強夯法加固紅黏土高填方路基效果分析

郜安安

（山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600）

紅黏土路基屬于特殊路基，其含水量高，承載能力差，施工中應采取有效措施進行加固處治。基于某高速公路高填方紅黏土路基強夯法處治實踐，結合施工現場紅黏土工程特點，制定處治方案采用強夯法進行補強加固[1]。為了在施工過程中確定紅黏土路基強夯法處治加固方案，在試驗路段進行試夯，并通過整理試夯檢測數據，進一步確定強夯法處治施工參數。

通過制定強夯法處治加固施工方案，對試驗路段進行強夯處治。在對路基強夯處治施工過程中，對夯擊沉降量進行檢測，并分析確定了最佳落距和夯擊次數；對強夯處治前后的路基壓實度進行檢測，分析后確定最佳夯點間距；分析標準貫入試驗[2]，說明強夯處治后的路基達到了規范要求。

1 工程概況

某高速公路路基設計寬度為24.5 m，施工區域氣候潮濕多雨，地質情況復雜，高液限黏土、紅黏土及濕黏土分布廣泛。該地區雨季降雨量集中，且降雨量大，造成施工期路基土不容易壓實成型的問題。同時該地區路基施工過程中，路基出現彈簧變形，壓實度達不到設計要求，必須進行加固。

某高速公路局部路段路基土為紅黏土，含水量高，碾壓后容易出現彈簧現象，達不到規定的壓實度，地基承載力不足，不能直接進行路基填筑施工。為提高路基的承載能力，采用強夯法進行加固處治，結合室內土工試驗數據，對強夯沉降量、壓實度進行檢測[3]，并進行標準貫入試驗，確保加固效果符合設計要求。

2 紅黏土高填方路基強夯加固處治方案

2.1 加固設計方案

通過在施工現場選取試驗路段進行試夯，結合夯擊沉降情況，同時考慮對路基邊坡的影響，確定Ⅰ、Ⅱ兩套施工方案。方案Ⅰ夯擊間距為3.5 m×4，夯點位置采用正方形布置；方案Ⅱ夯擊間距為5 m×4，夯點位置采用正方形布置[4]，夯區分布見圖1 所示。

圖1 夯擊間距與夯點布置圖（單位：m）

為研究最佳施工方案，將試驗路段對應的夯區進一步劃分為3 個夯區，具體施工參數詳見表1。

表1 夯區劃分及施工參數匯總表

2.2 試驗檢測點布置

為準確檢測強夯后路基的加固效果，分別對夯前路基土的壓實度進行檢測，并進行鉆芯取樣和標準貫入試驗，夯實后在原位進行試驗及取樣，進行對比試驗，以準確確定夯實加固效果[5-6]。檢測取樣布置示意圖詳見圖2。

圖2 施工現場檢測取樣布置示意圖

3 強夯加固效果檢測

3.1 強夯沉降量檢測

為了檢測夯擊次數與夯沉量之間的關系，在施工過程中選取Ⅰ-2 和Ⅱ-3 夯區的兩個測點，對每次夯擊后的夯沉量進行檢測，計算累計夯沉量，并繪制強夯沉降量變化曲線，如圖3 和圖5 所示。為了便于對夯實效果進行分析，繪制強夯累計沉降量百分數變化曲線，如圖4 和圖6 所示。

圖3 Ⅰ-2 強夯沉降量變化曲線

通過對圖3～圖6 所示曲線進行分析，得出前5 次夯實所產生的夯沉量較大，每次夯沉量都超過10 cm，前5 次夯擊所產生的累計夯沉量超過了總夯沉量的80%。第6 次夯擊所產生的夯沉量也較大，但第7 次和第8 次夯擊所產生的夯沉量明顯降低，僅為5%左右，從曲線的變化趨勢可以看出，夯沉量變化明顯趨緩，說明夯擊次數選擇6 次比較合理。

圖4 Ⅰ-2 強夯累計沉降量百分數變化曲線

圖5 Ⅱ-3 強夯沉降量變化曲線

圖6 Ⅱ-3 強夯累計沉降量百分數變化曲線

通過對兩個夯實區域所對應的6 個組別、3 種不同夯擊能作用下夯點夯沉量的變化，總夯沉量集中在61～69 cm 之間。通過對比分析，落距越小夯實效果越差，甚至無法達到夯實效果。而落距過大，會對夯點周圍土層產生剪切破壞，過大的落距也會造成夯坑過深，造成強夯后路基填土無法壓實。因此，綜合考慮各方面因素，夯錘落距取10 m，對靠近路基邊坡的夯區夯錘落距選擇8 m。

3.2 壓實度檢測

為了檢測夯實前后路基壓實度的變化情況，對比分析強夯前后路基的壓實效果，在試驗路段選取試點，采用灌砂法對路基表層壓實度進行檢測。由于夯實前路基填土均勻性較好，可隨機選取測點進行檢測。壓實度分布在80%～84%，強夯后的壓實度檢測點選取參考圖2，根據試驗方案，分別在I 夯區和Ⅱ夯區所對應的3 組測區選取測點進行壓實度檢測，在夯坑內和夯坑周圍分別選取一個測點，檢測數據記錄在表2。

表2 夯實前后壓實度檢測記錄表 %

通過對表2 所示數據進行分析，強夯處治后的路基壓實度得到了明顯提高，施工后夯坑內壓實度超過96%，夯坑間填土的壓實度為90%左右，雖然小于夯坑內壓實度，但也滿足紅黏土處治要求。通過對比分析，兩種方案夯擊后的壓實度相差不大。另外，通過對試驗路段強夯施工后的情況觀察和分析，得出夯點間距過小容易造成夯點間土層破壞開裂，而間距過大則會造成夯點間土層達不到預期的夯實效果。為了保證路基夯實效果，并充分考慮路堤邊坡安全距離等影響因素，確定夯點間距為4.5±0.5 m。

3.3 標準貫入試驗

為了充分掌握強夯前后夯區填土物理力學性質和地基承載力的變化情況，在夯區內鉆芯取樣，并進行標準貫入試驗。試驗過程中共鉆芯取土4 組，其中一組為夯前填土，其他3 組選取Ⅰ-3 夯區的夯后填土，選取位置分別為夯坑內、夯坑邊緣和夯坑間。

鉆孔取樣深度為5 m，每米取一個土樣，裝盒并貼上標簽，以便于進行室內土工試驗，并在現場采用酒精燃燒法測定土樣含水量。標準貫入試驗第一次標貫位置為0.5 m 位置，之后每1 m 進行一組標準貫入試驗。分別記錄夯前、夯坑內部、夯坑邊緣和夯后夯坑內標準貫入次數和深度，繪制夯前與夯后標貫擊數隨深度變化曲線如圖7 所示。通過對圖7 所示曲線分析可知，夯擊后填土標準貫入次數較夯擊前明顯提高，夯坑內標準貫入次數最大增加了16 擊左右，夯坑邊緣標準貫入次數最大增加了9 擊左右，夯坑間土體標準貫入次數最大增加了7 擊左右，說明經強夯法處治后的土體夯實效果明顯，但深層土體的夯實效果較表層土體差。

圖7 夯前與夯后標準貫入次數與貫入深度變化曲線

4 結語

結合紅黏土工程特點，采取強夯法對路基進行加固處治，通過試驗路段驗證施工參數，并檢測夯擊沉降量、壓實度等指標，收集數據進行分析，得出以下結論：

a）通過檢測夯擊沉降量，繪制變化曲線，得出最大沉降量分布在61～69 cm，進而得出強夯加固施工最佳夯錘落距應選擇10 m，最佳夯擊次數應選擇6 次，而靠近路基邊坡夯區夯錘落距和夯擊次數應選擇 8 m 和 5 次。

b）強夯處治后夯坑內壓實度超過96%，夯坑間的壓實度為90%左右，均滿足紅黏土處治要求。在保證路基夯實效果的前提下，并充分考慮路堤邊坡安全距離等影響因素，確定夯點間距為4.5±0.5 m。