濕陷性軟土區(qū)段路基加固施工技術(shù)及應(yīng)用研究

【摘要】文中針對某工程濕陷軟土區(qū)段的路基加固施工進(jìn)行研究，該工程采用強(qiáng)夯法進(jìn)行施工。為獲取合理的施工參數(shù)，在現(xiàn)場開展了專門測試工作，以確定強(qiáng)夯法的參數(shù)。在路基加固施工中，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行優(yōu)化處理，結(jié)合擠密樁等施工技術(shù)進(jìn)一步強(qiáng)化了路基的加固效果。通過對施工結(jié)果進(jìn)行測量，最終確定獲得了較好的加固效果，可以滿足道路施工的要求。

【關(guān)鍵詞】濕陷性軟土區(qū)；路基加固；強(qiáng)夯法

【中圖分類號】TU472 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）02-0128-03

0 引言

城市道路建設(shè)中，部分工程需要在濕陷區(qū)域開展施工，這類地基穩(wěn)定性較差、容易變形，尤其在降雨、風(fēng)力等因素的影響下，隨著地下水位上升，地基的強(qiáng)度會(huì)明顯下降，嚴(yán)重影響道路工程的質(zhì)量，進(jìn)而威脅道路的安全。因此，施工期間需要針對這類地基展開加固工作，提升地基的穩(wěn)定性和道路壽命，以滿足道路的通行需求。

1 工程概況

1.1 工程概述

某道路工程位于城市核心區(qū)，全長2.45 km，道路紅線寬80 m，兩側(cè)預(yù)留綠化帶寬35 m，道路采用4幅路形設(shè)計(jì)，中央分隔帶寬18 m，機(jī)動(dòng)車道寬16 m。

1.2 工程地質(zhì)概況

道路的地基土分別為4個(gè)工程地質(zhì)層，包括人工素填土、新堆積黃土、細(xì)砂、粉土，分布有濕陷性軟土，顏色為棕黃色，稍干、密實(shí)，局部承載力較低，在120～140 kPa，屬于Ⅱ級濕陷性場地。工程地下水位相對比較淺，在強(qiáng)降雨天氣隨著地下水位上升，地基強(qiáng)度會(huì)明顯降低。

道路工程所在地降水量具有夏多冬少的特點(diǎn)，地區(qū)年平均降雨量為669.30 mm，主要集中在第三季度，并且以暴雨形式為主，周邊地下水比較淺。

1.3 濕陷路基總體處理方案

工程濕陷性軟土路基以Ⅱ級自重濕陷性黃土路基為主，采用強(qiáng)夯法進(jìn)行施工，同時(shí)配合填方、擠密樁、局部補(bǔ)強(qiáng)等方法進(jìn)行處理，提升路基的施工質(zhì)量。

2 應(yīng)用強(qiáng)夯法試驗(yàn)分析

工程采用強(qiáng)夯法開展?jié)裣菪攒浲恋鼗闹卫砉ぷ?，該方法可以明顯提升地基承載力，而且可以節(jié)省材料、降低工程施工成本[1]。為獲得最合理的強(qiáng)夯方式，專門在現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)分析。

2.1 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是利用夯錘自重、振動(dòng)波等方式使用重物或大型機(jī)械進(jìn)行壓實(shí)和碾壓，降低土層的間隙，排除土層中的水分，從而消除濕陷性和防止沉降。夯擊過程中，夯錘會(huì)被起重機(jī)提升到一定的高度，之后自由下落，利用下降時(shí)所產(chǎn)生的重力勢能對地基進(jìn)行夯擊，有效提升土壤的密實(shí)程度[2]。夯擊過程中要大量使用機(jī)械設(shè)備，會(huì)提升工程造價(jià)，但可以對濕陷風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域進(jìn)行全面加固處理。夯擊前應(yīng)該專門進(jìn)行試驗(yàn)測試工作，確定夯擊能、夯擊布點(diǎn)的間距和沖擊次數(shù)，防止參數(shù)不合理影響夯擊效果。在濕陷黃土地基的加固中，使用不同的參數(shù)將直接影響夯擊后的含水率、孔隙比、壓實(shí)效果。

2.2 現(xiàn)場試驗(yàn)方案

在現(xiàn)場選擇具有明顯濕陷性特征的位置開展強(qiáng)夯試驗(yàn)，劃出4塊20 m×20 m的試驗(yàn)區(qū)依次開展強(qiáng)夯試驗(yàn)。夯擊能1 500、2 000、3 000 kN .m，夯點(diǎn)間距5、3.5 m，夯擊次數(shù)4～10次，并進(jìn)行8次交叉試驗(yàn)，所使用的夯錘重量為20 t，夯錘底部直徑為2.2 m。

2.3 現(xiàn)場取土及檢測方案

強(qiáng)夯試驗(yàn)開始之前，用輕型動(dòng)力觸探儀在沒有被擾動(dòng)的黃土位置檢測地基的承載力。強(qiáng)夯試驗(yàn)開始后，每次夯擊都進(jìn)行一次沉降量的檢測，在完成強(qiáng)夯之后對4個(gè)區(qū)域進(jìn)行原狀土檢測，通過固結(jié)試驗(yàn)、濕陷試驗(yàn)、剪切測試等分析強(qiáng)夯對黃土地基的加固效果和深度。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.4.1 夯沉結(jié)果

對夯沉量進(jìn)行檢測，通過分析夯擊能在1 500 kN .m時(shí)夯沉量和夯擊次數(shù)的變化曲線，發(fā)現(xiàn)無論采用何種間距，夯沉量累積都會(huì)隨著夯擊次數(shù)增加而增加，但是隨著夯擊次數(shù)增加，單次夯擊的夯沉量會(huì)逐漸減小。原因在于隨著夯擊進(jìn)行，濕陷軟土地基的密度在提升，在夯擊能量不變的情況下，軟土地基的形變必然逐漸降低。通過曲線的變化還可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過6次夯擊之后，兩種間距的夯沉量基本相同，證明通過夯擊能夠增加地基的承載力。

對于不同夯擊能的情況，夯沉量的累積逐漸增加，并且同樣出現(xiàn)了單次夯沉量逐漸減小的情況，更大的夯擊能在初期的夯沉量也更高，但是隨著夯擊次數(shù)增加，3種不同夯擊能的夯沉量變化也逐漸趨同，基本為6 cm。因此，夯擊能增加能夠提升夯沉量，但是在夯沉量次數(shù)逐漸增加之后，由于土體已經(jīng)被基本夯實(shí)，因此加固效果就變得比較有限。

2.4.2 地基承載力

對現(xiàn)場進(jìn)行動(dòng)力觸探試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過強(qiáng)夯加固后，地基的承載力都高于220 kPa，可以滿足對地基承載力的要求。在60 cm位置的地基相對20～40 cm位置地基的承載力提升了30 kPa，提升幅度相對較低。通過對比不同區(qū)域地基的承載力，發(fā)現(xiàn)1、3、4三個(gè)區(qū)域的承載力有著較大的差別，而1、2兩個(gè)區(qū)域承載力差距比較小。相較于1區(qū)域，3區(qū)域和4區(qū)域的承載力分別提升56、112 kPa，說明夯擊能增加提升地基承載力的效果比較明顯，縮小間距對提升效果并不明顯。因此，需要合理提升夯擊能，才能獲得較好的效果。

2.4.3 濕陷系數(shù)分析

濕陷系數(shù)高于0.015時(shí)，土體就可以認(rèn)為是濕陷黃土。試驗(yàn)現(xiàn)場土體在經(jīng)過夯擊之前的濕陷系數(shù)在0.04～0.08，經(jīng)過加固之后已經(jīng)有了明顯的改善，土體的濕陷性明顯降低，而且沿著深度方向均勻分布，其中5 m深度的黃土濕陷系數(shù)在0.015以下，有效降低了黃土的濕陷性。同時(shí)，夯擊次數(shù)越多，夯擊能越大，經(jīng)過處理后的濕陷系數(shù)就越小，隨著深度增加，濕陷系數(shù)會(huì)有所增大，主要原因在于自底層受到強(qiáng)夯的影響減弱。因此證明適當(dāng)提升夯擊能、夯擊次數(shù)能夠降低濕陷系數(shù)。

2.4.4 抗剪強(qiáng)度分析

抗剪強(qiáng)度是指土體受到外力作用時(shí)，土體能夠維持自身性質(zhì)不會(huì)發(fā)生剪切破壞的極限強(qiáng)度。對于地基，抗剪強(qiáng)度越大則地基對道路荷載下的形變抵抗能力就越強(qiáng)。通過對比1 500、3 000 kN .m兩種夯擊能下土體的抗剪強(qiáng)度變化，可以發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過強(qiáng)夯后地基的相同深度位置會(huì)隨著夯擊能增加而增大，在夯擊能相同時(shí)，隨著土體深度增加，抗剪強(qiáng)度降低。隨著豎向壓力增加，兩種夯擊能處理后土體的抗剪強(qiáng)度逐漸減小，豎向壓力200 kPa時(shí)強(qiáng)度差異在5 kPa左右。因此，對于200 kPa的情況，兩種夯擊能的加固效果基本一致，而使用1 500 kN .m進(jìn)行夯擊可以在保證效果的同時(shí)，有效降低成本。

2.4.5 壓縮結(jié)果分析

分析濕陷性黃土強(qiáng)夯前后系數(shù)的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)天然土體沿著深度方向壓縮系數(shù)和濕陷系數(shù)變化基本一致，為正相關(guān)。強(qiáng)夯之后土體的壓縮系數(shù)明顯減小，而且沿深度方向具有更高的均勻性，呈現(xiàn)出線性變化。在3 m深度，土體的壓縮系數(shù)會(huì)隨著夯擊能和夯擊次數(shù)增加減少，在相同深度的差值為0.04 MPa-1。因此，該地區(qū)的濕陷黃土需要合理控制夯擊次數(shù)和夯擊能，不能設(shè)計(jì)過大，以保證夯擊工作的經(jīng)濟(jì)性。

2.4.6 夯后濕陷系數(shù)分析

由于壓實(shí)度和含水率對濕陷系數(shù)的影響明顯，為此通過三維擬合分析壓實(shí)密度、含水率和濕陷系數(shù)之間的關(guān)系，擬合獲得的曲面為三角形坡面，并且壓實(shí)度在80%和含水率在19%時(shí)達(dá)到最大值，約為0.012。濕陷系數(shù)隨著壓實(shí)密度和含水量的變化展現(xiàn)出線性變化，當(dāng)含水率減小和壓實(shí)密度提升后，濕陷系數(shù)會(huì)呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。同時(shí)，強(qiáng)夯前后的含水率對濕陷系數(shù)的影響規(guī)律相反，說明強(qiáng)夯后軟土地基的壓實(shí)密度控制效果比較顯著。

2.5 強(qiáng)夯施工方法

通過上述分析進(jìn)行強(qiáng)夯參數(shù)的優(yōu)化，最終選擇夯擊能1 500 kN .m，夯擊次數(shù)為8次，間距控制在3.5 m，夯擊點(diǎn)采用梅花形布置。濕陷土層的含水率并非完全相同，會(huì)導(dǎo)致不同地區(qū)的加固效果不同，部分區(qū)域可能會(huì)在夯擊之后出現(xiàn)類似橡膠的土體，如果出現(xiàn)此類情況，必須將土層翻出，之后將其曬干，在水分減少之后再回填壓實(shí)。為了能夠提升濕陷區(qū)域的壓實(shí)效果，也可以在土壤中加入一定的礫石，有效提升地基內(nèi)部的摩擦系數(shù)，從而確保地基的加固效果。強(qiáng)夯處理過程中，工人還應(yīng)該加強(qiáng)對強(qiáng)夯過程的觀察，可以根據(jù)具體情況人工調(diào)整次數(shù)并嚴(yán)格控制濕陷系數(shù)，以應(yīng)對不同位置含水率不同的情況。

3 其他濕陷軟土路基處理措施

3.1 填方和強(qiáng)夯法配合處理

在部分土質(zhì)較差位置進(jìn)行處理時(shí)，填方法和強(qiáng)夯法配合，可達(dá)到更好的加固效果。針對工程中的非自重濕陷性黃土路基，對土層進(jìn)行夯實(shí)碾壓，并在土層滿足技術(shù)參數(shù)要求之后，應(yīng)在原位置使用水泥混凝土進(jìn)行回填作業(yè)，回填厚度為0.5 m[3]。如果作業(yè)區(qū)段長度小于100 m，或作業(yè)所在位置30 m范圍內(nèi)存在會(huì)對工程產(chǎn)生影響的建筑，需要對土層進(jìn)行素土翻挖之后進(jìn)行夯實(shí)處理，在土層達(dá)到技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)之后，對原位置使用5%水泥土進(jìn)行回填，回填厚度為0.5 m。

針對Ⅱ級及以上的自重濕陷混凝土，土層進(jìn)行強(qiáng)夯處理并滿足技術(shù)參數(shù)要求后，使用5%的水泥土進(jìn)行回填。但是回填需要注意周圍建筑的影響，如果在150 m范圍內(nèi)存在影響施工的建筑，需要使用素土翻挖和換填50 cm的5%水泥土進(jìn)行處理。針對Ⅲ級、Ⅳ級的路段，使用水泥土擠密樁進(jìn)行處理，并在樁頂設(shè)置0.5 m的5%的水泥土墊層。

3.2 路基補(bǔ)強(qiáng)處理

部分粉土和黃土路段由于土層原因，導(dǎo)致進(jìn)行壓實(shí)處理并不能達(dá)到預(yù)期的目的，為了避免處理后出現(xiàn)沉降影響施工質(zhì)量，還需要對路基采用填土的方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。在路堤高度超過10 m，并且路段長度超過100 m時(shí)，使用25 kJ沖擊碾壓進(jìn)行路基補(bǔ)強(qiáng)，每間隔1.2 m進(jìn)行一次補(bǔ)強(qiáng)，碾壓30次，沖擊碾距離擋土墻內(nèi)側(cè)要保持超過2 m的距離。在路段距離建筑物的距離超過100 m時(shí)，使用重錘夯擊進(jìn)行處理，夯擊的間隔為2.5 m，重錘的夯擊能300 kN .m，并控制重錘距離擋土墻內(nèi)側(cè)超過5 m。針對非濕陷性黃土路段，采用增壓補(bǔ)強(qiáng)措施，對路床使用沖擊碾壓和強(qiáng)夯技術(shù)進(jìn)行處理，從而有效控制經(jīng)過處理后的濕陷性路基和非濕陷性路基之間的沉降差異。

3.3 針對雨水控制方法

中央分隔帶位置雨水滲入作用明顯，路基濕度自上而下升高，如果不能及時(shí)排水，將會(huì)導(dǎo)致路基中線位置濕度增加，使工程投入使用后出現(xiàn)病害，所以需要采取措施避免雨水滲入路基[4]。應(yīng)增加中央排水帶的寬度，有效排除雨水，并定期清理排水溝等排水設(shè)施，避免雜物堵塞排水溝導(dǎo)致雨水聚積，施工期間還要在中央分隔帶專門設(shè)置防滲層，避免雨水滲入路基。行車道和路肩位置應(yīng)合理設(shè)置坡度，保證降水能及時(shí)排除，以及適當(dāng)增加防水層的厚度，提升防護(hù)效果。

4 施工監(jiān)測和結(jié)果分析

4.1 監(jiān)測方法和現(xiàn)場控制

在施工現(xiàn)場建立觀測點(diǎn)網(wǎng)進(jìn)行路基水平位移量、垂直位移量的監(jiān)測，檢查路基是否穩(wěn)定。完成路基處理后，繼續(xù)對后續(xù)的路堤填筑工作開展監(jiān)測，實(shí)時(shí)獲取路基的沉降值，合理控制路堤的施工速度[5]。施工現(xiàn)場使用土壤水分傳感器監(jiān)測土壤的溫濕度變化，開展對表層和深層土壤的定點(diǎn)監(jiān)測。傳感器通過監(jiān)測土壤的介電常數(shù)確定土壤的含水量。將其埋設(shè)到土中進(jìn)行監(jiān)測工作，設(shè)置4層傳感器，從地表到地下2、4、6 m進(jìn)行埋設(shè)。經(jīng)過監(jiān)測，確定路基處理后的水平位移量、垂直位移量都符合技術(shù)要求。監(jiān)測期間如果發(fā)現(xiàn)填筑高度超過極限高度，以及發(fā)現(xiàn)施工中沉降速率超過10 mm/d、水平位移超過5 mm/d，則需要進(jìn)行加密測試。

4.2 監(jiān)測結(jié)果

通過對含水率變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)土體含水率在1 m深度范圍變化，整體為先增大后減少的變化趨勢。在降雨較高的7月和8月，含水率呈現(xiàn)出波動(dòng)上升狀態(tài)，在9月份達(dá)到21.2%，之后開始下降，最終穩(wěn)定在15.3%左右，說明外界降雨對含水率的變化影響較大。在3 m位置含水率變化和1 m位置相似，但是變化幅度相對較小，保持在21%左右，4 m和6 m位置含水量維持相對穩(wěn)定的水平，兩者的差值較小。通過對處理后的路基進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)上下路床的壓實(shí)度的檢測結(jié)果都在96%以上，滿足要求；中線偏移在50 mm以內(nèi)，平整度在15 mm以內(nèi)，縱斷高程為-15～10mm，滿足控制要求。施工7個(gè)月后，沉降水平趨于穩(wěn)定，月平均沉降速率為0.5 mm，說明所采用的技術(shù)發(fā)揮了作用，能夠保證濕陷軟土區(qū)段路基的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

研究結(jié)果表明，通過使用上述方法有效提升了地基土的密實(shí)度。在工程施工中應(yīng)做好現(xiàn)場測試工作，確保工程施工各項(xiàng)參數(shù)的合理性，保證對濕陷軟土結(jié)構(gòu)的加固效果。在合理使用強(qiáng)夯法的同時(shí)，也要配合其他施工方法優(yōu)化對地基的處理，提升地基的整體質(zhì)量，滿足道路長期使用的需求。

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[作者簡介]王鑫（1987—），男，河北廊坊人，工程師，研究方向：公路施工。