均夯沉量不大于50 mm[2]，夯坑周圍地面無過大的隆起停夯：A 區(qū)第一遍點(diǎn)夯擊次數(shù)為3 次的7 點(diǎn)，夯擊次數(shù)為4 次的6 點(diǎn)；B 區(qū)第一遍點(diǎn)夯擊次數(shù)為3 次的2 點(diǎn)，夯擊次數(shù)為4 次的11 點(diǎn)。

c.每個(gè)區(qū)域第2 遍點(diǎn)夯共完成12 點(diǎn)的夯擊，達(dá)到最后兩擊平均夯沉量不大于50 mm，夯坑周圍地面無過大的隆起停夯：A 區(qū)第二遍點(diǎn)夯擊次數(shù)為3 次的5點(diǎn)，夯擊次數(shù)為4 次的7 點(diǎn)；B 區(qū)第二遍點(diǎn)夯擊次數(shù)為3 次的2 點(diǎn)，夯擊次數(shù)為4 次的10 點(diǎn)。

d.經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)B 區(qū)第1 遍強(qiáng)夯、第2 遍強(qiáng)夯及A區(qū)連續(xù)強(qiáng)夯后超靜孔隙水壓力消散時(shí)間約為6 小時(shí)。

e.滿夯選用φ2.3 m，18.2 t 夯錘，夯錘落距6 m，錘印搭接不小于四分之一夯錘直徑完成滿夯。

f.試驗(yàn)段兩個(gè)區(qū)域經(jīng)過處理后的地基有效加固深度、均勻性、承載力、變形模量均滿足控制指標(biāo)要求。2.2.5.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)結(jié)論

a.強(qiáng)夯機(jī)械設(shè)備：強(qiáng)夯機(jī)一臺(tái)、夯錘夯錘φ2.3 m，18.2 t 重、壓路機(jī)26 t 一臺(tái)、推土機(jī)一臺(tái)、水準(zhǔn)儀一臺(tái)、鋼尺一把。

b.施工參數(shù)確定：①達(dá)到設(shè)計(jì)點(diǎn)夯夯擊能2 000 kN·m 時(shí)，選用夯錘φ2.3 m，18.2 t 重夯錘，夯錘落距12 m。達(dá)到設(shè)計(jì)滿夯夯擊能1 000 kN·m 時(shí)，選用夯錘φ2.3 m，18.2 t 夯錘，夯錘落距6 m。②強(qiáng)夯點(diǎn)夯分2 遍進(jìn)行，采用梅花形布置夯點(diǎn)，夯點(diǎn)間距3.5 m，采用跳孔法夯擊。③每遍每個(gè)夯點(diǎn)夯擊4 次，完全能到達(dá)最后2 擊的平均沉降量不大于5 cm 的設(shè)計(jì)要求，可以按此施工工藝組織大面積施工。④使用1 000 kN·m 的夯擊能滿夯，錘印搭接不小于四分之一夯錘直徑[3]。完成滿夯后測(cè)量夯擊范圍的總體沉降量。⑤根據(jù)超靜孔隙水壓力檢測(cè)結(jié)果，確定夯擊遍數(shù)的間隔時(shí)間為6 h。⑥強(qiáng)夯處理后地基的承載力和變形模量滿足設(shè)計(jì)要求，確定地基的有效加固深度為4 m。

3 強(qiáng)夯地基處理技術(shù)的應(yīng)用

鹿角車輛段場(chǎng)平工程挖方170 萬m3，填方201 萬m3，需要大面積開挖回填平場(chǎng)，填方最大高度35 m，強(qiáng)夯地基40 萬m2，沖擊碾壓39 萬m2。

地基處理填方區(qū)域主要采用分層碾壓+分層強(qiáng)夯，不具備強(qiáng)夯條件的區(qū)域采用分層碾壓+沖擊碾壓處理。分層碾壓回填每層不大于500 mm,填料粒徑不大于200 mm；沖擊碾壓2 m 一次；強(qiáng)夯4 m 一次，夯擊能為2 000 KN·m。

3.1 施工工藝

分層強(qiáng)夯：地面測(cè)量→測(cè)放2 000 kN·m 一遍夯點(diǎn)位置→2 000 kN·m 一遍夯→推平場(chǎng)地(夯坑填料)→間歇消散、地面測(cè)量→測(cè)放2 000 kN·m 二遍夯點(diǎn)→2 000 kN·m 二遍夯→{最頂層296.2 標(biāo)高層再以低夯能1 000 KN·m 滿夯2 遍}→夯后地面測(cè)量→夯后檢測(cè)。

（1） 強(qiáng)夯前，壓實(shí)度檢測(cè)完成后進(jìn)行地面整平，用壓路機(jī)靜壓一遍。

（2） 強(qiáng)夯施工場(chǎng)地地面進(jìn)行高程測(cè)量，根據(jù)強(qiáng)夯點(diǎn)位圖，以夯擊點(diǎn)中心為圓心，以夯錘直徑為圓直徑，間隔3.5 m，用白灰或醒目的塑料袋進(jìn)行布點(diǎn)，標(biāo)出第一遍夯點(diǎn)。

（3） 夯擊機(jī)械就位，提起夯錘離開地面，調(diào)整吊機(jī)，使夯錘中心與夯擊點(diǎn)中心一致，固定起吊機(jī)械，檢查機(jī)械工作情況和安全防護(hù)措施，使夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置。

（4） 測(cè)量夯前錘頂高程。將夯錘起吊到預(yù)定高程，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測(cè)量夯錘頂高程。若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜，應(yīng)及時(shí)將坑底整平。

（5） 數(shù)據(jù)采集，達(dá)到停夯標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行下一點(diǎn)位施工，重復(fù)步驟（3）、（4）直到該區(qū)域第一遍點(diǎn)位均夯擊完成。

（6） 推平夯坑，間歇消散6 h。

（7） 測(cè)放第二遍點(diǎn)位，并且夯機(jī)就位。

（8） 數(shù)據(jù)采集，達(dá)到停夯標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行下一點(diǎn)位施工，重復(fù)步驟（3）、（4）直到該區(qū)域第二遍點(diǎn)位均夯擊完成。

（9） 推平夯坑，間歇消散6 小時(shí)。

（10） 該條僅在最頂層296.2 標(biāo)高層施工：低夯能1 000 KN·m，選用夯錘φ2.3 m，18.2 t 夯錘，夯錘落距6 m，滿夯2 遍，錘印搭接不小于四分之一夯錘直徑；選用夯錘φ2.3 m，24.1 t 夯錘，夯錘落距5 m，滿夯2 遍，錘印搭接不小于四分之一夯錘直徑。

（11） 委托強(qiáng)夯后試驗(yàn)檢測(cè)。強(qiáng)夯施工中應(yīng)在夯區(qū)周圍根據(jù)地形情況開挖截水溝，保證外圍水流不流入夯區(qū)內(nèi)，在夯區(qū)內(nèi)規(guī)劃排水溝或集水井，夯坑內(nèi)有積水時(shí)及時(shí)用水泵和軟管將水抽排出夯區(qū)。在每遍強(qiáng)夯過后應(yīng)及時(shí)回填填料或整平夯坑，防止夯坑成為匯水區(qū)域。

3.2 試驗(yàn)檢測(cè)

強(qiáng)夯施工過程前，施工后，均需要不同的試驗(yàn)檢測(cè)，試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)我們進(jìn)行下一步施工，這在強(qiáng)夯施工過程中是非常重要的。以下介紹強(qiáng)夯施工中的各項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)及相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2.1 壓實(shí)度檢測(cè)（灌砂或灌水法）

檢測(cè)單位于技術(shù)人員于2023 年2 月7 日-2 月12 日采用灌砂法對(duì)試驗(yàn)段分層碾壓地基的壓實(shí)度進(jìn)行了檢測(cè)，每區(qū)（試驗(yàn)段A、B 區(qū)各400 m2）檢測(cè)3 個(gè)測(cè)點(diǎn)，4 層共計(jì)檢測(cè)24 個(gè)測(cè)點(diǎn)。經(jīng)檢測(cè)，所測(cè)各點(diǎn)壓實(shí)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

壓實(shí)度檢測(cè)成果如表2 所示。

表2 壓實(shí)度檢測(cè)成果

3.2.2 強(qiáng)夯影響深度（動(dòng)力觸探法、面波法）

監(jiān)測(cè)單位技術(shù)人員于2023 年2 月14 日-2023 年2 月25 日到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)試驗(yàn)段A、B 區(qū)強(qiáng)夯地基進(jìn)行了地基均勻性、有效加固深度監(jiān)測(cè)，每區(qū)重型動(dòng)力觸探夯前檢測(cè)3 孔，夯后檢測(cè)3 孔[4]，測(cè)得深度0～4 m 范圍錘擊數(shù)明顯提高，有效加固深度滿足設(shè)計(jì)要求。共布置3條面波測(cè)線，于強(qiáng)夯前后各測(cè)一次，經(jīng)對(duì)比分析，深度0～4 m 范圍地基土經(jīng)強(qiáng)夯后面波速度明顯提高，有效加固深度滿足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表3-表6。

表3 重型動(dòng)力觸探檢測(cè)成果（夯前）

表4 重型動(dòng)力觸探檢測(cè)成果（夯后）

表5 瞬態(tài)瑞利波檢測(cè)成果（夯前）

表6 瞬態(tài)瑞利波檢測(cè)成果（夯后）

3.2.3 地基承載力（平板荷載試驗(yàn)）

檢測(cè)單位技術(shù)人員于2023 年2 月19 日-2023 年2 月26 日到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)試驗(yàn)段A、B 區(qū)強(qiáng)夯地基進(jìn)行了地基承載力檢測(cè)。淺層平板荷載試驗(yàn)共檢測(cè)完成6 個(gè)測(cè)點(diǎn)，所檢各點(diǎn)在承壓板應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的承載力特征值均不小于200 kpa，變形模量均滿足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表7-表8。

表7 檢測(cè)部位及數(shù)量

表8 淺層平板荷載試驗(yàn)成果

結(jié)束語

隨著強(qiáng)夯法在地基處理中的廣泛應(yīng)用及推廣，各種建設(shè)環(huán)境越來越復(fù)雜，給強(qiáng)夯地基處理的實(shí)際應(yīng)用提出更多要求。本工程對(duì)強(qiáng)夯地基處理在山地城市地鐵車輛段的實(shí)際應(yīng)用，收獲了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，希望給類似工程提供一個(gè)參考價(jià)值，以便更好的創(chuàng)新應(yīng)用。