強(qiáng)夯法在高速公路路基施工技術(shù)中的應(yīng)用探究

李紅鋒

(山西平陽路橋有限公司，山西臨汾 041000)

0 引言

強(qiáng)夯法造價(jià)低廉且操作簡單，針對高速公路路基能夠提高其路基強(qiáng)度，降低可能出現(xiàn)的工后沉降，對地基的作用深度相當(dāng)之深。目前該技術(shù)可應(yīng)用于濕陷性軟土土壤或粉質(zhì)土壤，可解決某些軟質(zhì)土壤地帶無法實(shí)現(xiàn)路基夯實(shí)并存在沉降現(xiàn)象的高速公路項(xiàng)目建設(shè)難題。

1 某高速公路路基施工項(xiàng)目基本概述

某高速公路呈現(xiàn)東北方向發(fā)展，全程經(jīng)過6個(gè)市縣長度達(dá)到270.29 km，是兩省連接的主要國道通道。由于該高速公路建設(shè)項(xiàng)目所在區(qū)域存在獨(dú)立的地質(zhì)單元，其基層為中侏羅紀(jì)火山巖與早白堊紀(jì)泥巖以及泥質(zhì)粉砂巖底層結(jié)合，整體上巖石的強(qiáng)度偏低，缺乏良好的抗風(fēng)化能力，符合我國《濕陷性黃土地區(qū)建設(shè)規(guī)范》中的相關(guān)內(nèi)容描述。在對該地區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察中也發(fā)現(xiàn)該路段的原生黃土與沖洪積次生黃土較多，雖然有碎石與礫石相隔，但在地基深層位置存在大量的濕陷性粘土，其最厚位置為20 m，但平均厚度只有6 m左右。

根據(jù)該公路路基施工項(xiàng)目的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在面對這種飽和度偏低的粉性土、砂性土與粘土地質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理。強(qiáng)夯法主要是根據(jù)地面所需要的夯擊能能量，結(jié)合夯錘自重與夯錘吊起高度自然下落后產(chǎn)生對于地面的夯擊能量，引發(fā)土體的明顯壓縮，并排擠出土體中多余的空隙水分與氣體。在經(jīng)過多次重復(fù)夯擊后土體就會(huì)固結(jié)，確保地基承載能力有效提升。

2 某高速公路路基施工項(xiàng)目施工設(shè)備選擇

2.1 起重機(jī)的選擇與施工注意要點(diǎn)

某高速公路路基施工項(xiàng)目選擇了重力大于15 t的履帶式裝備，該設(shè)備行走靈活，且具有穩(wěn)定性能，也具備一定起重高度(最高高度可達(dá)到14 m)。在施工中為了避免夯錘下落導(dǎo)致吊臂回彈后仰造成起重機(jī)翻倒危險(xiǎn)，施工中特別根據(jù)夯錘升起后的高度結(jié)合設(shè)備最高重心進(jìn)行了計(jì)算，適當(dāng)為其添加了鋼質(zhì)桅桿設(shè)施以保證起重機(jī)受力平衡，提高其工作安全穩(wěn)定性。

2.2 夯錘的選擇與施工注意要點(diǎn)

為了確保夯錘靜壓力值最高在30 kPa～40 kPa范圍內(nèi)，該工程施工中將夯錘自重設(shè)置在10 t～20 t左右，上下底面直徑則設(shè)計(jì)為2 m。在高速公路路基施工中，采用厚鋼板焊接夯錘，并在其中填筑水泥混凝土凝固。該路基施工還充分考慮到夯錘夯擊地面后所排出的氣體部分會(huì)降低空氣所形成的阻隔反作用力，因此在夯錘制作過程中在其上下底面還預(yù)留了一定數(shù)量直徑為25 cm左右的夯錘圓孔，確保夯錘對路基均勻產(chǎn)生夯擊力量。

3 某高速公路路基施工項(xiàng)目強(qiáng)夯法應(yīng)用試驗(yàn)分析

該高速公路路基施工項(xiàng)目在應(yīng)用強(qiáng)夯法之前進(jìn)行了試驗(yàn)檢測、分析以及位移測量，具體試驗(yàn)技術(shù)流程如下。

3.1 對強(qiáng)夯法的試驗(yàn)檢測

采用強(qiáng)夯法首先處理濕陷性黃土，對土體受壓變形、含水量以及固結(jié)過程等等外部影響因素進(jìn)行分析，全面確保路基強(qiáng)夯后的安全穩(wěn)定性(達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計(jì)地基承載力要求)。為此，該路基工程施工項(xiàng)目就選擇了現(xiàn)場試驗(yàn)檢測上述參數(shù)。

首先明確了現(xiàn)場試驗(yàn)方案中強(qiáng)夯處理所產(chǎn)生的夯擊功能在1 000 kN·m，設(shè)計(jì)夯錘中15 t，夯錘上下底面直徑為25 m。在施工現(xiàn)場路基地面上設(shè)置邊長為5 m的正方形畫布網(wǎng)格，然后主要夯擊正方形的中心點(diǎn)位置，即進(jìn)行間隔夯擊，保證整塊夯擊地基沉降大約0.5 m左右，而每點(diǎn)兩次的夯擊平均沉降控制在5 cm以內(nèi)，再者就是確保每點(diǎn)8次夯擊壓實(shí)度在50%以上。

其次在夯擊過程中要準(zhǔn)確監(jiān)測夯擊前后變化的相關(guān)指標(biāo)，并提取相關(guān)觀測數(shù)據(jù)結(jié)合施工路段布設(shè)至少4個(gè)沉降標(biāo)觀測地基沉降數(shù)據(jù)。該工程在試驗(yàn)操作中希望利用混凝土加固配合鋼管的方法做好沉降杯的保護(hù)工作，避免沉降杯被破壞。另外就是在夯擊點(diǎn)埋設(shè)了孔隙水壓力測頭，結(jié)合試驗(yàn)要求劃分3組，其中每組按照一定深度與距離布設(shè)孔隙水壓力測頭。

3.2 對強(qiáng)夯法的試驗(yàn)分析

在確定夯擊點(diǎn)與夯擊次數(shù)后觀察夯擊法試驗(yàn)中地基沉降量的變化曲線。在觀察中發(fā)現(xiàn)最后兩次夯擊的平均沉降量可作為控制指標(biāo)，在每點(diǎn)夯擊4次左右就能滿足夯擊施工要求。所以該工程也按照沉降量控制指標(biāo)結(jié)合每點(diǎn)需要夯擊至少8次以期望施工技術(shù)達(dá)標(biāo)。以下結(jié)合試驗(yàn)內(nèi)容給出該路基施工的夯擊次數(shù)，如下:

其中，E為單位土體所需要的夯擊能量，kN·m;S為夯錘錘底面的實(shí)際面積，m2;d為地基改良深度目標(biāo)值，m;W為夯錘總量，t;H為落錘高度，m。該工程結(jié)合實(shí)際情況代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，配合上式計(jì)算得出了按照10次夯擊所產(chǎn)生的夯擊能量。根據(jù)夯擊能量結(jié)果給出強(qiáng)夯影響深度的一般經(jīng)驗(yàn)公式如下:

其中，a為受到多種外界因素影響后所產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，它可應(yīng)用于強(qiáng)夯法施工中作為一個(gè)具體的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)變數(shù)，結(jié)合夯錘的夯擊高度、夯擊力量在3.5 m～5.0 m厚度的濕陷性黃土土層進(jìn)行夯擊是可行的。

另外，在路基施工中結(jié)合壓實(shí)度檢測指標(biāo)對10次夯擊中的壓實(shí)度平均值進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，該路基施工中采用夯擊法的平均壓實(shí)值都在90%以上，基本可滿足施工要求，一般來說在夯擊第8次前數(shù)據(jù)變化明顯，第9次、10次夯擊后數(shù)據(jù)變化不大，這說明路基在第8次之后已經(jīng)完全壓實(shí)，壓實(shí)度已經(jīng)超過90%。而在強(qiáng)夯前后的靜力觸探曲線方面，其路基在填筑后的靜力觸探曲線表現(xiàn)更明顯。因此可得出結(jié)論，在強(qiáng)夯后地基的強(qiáng)度變高，靜力觸探值則要高于10 MPa。

3.3 對位移的試驗(yàn)分析

該高速公路路基施工項(xiàng)目在采用強(qiáng)夯法過程中一定會(huì)出現(xiàn)位移，這從通車后路基頂面沉降變化就能觀測出來。強(qiáng)夯后雖然該施工中路基雖然出現(xiàn)了明顯沉降，但總的沉降值偏小，基本滿足對路基沉降指標(biāo)的基本技術(shù)要求。不過在采用低能量進(jìn)行多次夯擊后路基可能存在一定的位移，這種位移會(huì)導(dǎo)致路肩側(cè)向擠出一定的變形值，結(jié)合這一變形值進(jìn)行觀測得出路基路肩位置的側(cè)向擠出變形觀測值，如表1所示。

針對該高速公路段的路堤路肩填方位置進(jìn)行強(qiáng)夯壓實(shí)(夯擊能量為1 000 kN·m)，并按照正方形布設(shè)夯點(diǎn)位置，夯錘中心間距設(shè)置在4.0 m，可單點(diǎn)夯擊6次～10次。以表1中6次夯擊為例，最初4次表面松散土被夯平，路基沉降值數(shù)據(jù)變化較大，但在第5次、6次時(shí)數(shù)據(jù)基本趨向于穩(wěn)定，壓實(shí)度與夯擊沉降度基本無變化，說明路基已被夯擊壓實(shí)。

表1 試驗(yàn)段路肩位置的側(cè)向擠出變形觀測值數(shù)據(jù)

所以結(jié)合上述該高速公路路基施工項(xiàng)目強(qiáng)夯法試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)分析，該路段可以采用強(qiáng)夯法夯擊加固路基，其夯擊強(qiáng)度也滿足施工項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)要求［1］。

4 某高速公路路基施工項(xiàng)目強(qiáng)夯法施工工藝流程

結(jié)合強(qiáng)夯法試驗(yàn)結(jié)果，該高速公路路基施工項(xiàng)目順利展開，其施工工藝流程主要如下:

首先第一步清理、整平施工現(xiàn)場，保持施工現(xiàn)場清潔無雜物。

第二，測定施工路段地基的原始標(biāo)高，同時(shí)布設(shè)夯錘落點(diǎn)位置。

第三，結(jié)合設(shè)計(jì)高度用起重機(jī)將夯錘吊起并自然釋放，保證夯錘以自由落體的方式下落，夯擊地面自然成坑，夯擊后要調(diào)整好路基平整度，確保坑底平整度達(dá)標(biāo)。

第四，結(jié)合施工設(shè)計(jì)要求用起重機(jī)重復(fù)吊起夯錘自然下落，完成設(shè)計(jì)規(guī)定的夯擊次數(shù)。

第五，按照點(diǎn)夯方法將地面平整。該工程采用到了1 000 kN·m的夯擊力量實(shí)施滿夯，在滿夯兩次后將地面重新整平。

最后，記錄強(qiáng)夯后的地基標(biāo)高，按指定時(shí)間間隔，重復(fù)上述流程采用低能滿夯的方法夯擊下一點(diǎn)，做好地基高程測量工作［2］。

5 結(jié)語

采用強(qiáng)夯法可解決某些濕陷性黃土或粉質(zhì)土壤路段高速公路路基施工難題，而且該技術(shù)體系相對成熟，對數(shù)據(jù)的測量與記錄相對精確，可以成為當(dāng)前高速公路路基施工建設(shè)的主力技術(shù)。