強夯法加固處理土石混填路基的施工參數分析

賀志彬

強夯法加固處理土石混填路基的施工參數分析

賀志彬

（安陽市恒達公路發展有限責任公司，河南 安陽 455000）

針對強夯法加固處理土石混填路基壓實質量控制的實際需要，通過大量的現場強夯試驗，采用瑞雷波測試技術，分析強夯對路基沖擊壓實的實際效應和主要影響因素，探討不同的擊實功和虛鋪厚度與路基密實程度的相關關系，確定強夯的有效加固處理影響深度，并采用動力觸探方法對強夯加固效果進行驗證分析。在此基礎上，給出該試驗路段強夯施工的合理夯擊能和虛鋪厚度等施工參數，并優化強夯施工方案。

強夯；土石混填路基；有效加固深度；瑞雷波；動力觸探

在山區修筑干線公路填方路段多采用土石混合料作為路基填料，由于土石混填路基填方料顆粒粒徑范圍大且難以控制，加之其含水量極不均勻，在實際工程中，路基施工困難、施工質量得不到可靠保證。為了保證施工質量和減少工后不均勻沉降，在路基修筑過程中一般采用強夯法施工。

強夯法是建筑工程、水利工程、公路工程地基處理中比較常用的方法之一。趙煉恒等［1］進行了土石混填路堤強夯加固的大型現場動應力測試試驗，采用量綱分析結合選取修正系數的方法給出了土石混填路堤強夯加固深度的計算公式。賈學明等［2］采用測量瑞雷波速度的方法來評價強夯加固處治措施的效果，并且應用該方法對部分梁長高速公路的路基壓實度進行了評價。何長明等［3］結合現場實驗，通過建立強夯土體變形的理論分析模型，得到了夯沉量與孔隙率、壓實度和夯距的關系。王金學等［4］在土石混填路基強夯施工過程中，利用多道瞬態瑞雷波勘探技術對夯擊有效加固深度參數進行了定量測試。王金學［5］利用多道瞬態瑞雷波勘探技術，研究了土石混填路基在進行強夯施工的過程中不同夯擊能下的最佳夯擊次數和最佳夯間距，改進了土石混填路基的強夯施工工藝。馬清文等［6］通過大量的現場強夯試驗，分別采用瑞利波、動力觸探和固體體積率檢測等手段進行檢測，得到強夯加固快速檢測評價的方法。王清洲等［7］應用瑞雷波波速檢測、彎沉檢測、承載板試驗等無損檢測技術對超大粒徑土石混填路基強夯試驗段施工質量進行檢測，確定了山區超大粒徑土石混填路基施工的工程經驗法施工的參數和指標。宋楊等［8］用多道瞬態瑞雷波檢測技術對土石混填路堤進行檢測，確定不同夯擊能的有效加固深度，優化了原有土石混填路堤的施工方案。嚴穩平等［9］通過對3種夯擊能下不同夯點間距和土石比的組合，對土石混合填筑地基進行了強夯試驗研究。

為了研究在強夯過程中強夯的夯擊能量和夯擊次數對填方路基壓實效果的影響，分析在不同的夯擊能量時強夯的影響范圍和有效加固深度，本文在強夯施工的試驗段，針對不同的夯擊能量（或夯擊次數）和虛鋪厚度，分別在選定的試驗點依次進行瑞雷波檢測和動力觸探檢測試驗，對強夯的加固效果及影響范圍進行評價分析，從而為制定合理的強夯施工方案提供技術依據。

1 試驗方案

由于施工現場的路基填料來源主要是附近山區路段挖方段的棄料，其土石比較難控制。根據現場情況，將石料的最大粒徑以不超過30cm作為主要控制標準。通過選擇有代表性的土石混填路基段作為試驗路段進行強夯試驗，并采用瑞雷波和動力觸探分別檢測強夯路段的壓實效果。

1.1 強夯參數

試驗方案的虛鋪厚度設定為1.2m和1.5m兩種情況，根據現場施工條件，選擇使用10t的重錘，落距分別選為8.5m（夯擊能量為850kN·m）和10.5m（夯擊能量為1 050kN·m）。夯點按三角形布置，夯點設計間距為3m。試驗布置如圖1所示。

圖1 夯點及瑞雷波測線布置示意圖

1.2 檢測手段

采用瑞雷波和動力觸探試驗對強夯處理地基的密實效果分別進行檢測。

1.2.1 瑞雷波法。瞬態瑞雷波法測試原理如圖2所示。選用合適大小的力錘在震源位置進行錘擊激發信號，通過對傳感器拾取的時域信號進行綜合分析后轉換為頻域信號，瑞雷波頻率的不同所對應的波長也不同，其影響深度也不同，反映的是介質在不同深度范圍內的特性。不同頻率與波長的關系構成了測點位置的頻散曲線，通過對頻散曲線的分析，確定各分層介質的分層界面及對應的波速，再將瑞雷波波速與分層介質的物理力學參數之間建立相關關系，就可實現基于瑞雷波方法進行公路質量無損檢測。本次測試采用河南省道路檢測工程技術研究中心基于虛擬儀器技術開發研制的瑞雷波測試系統。

圖2 瞬態瑞雷波法測試原理示意圖

對于每個夯擊點均布置了5個瑞雷波測試點，相鄰兩個瑞雷波布置點間距2m，具體布置情況如圖3所示。在現場試驗過程中，對這些瑞雷波測試點分別在夯擊前、3擊后、5擊后、7或8擊后（夯擊完成后）進行了瑞雷波測試，從而確定強夯沖擊影響范圍（縱向和橫向），檢測不同夯擊能對路基密實度的作用效果，進而做出分析評價。

圖3 瑞雷波測點布置示意圖

1.2.2 重型圓錐動力觸探。由GB50021-2001《巖土工程勘察規范》可知，動力觸探在巖土勘察中應用廣泛，分為輕型、重型和超重型三種。根據土石混填路基特點，現場選取重型圓錐動力觸探，其技術指標見表1。

嚴格按試驗方法先將圓錐打入土中10.0cm，然后再記錄每貫入10.0cm的錘擊數作為觸探指標，一直貫入到下一層頂面為止。貫入時使穿心錘沿鉆桿自由落下，觸探桿最大偏斜度不應超過2%。打入過程中盡可能連續錘擊，同時防止錘擊偏心、探桿傾斜和側向晃動，保持探桿垂直度。

表1 重型圓錐動力觸探技術指標

1.3 試驗步驟

在不同夯擊能量和夯擊次數的試驗點依次進行瑞雷波、固體體積率和動力觸探方法進行相關的檢測試驗。具體步驟如下：

①虛鋪厚度為1.5m時，要求場地盡可能平整，以便開展測試工作。首先，選定檢測試驗測點，布置瑞雷波檢測線，強夯前先用瑞雷波測試儀進行檢測。②選用單擊夯擊能850kN·m的重錘，對選定的夯擊點進行夯擊。3次夯擊后，用瑞雷波進行檢測。然后繼續進行夯擊，在第5、7次夯擊后用瑞雷波進行檢測試驗。在此過程中需及時測定其每一擊的沉降差，判定其是否滿足相關要求（最后兩次夯擊的平均沉降差不大于3.5cm），同時分別用沉降觀測儀、數碼相機和攝像機記錄夯擊點周圍的變形情況。如果不滿足相關要求，則進行第八次夯擊，以后每次夯擊之后都要進行相關檢測，直到滿足要求為止。③重復以上過程，共選擇6個夯擊點進行測試，并選取其中3個點做標記，在沉降差滿足要求后進行動力觸探試驗，并觀察其大粒徑巖石的破碎情況。④選定另外6個夯擊點，采用單擊夯擊能1 050kN·m進行夯擊，步驟如上。⑤虛鋪厚度為1.2m時，重復上述步驟進行測試。

2 試驗結果及分析

2.1 瑞雷波法

為了研究不同夯擊能在不同虛鋪厚度情況下對路基的壓實效果，在滿足夯擊試驗要求的情況下，經過統計分析，在試驗區第一次的虛鋪厚度為1.5m，分別得到了前6個夯擊中心點在夯擊能為850kN·m時和后6個夯擊中心點在夯擊能為1 050kN·m時不同深度的平均波速值；在第二次的虛鋪厚度為1.2m，也分別得到了前6個夯擊中心點在夯擊能850kN·m時和后6個夯擊中心點在夯擊能為1 050kN·m時下不同深度的平均波速值，其測試結果見表2。

根據表2的現場測試結果，可以得到以下結論：

①對于同一虛鋪厚度，當夯擊能從850kN·m提高到1 050kN·m時，夯擊后路基不同深度的平均波速整體上都有所增大，增加夯擊能量可以提高路基的壓實效果。

②當虛鋪厚度從1.2m增加到1.5m時，在同一夯擊能作用下，路基不同深度的平均波速整體上都有所減少，減少幅度大致在15～30m/s。可知，虛鋪厚度對路基的壓實效果影響較為明顯。

表2 不同夯擊能及虛鋪厚度情況下不同深度處平均瑞雷波波速

③對于以上4種工況，夯后路基大約在夯坑下2m深度處的平均波速達到最大值，在4m深度范圍內其不同深度處的平均波速基本都能夠達到300m/s，在6m深度范圍內其不同深度處的平均波速值都能夠達到250m/s以上。理論計算表明，剪切波速大約為瑞雷波波速的1.1倍，所以夯坑中心點不同深度處平均剪切波速大都超過250m/s。根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）所提出的土的類型劃分和剪切波速范圍（見表3），可判定夯后的試驗場地都能夠達到中硬場地土的密實程度。因此，當夯擊能為850～1 050kN·m和虛鋪厚度為1.2～1.5m時，該路段強夯處理的有效加固深度大致為4～6m。

表3 場地土的類型劃分和剪切波速范圍

④與夯擊能為1 050kN·m，虛鋪厚度為1.5m的情況相比較，當夯擊能為850kN·m，虛鋪厚度為1.2m時，夯坑中心點同一深度處的平均波速都有所增大，最大增幅達到20m/s。這也表明，大的夯擊能不一定就比小的夯擊能施工效果好，虛鋪厚度對施工效果也存在著較大的影響。因此，在制定強夯施工方案時要綜合考慮夯擊能和虛鋪厚度等因素的綜合影響。

由于土石混填路基材料的質量差異較大，現場的施工質量很難控制。為了保證路基壓實的施工質量，建議采用夯擊能為850kN·m和虛鋪厚度為1.2m的施工方案。

2.2 動力觸探法

為了保證試驗路段的施工質量，在強夯試驗完成后，選擇部分夯坑測點進行動力觸探測試。對于夯擊能為850kN·m和虛鋪厚度為1.2m的施工方案，動力觸探測試結果如表4所示。

表4 動力觸探現場測試結果

由表4中的試驗結果可以看出，圓錐動力觸探打入土石混填路基中10cm的錘擊數均大于10。由《巖土工程勘察規范》GB50021-2001可知，強夯段土石混填路基密實度基本都能夠達到中密程度，符合路基施工質量的相關要求。

3 結論

①通過理論分析和現場檢測試驗，重點探討了土石混填路基在不同的夯擊能量和虛鋪厚度對強夯的有效加固范圍的影響。結合現場實測結果，當夯擊能為850～1 050kN·m、虛鋪厚度為1.2～1.5m時，強夯的有效加固深度約為4～6m。②通過采用瑞雷波和動力觸探檢測技術對強夯效果進行現場檢測，并對檢測結果進行對比分析，該強夯段宜采用夯擊能850kN·m和虛鋪厚度為1.2m的施工方案。③由于土石混填路基的材料特性非常復雜，瑞雷波測試技術能夠實現對土石混填路基壓實質量進行有效的檢測評價，且簡便易行，快速高效，值得推廣應用。

［1］趙煉恒，李亮，何長明，等.土石混填路堤強夯加固范圍研究［J］.中國公路學報，2008（1）：12-18.

［2］賈學明，楊建國.土石混填路基強夯法施工質量無損檢測技術［J］.重慶交通大學學報（自然科學版），2008（增刊）：945-947.

［3］何長明，李亮.強夯法補強加固土石混填路堤施工參數的確定［J］.路基工程，2009（1）：65-76.

［4］王金學，張國杰.土石混填路基強夯施工方案研究［J］.公路，2009（5）：235-239.

［5］王金學.多道瞬態瑞雷波在土石混填路基強夯施工中的應用［J］.公路，2009（2）：74-76.

［6］馬清文，樂金朝，黃江華.瑞利波法在土石混填路基壓實度檢測中的應用［J］.路基工程，2010（2）：103-105.

［7］王清洲，劉淑艷，馬士賓，等.超大粒徑土石混填路基無損檢測技術的應用研究［J］.公路，2011（1）：192-197.

［8］宋楊，魏連雨，馮雷.高填方土石混填路基夯實及檢測技術研究［J］.河北工業大學學報，2014（5）：88-92.

［9］嚴穩平，王鴻運.土石混合填方地基強夯試驗研究［J］.施工技術，2015（13）：47-50.

Construction Parameters Analysis of Dynamic Consolidation Method Reinforced the Rock-Soil Mixture Embankment

He Zhibin
（Anyang City Hengda Highway Development Co.,Ltd.，Anyang Henan 455000）

In order to ensure the construction quality of the soil and rock mixture embankment,the dynamic consolidation method is applied during the construction of a highway engineering in Anyang.In this paper,the dynamic consolidation mechanism of soil and rock mixture embankment is studied.Based on a large number of on-site dynamic consolidation test and using Rayleigh wave method,the actual compaction effect and main influencing factors of dynamic consolidation on the soil and rock mixture embankment are analyzed,and the relationship between different tamping energy,virtual height of the soil and rock mixture and degree of compaction of embankment is discussed comprehensively.The effective reinforcement range of dynamic consolidation is obtained and the compaction effect is verified by using dynamic penetration method.According to the test results,the reasonable tamping energy and the virtual thickness of the soil and rock mixture embankment were proposed and the original dynamic schemes were optimized.

dynamic consolidation；soil-rock mixture embankment；effective reinforcement depth；Rayleigh wave；dynamic penetration

U416.1

A

103-5168（2017）09-0113-04

2017-08-02

河南省交通運輸廳科技項目（2013K32）。

賀志彬（1962-），男，本科，高級工程師，研究方向：道路橋梁施工管理。