強夯置換法在濕陷性黃土地基處理中的應用

王 友 參

(中鐵十四局集團第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

1.1 設計概況

東陽關主線收費站屬于山西省黎城(冀晉界)至長治公路改擴建工程中新建收費站，該收費站位于新建線Z1線Z1K739+815～Z1K740+385范圍內，長570 m。強夯置換片石墩軟基處理范圍為Z1K739+910～Z1K740+095，處理長度185 m，處理面積13 752 m2。

1.2 地理位置

經現場查看該段位于兩處沖溝處，且該兩處沖溝未設置排水設施。沖溝內常年積水對主線收費站造成浸泡。

1.3 地形地貌

所屬地貌單元中分為黎城盆地黃土臺塬地貌，標高介于853 m～834 m之間，高差約19 m，軟弱地基位于840 m～834 m之間的沖溝中。

1.4 地質狀況

1.5 水文狀況

本段地下水位在1.6 m～1.8 m之間，主要位于軟塑～流塑的黃土狀土中。表層為黃土狀土，由于地下水位埋藏較淺。且黃土處于濕～飽和狀態(飽和度在86%～100%之間)，承載力低(60 kPa)，天然孔隙比大(在0.664～0.931之間)，直剪強度在24.1 kPa～28.5 kPa之間，為飽和、中壓縮性土軟弱土地基。

1.6 工程地質總體評價

東陽關主線收費站表層為黃土狀土、飽和，中壓縮性土軟弱土及濕陷性黃土地基。地基承載力不足，壓縮性高，對工程后期穩定影響較大。

2 施工方法

2.1 處理原理

強夯置換片石墩加固原理為通過強夯片石所形成的片石樁，對原地基中的壓縮性飽和土進行置換。同時，強夯過程中所產生的巨大沖擊能使樁體周圍軟弱土中的空氣減少，土體液化，使液化土體與樁體一起構成了良好的排水系統，縮短排水過程，加速土體固結,以致樁體與周圍土體形成復合地基，控制總沉降，增強地基強度。

2.2 設計參數

通過現場勘探情況計算分析得出，采用點夯與滿夯結合處理的方式，處理深度5 m～7 m時，單點夯擊能宜為2 000 kN·m，單點夯擊次數宜為4擊～6擊；處理深度8 m左右時，單點夯擊能宜為2 500 kN·m，單點夯擊次數宜為5擊～7擊；處理深度達到10 m時，單點夯擊能宜為3 000 kN·m，單點夯擊次數宜為6擊～8擊。

2.3 施工準備

1)現場準備。

平整場地，開挖減震溝。邊樁放樣，做好標記，記錄場地高程，標出第一遍夯點位置，機械就位，測量夯前錘頂高程。

2)機械配置。

強夯機械宜采用帶有自動脫鉤裝置的強夯機，本工程投入宇通YTQH259液壓履帶式強夯機2臺，自重50 t，單股拉力7 t～9 t，最大夯擊能4 000 kN·m，夯錘20 t；15 t振動壓路機1臺，履帶式推土機1臺。

3)人員配置。

采取人員換班制，帶班1人，司機2人，起重工2人，測量和記錄3人，共12人。

2.4 試夯試驗

根據現場勘探，東陽關主線收費站填方路基基地濕軟，選擇有代表性的區域進行試夯，試夯區域不小于25 m×25 m。確定試夯區域為Z1K740+000～Z1K740+030，處理長度25 m，處理面積750 m2。

通過試夯確定最佳夯能、每點夯擊次數、落距等，以指導全面施工。

強夯點夯單擊夯擊能根據加固地層性質、厚度、地下水位等綜合確定，通過現場工藝性試驗確定，試夯時單點夯擊能可按“強夯有效加固深度”表值選用(見表1)。

表1 強夯有效加固深度 m

2.5 處理方案

施工前對地表進行整平處理，先將地表80 cm～120 cm范圍內硬質土層挖除，然后拋填1.0 m厚片石，通過強夯形成樁體，強夯樁體穿透地基下部軟土層，形成片石支撐骨架；強夯后填筑30 cm粒料墊層作為緩沖層，粒料墊層上部鋪設兩層土工格柵。間距為30 cm，搭接長度不小于30 cm，上、下層接縫錯開鋪設，錯開長度大于50 cm。片石樁體間距為3 m，呈等邊三角形布設，樁底嵌入飽和土層以下，片石粒徑不大于15 cm，采用不易風化的片石。

施工中，為盡快剪破片石墊層形成片石樁頭，每次夯擊前應采用片石回填夯坑。回填片石粒徑不大于15 cm，采用不易風化的片石，強度不小于4級。

3 工藝流程

3.1 施工要點

1)平整場地，測量場地標高，鋪設厚100 cm左右片石。

2)標識第一遍強夯點位置，并測量原地面高程。在已放好的邊樁內按設計圖要求進行主夯夯點放樣，主夯夯點為隔行夯點，間距3.0 m，三角形布置，撒上白灰。

3)夯機就位，垂直提起夯錘至18 m，測出錘頂標高并記錄；夯錘對準夯點自由下落后，再次測量夯錘頂面標高并記錄，同時記錄每次夯擊后形成的夯坑深度，待夯坑深度達到100 cm時，回填粒徑小于15 cm的片石。

4)測量并標出強夯點及夯點周圍的標高，每次夯擊后都需測量并記錄以便計算置換深度。

5)換夯點，重復2)～4)，完成第一遍全部夯點的夯擊。

6)根據已標出夯點逐點夯擊，待全部完成后需靜置一段時間，推平夯坑，再次測量推平后地面標高，重新放線，標出夯點，實施第二次強夯。按以上步驟完成第二遍強夯置換。

7)兩遍點夯完成后，安設D30玻璃鋼夾砂管，內徑30 cm，管壁厚不小于8 mm，環剛度不小于8 kN/m，每隔10 m設置1根，共布設4根。D30玻璃鋼夾砂管進水口處采用四周無紡土工布與粒徑為2 cm～3 cm的級配碎石包裹，級配碎石四周用無紡土工布包裹，包裹范圍50 cm×50 cm×3 500 cm。

8)回填100 cm厚片石，采用1 500 kN·m低能滿夯一次，滿夯各點位3擊～4擊，夯印搭接1/4錘印。

9)填筑30 cm粒料墊層作為緩沖層，粒料墊層上部鋪設兩層土工格柵。間距為30 cm，搭接長度不小于30 cm，上、下層接縫錯開鋪設，錯開長度大于50 cm。墊層材料采用碎石、砂礫、礫石等粗集料，粒徑不大于5 cm，含泥量不超過5%,石料強度等級不小于4級，使用振動壓路機分層碾壓至路床底面(見圖1)。

3.2 沉降觀測的作用和方法

沉降觀測設置的主要作用是為了檢測路堤有可能存在的安全隱患。

觀測樁一般設置于路基兩側土路肩，布置方式為澆筑50 cm2的混凝土基礎，在混凝土中心位置安設φ30 mm的圓鋼作為基點測頭，觀測樞設置縱向間距為100 m。檢測方法為使用電光測距儀和水平儀進行觀測，根據觀測數據計算基點水平位移和垂直位移，并對比計算結果。若數據趨于穩定，可降低觀測頻率，但不得少于半個月或一個月一次，該觀測工作需持續至工程竣工；對比數據若有較大變化的，則證明邊坡有失穩的可能，該觀測工作應持續至工程運營后一年。

東陽關主線收費站路基段填筑檢測時，路基填筑過程中在路基右側邊坡每隔3 m填高設置監測樁隨時進行監測，當路基水平位移及沉降有增大趨勢時立即停止填筑，反饋設計單位，在路中、左右路肩處布設沉降觀測樁。為控制工后沉降，路基填筑完成后，按80 kPa加載預壓三個月，當連續三個月沉降差值不大于2 mm時，方可鋪筑路面。否則，應延長預壓時間(見圖2)。

3.3 質量控制要點

根據試夯試驗所總結出來的有效加固深度和影響深度，控制整個夯擊過程的質量；有效加固深度和影響深度一般采用最后兩擊的夯沉量平均值，平均值不大于10 cm，且最后一擊的夯沉量也不大于10 cm，以此數據來控制夯擊的質量，同時目測夯坑周圍地面無大的鼓起，且不會出現因夯坑過深而導致起錘困難的現象。

3.4 施工注意事項

1)點夯的定位確定。為確保置換質量，施夯前在需處理地基周圍設2個基準點，分別為永久性平面控制點和高程控制點，以便在施工過程中及時檢查校核。

2)片石墩垂直度控制。首先夯擊過程中確保垂直施夯，提起時與地面垂直，施夯時夯錘垂直落下，不傾斜；其次保證填料級配均勻，填筑后需整平。

3)靜置時間的控制。每遍強夯結束后需靜置一定時間，靜置時間以強夯形成的孔隙水壓力消散90%為準。

4 結語

濕陷性黃土地基處理，需選擇適宜的處理方法。本工程實踐表明，強夯置換法對濕陷性黃土地基處理效果顯著，可消除地基土液化，提高濕陷性黃土地基承載力。