淺議強夯處治高填方路基

楊建斌

1 強夯原理及適用范圍

高填路堤一般情況下處于山嶺重丘區,且地形狹窄復雜多變地段。其一般填土深度較高,分層碾壓有時機械不能正常有效作業,致使該處路基穩定性程度略低。在外部荷載特別是長期荷載作用下,填土的沉降變形較大,極易破壞其上路基的穩定性并影響行車質量。強夯原理在于通過重物夯擊對路基填料施以強大的外部作用力,減小填料的孔隙比,排除填料中孔隙水,降低其含水量;填料在排水固結后結構得到改善,承載力提高,承受外界荷載時填料的沉降量較小,從而有力保證了路基的穩定性和行車質量。強夯適用于含水量較高的粘性土、濕陷性黃土地基施工,此外還可用于碎石、砂土及人工填筑地基施工。

2 強夯所用機械設備

2.1 履帶式起重機

一般采用起重能力在15 t以上的履帶式起重機,具有行走方便、穩定性好等優點。起重機要有一定的起落高度,多在10 m～15 m。

2.2 夯錘

夯錘通常采用鋼鐵材料制作,現實施工中普遍用厚鋼板作外殼,內部焊接骨架后再澆筑混凝土制成。忻保三標路基施工現場地表土為粘性土,設計要求錘重 10 t～12.5 t,錘底靜壓力值25kPa～35kPa之內。

2.3 自動脫落裝置

夯錘可采用兩種落地方法:1)高處脫落,在自重作用力下加速下落;2)不脫落,由起重機吊鉤適當牽引墜落。相比而言,第一種方法夯錘落地速度較快,夯擊效果最好;且夯錘下落時與起重機分離,能有效避免損傷起重機,保證施工安全。現實生產中多采用第一種落地方法,設置自動脫落裝置,在重錘起到規定高度時自動放開夯錘。自動脫落裝置應具備一定的鋼度,確保安全,且要施工靈活,操作方便。

3 施工工藝

3.1 平整場地

夯錘脫落后起重機會自動產生輕微振顫。由于夯錘較重、提升較高,夯擊設備整體重心較高,為防止生產中起重機顛覆,除增設必要的安全裝置外,還應該用推土機將施工現場進行整平處理。

3.2 測量放樣

首先對路基中樁進行放樣,然后依據圖紙準確放出夯點位置,同時用白灰將夯點標記清晰。

3.3 夯點布置及要求

夯點位置可根據現場實際地形情況,采用三角形、梅花形或正方形布置,夯點間距和夯擊次數應由試夯取得。忻保工地高路堤強夯設計處理有兩種:1)基底處理單點夯擊能為2000kN?m,單點擊數為8擊,夯點間距4 m,主、副夯完成后進行全幅滿夯,滿夯能量1000kN?m,單點擊數1擊。滿夯時夯點彼此搭接1/4(對圓夯錘,可按夯錘直徑的1/4進行搭接)。2)分層處理單點夯擊能為 1500kN?m,單點擊數為 6擊,夯點間距 3.5 m,主、副夯完成后進行全幅滿夯,滿夯能量800kN?m,單點擊數1擊。

等腰三角形布置夯點,夯點間距為1.8倍錘徑;夯擊分兩遍,第一遍夯擊偶數編號的主夯點,第二遍夯擊奇數編號的主夯點,最后滿夯(滿夯夯擊能分別為1000kN?m,800kN?m),滿夯每點一擊,夯點以梅花狀排布,夯痕間以1/4d搭接。

3.4 夯擊

1)起重機就位,夯錘對準夯點位置;

2)測量夯前夯點原地面標高;

3)根據夯擊能和錘重算出夯錘落距。起重機吊錘,在起重機傾覆臨界角丈量落距,并用紅油漆畫出警戒標記;

4)將夯錘吊到預定高度后脫落重錘進行夯擊;

5)測量夯擊后夯點地面標高,計算每錘沉降量,達到設計要求時停止夯擊。觀測時儀器要遠離夯點,避免強夯引起的振動影響測量效果。

3.5 夯擊標準

各個工程項目設計止夯標準不盡相同。忻保工地單點夯擊同時滿足下列1)或2)條件中a,b兩項便可止夯,完成一個點的夯擊:

1000kN?m(1500kN?m)強夯 。

1)a.同一夯位最后兩擊的平均夯沉量小于10cm;b.單位面積累計夯擊能大于1000kN?m(1500kN?m)。

2)a.單點夯擊次數不小于8(6)擊;b.夯坑深度大于60(80)cm;c.重復以上工序,完成所有夯點夯擊。

4 施工注意事項

1)強夯處理范圍應比路基稍大,忻保工地設計強夯范圍為高路堤基底護坡道之內區域。

2)夯擊產生的振動力較大,應避免對附近結構物的振動影響。

3)夯擊時錘底要保持平穩,夯點準確,如錯位或坑底傾斜過大,應用砂土或其他透水性材料將坑底整平。

4)為減少工后沉降,確保路基的穩定性,對填土高度大于16 m的路段進行強夯處理,路床地面以下每填筑4 m強夯補強一次。為保證施工質量,在正式施工前應選取試驗段進行試夯,以確定最佳夯擊能量、夯擊次數等指標,以正確指導施工。

5 強夯施工總結

山西省忻州—保德段路基橋涵工程第三合同段RK21+395～RK21+470段為高填方路基,最初設計采用 2000kN?m,1000kN?m,1500kN?m,800kN?m四種強夯。后因強夯施工周期太長,無法滿足整體工期要求而變更。變更后僅部分路段采用1000kN?m,1500kN?m 強夯。

強夯施工于基底鋪設碎石墊層前曾在某一地段進行了1000kN?m的點夯,夯錘重12.5 t。從幾個試夯點來看,第 1,2擊沉降較大,為18cm～20cm,以后逐漸增加;至第8,9擊時沉降最小,僅為4cm～6cm,總沉降量有 28cm～35cm。分析認為是高填方路堤基底承載力較高,原地地表土松散,需采取強夯補強夯處理;至第6擊后沉降趨于穩定,每擊沉降量5cm～8cm左右,尚達不到設計止夯標準(前后兩擊沉降值差5cm);10擊左右時夯坑深達0.5 m～0.7 m,因夯坑過深起錘困難未再夯擊。鋪筑30cm厚碎石渣墊層后,按變更后的止夯標準(見上),基本上6擊便可達到止夯條件1)。

強夯7 d后從夯擊終止時的夯面起至其下5 m深度內,豎向每隔50cm采取土樣進行試驗,發現強夯后地表4 m內土質結構得到了較好的改善,土的孔隙比大大減小,含水量明顯降低,路基基底土的容許承載力增大,超過上部路基產生的壓力(路基填筑高度約為23 m),按設計要求不再采取預留沉降量。

總而言之,路堤沉降不論地基和路堤都是難免的。試驗研究成果表明,高路堤地基沉降在路基施工結束時基本完成,而堤身的沉降則要在施工結束后緩慢完成,且路堤越高沉降時間越長。過去大多預留沉降量使路堤沉降后仍能符合設計要求高度,但高速公路縱坡要求嚴格,不可能由于預留沉降量使路面縱坡在短距離內起伏變化,也不可能在其沉實后再調整路面高度,沉降量的調整難度相當大,因此不采取沉降量,要在施工填筑過程中,嚴格控制分層填筑的厚度,填料的強度應達到要求,壓實度達到壓實標準,做好施工計劃,對高填方路段提早施工,或采取強夯手段等有效措施,可使其快速自然沉降,盡量減少工后沉降量。

[1] 付曉光,薛相濤,閆小兵.強夯技術在濕陷性黃土路基施工中的應用[J].山西建筑,2009,35(8):302-303.