孔內(nèi)深層強夯在道路工程特殊路基處理中的應(yīng)用

賀 煒

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

孔內(nèi)深層強夯法是通過機械成孔，采用特異性重錘(一般為80 kN～150 kN)提升到高處(一般不小于8.0 m)自由落下，對孔內(nèi)填料進行強烈沖擊和振動，使填料固結(jié)，用來提高地基承載力的一種地基處理方法。施工時由深至淺在孔內(nèi)分層填料，分層夯擊或邊填邊夯，通過對下層填料進行深層動力夯、砸、壓實，對上層新填料進行動力夯、砸、劈裂和強制側(cè)向擠壓，具有高動能、高壓強、高擠密作用、處理深度大、處理效果好及節(jié)約工程造價的優(yōu)點。

1 工程概況

本文以某城市主干路特殊路基處理工程為例，該項目約400 m路段穿越垃圾填埋場，經(jīng)地質(zhì)勘察，垃圾填埋場主要由磚塊、砼塊、碎石等建筑垃圾和塑料袋等生活垃圾等組成，結(jié)構(gòu)松散，稍濕。鉆孔揭露最大深度為20多米。經(jīng)綜合論證，設(shè)計采用孔內(nèi)深層強夯，先旋挖成孔，然后擴孔成樁，樁體材料采用路基挖方碎石土。

2 設(shè)計參數(shù)

2.1 地基處理寬度

依據(jù)《孔內(nèi)深層強夯法技術(shù)規(guī)程》(CECS 197:2006)，整片地基處理寬度應(yīng)根據(jù)地基處理深度、地基巖土特征等而定。自基礎(chǔ)側(cè)邊外延寬度可采用處理深度的1/3。

2.2 地基處理深度

地基處理的深度宜穿過垃圾填埋場區(qū)域雜填土軟弱土層，樁底位于基巖頂面或深入基層不小于1.0 m。

2.3 成孔直徑及布置間距

成孔直徑一般為400～1 500 mm，本次設(shè)計初步定為1 200 mm，施工過程中可根據(jù)所選用的成孔設(shè)備或成孔方法確定，擴孔后直徑為1.8 m，樁身按等邊三角形布置，間距3.0 m，樁頂高出設(shè)計高程50 cm。

2.4 樁身填料

樁孔內(nèi)填料，參考當?shù)夭牧瞎?yīng)情況、工程需求等因素，選用碎石土作為孔內(nèi)深層強夯樁身材料，并應(yīng)用壓實系數(shù)λc控制夯實質(zhì)量，設(shè)計碎石土壓實系數(shù)λc不小于97%。

2.5 復(fù)合承載力標準值

孔內(nèi)深層強夯碎石土擠密樁處理后復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過原位測試或當?shù)亟?jīng)驗確定，并不應(yīng)小于路基填筑地基承載力要求。

2.6 地基處理變形計算

孔內(nèi)深層強夯碎石土擠密樁處理地基變形計算應(yīng)按國家標準《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。其中復(fù)合土層的壓縮模量應(yīng)通過實驗或結(jié)合當?shù)亟?jīng)驗確定。

3 路基承載力及穩(wěn)定性驗算

3.1 復(fù)合承載力特征值

復(fù)合地基承載力特征值計算依據(jù)《孔內(nèi)深層強夯法技術(shù)規(guī)程》(CECS 197:2006)計算。

Ra=(Rm+Rb)≥Qk

(1)

Rm=qpmAm+∑qsimAFm

(2)

Rb=∑qpbAb+∑qsibAFb

(3)

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值，由主樁(包括樁端擴大頭)豎向承載力特征值Rm和串珠狀樁的豎向承載力特征值Rb組成。

考慮到垃圾填埋場內(nèi)垃圾為雜亂堆填，分布不均勻性較大，主樁側(cè)的摩阻力特征值按淤泥質(zhì)土取值，參考當?shù)叵嚓P(guān)工程經(jīng)驗，本次計算取6.0 kPa。

主樁端持力層的端阻力特征值按地勘報告實際大小取值。

Ra=qpmAm+∑qsimAFm=1 700×3.14×0.92+6.0×2×3.14×0.9×10=4 662.9 kPa

復(fù)合地基承載力特征值按下式計算：

fspk=mfpk+(1-m)fsk

(4)

(5)

式中：fspk為復(fù)合地基承載力特征值,kPa；fspk=mfpk+(1-m)fsk= 0.36×1 202.85+(1-0.36)×80=484.23 kPa。

經(jīng)計算，孔內(nèi)深層強夯處理后垃圾填埋場路基填筑范圍內(nèi)復(fù)合地基承載力滿足路基填筑地基承載力不小于200 kPa的要求。

3.2 復(fù)合地基沉降變形

復(fù)合地基的沉降變形應(yīng)按國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定計算，復(fù)合地基的壓縮模量 可按下式估算：

Esp=[1+m(n-1)]Es

(6)

式中：Es為樁間土的壓縮模量,MPa;Esp=[1+m(m-1)]Es=[1+0.36×(4-1)]×2=4.16 MPa。

采用理正邊坡穩(wěn)定性分析計算軟件，建立理論計算模型。經(jīng)計算，設(shè)計基準期內(nèi)的殘余沉降為0.085 m，滿足路堤填筑的要求。

3.3 路堤整體穩(wěn)定性計算

取最不利斷面(填筑高度最大為14.0 m，現(xiàn)狀邊坡坡面較陡，削坡后坡面坡率1∶1左右)，模型按最不利情況考慮，采用理正邊坡穩(wěn)定性分析計算軟件，建立理論計算模型。

原狀邊坡和碎石土填筑體按照不同土層結(jié)構(gòu)建立復(fù)雜計算模型，車輛及路面結(jié)構(gòu)荷載簡化為超載值，超載值取30 kPa。

碎石土重度取20.5 kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=10°，黏聚力c=25 kPa。

滑動面簡化為圓弧滑動面，分析方法采用簡化Bishop法；

經(jīng)計算，最不利斷面處滑動安全系數(shù)為1.782>1.3，滿足規(guī)范要求。

4 施工工藝

4.1 試樁

按照設(shè)計技術(shù)參數(shù)和施工方案及工藝在施工場地試樁，成樁后14天進行檢測。主要測試壓實度和承載力。通過試樁核對地質(zhì)資料、調(diào)整技術(shù)參數(shù)和施工方案與工藝。

4.2 測量放樣

按施工圖設(shè)計圖紙測量放樣，確定軸線、邊線和樁的準確位置，并對樁間的橫向、縱向和對角線檢查復(fù)核，做好樁位置標記。測量每個樁位實際標高，繪制樁位平面布置圖。

4.3 鉆孔及成孔檢查

成孔機械常用設(shè)備有旋挖鉆、自移式機械鉆和機械洛陽鏟等。施工前檢查成孔機械、夯填機械，并在成孔機械上設(shè)置標尺，以便觀察成孔深度。成孔時先準確定位、作業(yè)順序由內(nèi)向外或由一側(cè)向另一側(cè)進行，并確保成孔機械操作半徑內(nèi)無障礙和作業(yè)的連續(xù)性。

4.4 回填及夯實

樁身材料采用碎石土，相關(guān)技術(shù)要求同路基填料碎石土相應(yīng)技術(shù)指標，夯實時應(yīng)保證含水量控制在最佳含水量±2%。夯實機就位應(yīng)平整穩(wěn)固，夯錘與樁孔相互對中，使夯錘能自由下落至孔底，夯填前檢查樁孔內(nèi)無落土、雜物及積水，待清孔后在開始孔底夯實。定量分層填料夯實，人工填料應(yīng)按照試樁確定數(shù)量均勻填進，樁孔內(nèi)填料夯實高度宜超出設(shè)計標高20～30 mm。施工中主要控制回填量、夯錘高度、夯擊次數(shù)。夯填過程專人管理，做好記錄調(diào)查，確保施工中不出現(xiàn)漏樁、漏夯現(xiàn)象，同時保證工程資料的真實有效。

4.5 破除樁頭，碎石墊層施工

樁頂部分由于土體周圍約束條件較差，樁頂局部碎石土夯填質(zhì)量一般不能滿足設(shè)計要求。在設(shè)計過程中一般要將一定范圍內(nèi)樁頭部分破除。對整個地基處理區(qū)域進行振動壓實3～4遍后，于樁基頂部增設(shè)40 cm級配碎石墊層，并在級配碎石頂部、底部各增設(shè)一層雙向鋼塑土工格柵，以減緩路基填筑及道路建成運營過程中不均勻沉降。

5 結(jié)束語

孔內(nèi)深層強夯法具有以下優(yōu)點：

(1)處理深度較大，最深可達30 m。

(2)樁體可采用建筑垃圾、素土、碎石土等，可就地取材。

(3)處理后承載力高，可靠性好，復(fù)合地基承載力平均400 kPa。

(4)工程造價較低，施工工期短。因此在道路工程中對于深層的軟弱土、雜填土等特殊路基處理具有廣闊的應(yīng)用前景。