淺談強夯置換法在處理粉煤灰路基中的應用

張照新

（蘭州市政建設集團有限責任公司，甘肅蘭州 730030）

1 工程背景

濱河路西延段工程位于蘭州市西固區，全長11 km，是沿黃河南岸拓開的一條城市主干道，對緩解蘭州市東西交通擁擠現狀、改善蘭州市投資環境具有深遠的歷史意義，被稱為蘭州市的西大門，同時也是40 km黃河風情線的重要組成部分。

由于受地理條件的限制，同時也受到黃河過水斷面的制約，該工程從K1+300～K2+300長約1km的路段占用了蘭州市西固熱電廠的沉淀池，但池內現存粉煤灰的厚度約深3～4 m，且含水量基本飽和，利用沉淀池粉煤灰直接作為路基的軟基處理實屬罕見，對粉煤灰及飽和土處理方案，著實需認真研究。

2 方案的選定

2.1 采用換填的方法

如果采用挖除沉淀池內的粉煤灰，利用性能較好的砂型材料回填，需挖除粉煤灰15.75萬m3，同時需要換填土方15.75萬m3，由于沉淀池段地處黃河邊，土源緊缺，土源必須從10 km以外的地方外借，且廢棄粉煤灰運距達11 km，完成這次工程需要投資約700多萬元。

2.2 采用強夯置換的方法

如果采用強夯置換的方法，即用強夯的方法，強行將砂礫土夯入已沉淀的粉煤灰或飽和土內，排開和置換粉煤灰和軟土，在夯點位置形成直徑大于錘直徑的砂石柱體，與夯間土共同形成復合地基，初步概算需投資約550萬元。

2.3 兩種方案的比較

（1）節約投資方面，采用強夯置換可節約投資150萬元；

（2）工程質量方面，兩種方案均可滿足工程地基承載力的要求；

（3）施工工期方面，如果利用挖除粉煤灰換填的方法，約需要60 d時間，如果采用強夯置換的方法，6臺吊車同時作業，僅需30 d；

（4）環保方面看，如果采用換填，廢棄的粉煤灰外運和堆放以后，由于蘭州地區四季刮風，對環境將造成很大的污染。

為此，經該工程的業主、設計單位、監理單位、施工單位共同商定，決定采用強夯置換的施工方法。

3 強夯置換施工方法

3.1 路基處理深度的確定

3.1.1路基作業工作區深度

式中：ρ=車輪荷載=1/2（后軸重）=1/2×130=65 kN；

K—系數，K=0.5；

γ—土的重度，γ=14 kN/m3；

n— 系數，n=10。

3.1.2路基換算成路基土層的當量厚度Ze

式中：n1—路面厚度，n1=0.65 m；

m—開方指數，多層系數路面m=2.5；

E1—路面材料回彈模量，E1=60 MPa；

E2—路基土回彈模量，E2=14 MPa。

3.1.3路基處理深度Z

根據上述結果，路基處理深度大于2.0 m以上便可滿足要求。

3.2 路基強夯置換處理的試夯方案

3.2.1夯點布置

初步設計夯點布置呈正三角形，夯點間距為3.0 m，見圖 1。

3.2.2試夯方法

（1）夯錘采用圓形，錘重10 t，直徑為1.2 m，單擊夯擊能量1 500 KJ；

圖1 夯點及試驗點布置圖（單位：cm）

（2）主夯點分兩遍完成，并逐級記錄夯坑深度，當夯坑深度發生起錘困難時，可向夯坑填入天然級配砂卵石，觀測并記錄每擊的夯沉量及填料數量，再重復夯擊，直至滿足規定的擊次控制標準完成一個墩體的夯擊；

（3）完成主夯后，鋪設砂石墊層50 cm，然后采用1 000 KJ夯擊能滿夯拍平，每點三擊；

（4）墩體及墊層采用天然級配砂卵石，粒徑大于300 mm的顆粒不宜超過總重的30%，含泥量小于10%；

（5）試夯采用20 m×20 m=400 m2的范圍。

3.2.3試夯結果

從試夯來看，夯擊數不小于16擊，最后兩擊的夯沉量不大于10 cm，累計夯沉量大于3.5 m，每夯擊點填入砂石量不小于12 m3，砂石墩體置換率50%。

4 檢測

強夯置換區的檢測主要委托甘肅地基基礎有限責任公司實施。試夯與檢測工作于2003年9月6日開始，2003年9月20日結束，共完成試夯點16個，原位靜載試驗4個點次（其中試夯區夯實砂石墩體3點位，粉煤灰層內1點），動力觸探孔8個（4點位于夯實砂石墩體，3點位于墩體之間，1點位于粉煤灰內），土基回彈模量做了4個點，并進行了土路基壓實度檢測。

4.1 現場開剖

現場開剖主要檢測砂石柱體的直徑，置換深度及置換率等，現場開剖試夯點兩個，檢測得到砂石柱體的直徑平均達到2.15 m，深度平均2.7 m，置換深度大于2 m，置換率達到50%。

4.2 靜載試驗

靜載試驗采用慢速維持荷載法，即用千斤頂加荷，標準測力計測定荷載，強夯成套機械設備作為主力裝置，百分表測讀沉降，加荷分級，沉降測讀時間及穩定標準等試驗要點均執行《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）附錄C的有關規定。

靜載試驗的三個點的承載能力結果為：490 kPa、365 kPa、420 kPa，平均值為 425 kPa，滿足地基承載力的要求。

4.3 變形模量E0的確定

用靜載試驗確定變形模量E0，一般取靜載力試驗Q-S關系曲線的直線段，用以下公式計算：

式中：u—地基承載力泊松比，碎石取0.25，粉土取0.3；

B—承壓板的厚度；

Q、S—直線段內相應荷載及沉降。

根據計算，砂石墩的變形模量為40.2 MPa、30 MPa、34.54 MPa，平均值為35 MPa，粉煤灰變形模量為10 MPa。

4.3.1動力觸探

根據實測單孔動探擊隨深度變化曲線及觸探擊數N63.5統計值統計結果，經強夯置換處理后夯間的觸探擊數達13次，擠密效果明顯。

4.3.2地基回彈模量

土基回彈模量（Ee）按下式計算：

式中：P—承壓板上的單位壓力（kPa）；

L—相應該級壓力回彈變形（加壓讀數—卸壓讀數）；

D—承壓板直徑（cm）；

u—土的泊松比，卵石u=0.25，粉煤灰u=0.30。經上述公式計算，地基的回彈模量為57.1 MPa。

4.3.3壓實度檢測

強夯完成后，對路基的壓實度取5個點進行檢測，其中2個點位于砂石墩體上，3個點位于粉煤灰上，平均壓實度大于95%以上，滿足設計要求。

5 結論及體會

經實地檢測，置換深度、砂石墩體外觀、地基承載力、變形模量、回彈模量、地基壓實度均滿足《公路路基路面現場測試規程》（JTJ59-95）規定，滿足城市主干道地基處理的有關要求。

綜上所述，利用強夯置換法對松散土地基及飽和土軟基的處理提供了新的思路，對濕陷性黃土地區軟基處理提供了新的依據。

[1]GB50007-2002,建筑地基基礎設計規范[S].

[2]JTJ59-95,公路路基路面現場測試規程[S].