山區(qū)高速公路填石路基強夯補強施工探討

文／贛州市公路管理局直屬分局 楊靜

贛南交通建設工程有限公司 賴海英

關鍵字:山區(qū)；高速公路；填石路；強夯補強

1 強夯補強施工技術概述

強夯補強技術又稱動力固結技術，最早由法國工程師Menard于1963年提出，主要通過起重機械、龍門架等將重夯錘從地面起吊后使其自由下落，對路基土施加沖擊能后提升路基強度、迫使路基土內孔隙壓縮，使土體局部液化，并在夯擊點位土體周圍產生良好的排水裂隙通道，使孔隙水與空氣排出后土體顆粒重新排列并固結。強夯補強技術施工設備簡單，施工過程簡便，適用范圍廣，且施工速度快，加固效果好。該技術于20世紀70年代引入我國后，在公路等工程領域得到廣泛應用，成為我國目前深層地基加固處理最常見的技術之一[1]。

2 工程概況

某山區(qū)高速公全線地形復雜多變，山脈縱橫，河流交錯。公路第六合同段全線按四車道設計，行車速度80km/h，整體式路基寬24.5m，分離式路基寬12.25m，路面為瀝青混凝土結構。縱面最大縱坡-2.8%，最小坡長421.645m，平面曲線最小半徑1401m，設計洪水頻率為特大橋1/3000、路基1/100。該高速公路第六合同段全線土方高度5~11m，且普遍存在軟土地基、采空區(qū)、雞爪溝等半填半挖地形地貌。路基土體主要為孔隙率和含水量較大的砂土、粉砂土和碎石土。該高速公路所處地區(qū)風沙大，早晚溫差在12℃以上，且雜填土量大，成分復雜，級配不均，存在較大的填料含水量控制難度，路基工后沉降頻發(fā)，工期緊迫。為提升土層壓縮模量和承載力，增加場地均勻性，加強路基填筑施工質量控制，經綜合考慮，項目部決定對K246+420~K253+500段填土高度超出4m的填方段重新進行強夯補強施工。

3 強夯補強施工工藝

3.1 施工機械

本高速公路填石路基強夯補強施工主要用到夯錘、起重設備、脫鉤裝置及錨系設備等。⑴夯機和夯錘。本工程填石路基強夯補強施工選用20tW1001型夯機，為防止錘底和土體之間形成真空而增大吸附力與錘體下落過程中的空氣阻力，影響夯實效果，還需在夯錘中間設置3個直徑Ф25cm的排氣孔上下貫通。

⑵起重設備。考慮到履帶式起重設備重心低、穩(wěn)定性好，所以本山區(qū)高速公路填石路基強夯補強施工采用待摩擦離合器的50t履帶式起重機。

⑶脫鉤裝置。夯錘起落主要通過動滑輪組自動脫鉤裝置完成，將拉繩一頭固定于銷柄位置，另一頭在轉向滑輪中穿過后在懸臂桿底部橫軸處固定，待夯錘起吊至設計高度便升鉤拉繩使銷柄拉起后夯錘自動脫鉤并下落，通過控制自動脫鉤裝置可保證每次都有相同的夯擊落距。

⑷錨系設備。通過起重設備進行夯錘起吊的過程中，夯錘突然脫鉤會引起起重臂向后傾斜及臂桿強烈振動，為此，本工程通過1臺T1-150型推土機在其中機械前方充當地錨，并通過2根鋼絲繩將推土機和起重機械臂桿頂部相連，在夯錘起吊過程中發(fā)揮穩(wěn)定作用。

3.2 施工參數

強夯施工主要包括夯擊能、夯擊次數、加固深度、夯擊遍數、夯擊間隔、夯擊點位布設等參數。強夯過程中，主要根據項目區(qū)地質條件、施工技術水平及工程設計要求等綜合確定，當前并無成熟且統(tǒng)一的計算方法。

為保證夯實質量避免路基下沉，對已填至K253+500的填土厚度超出4m的填方段進行強夯補強施工，具體采用點夯和滿夯兩種夯擊施工方式，夯錘落距7.0m，夯擊能1120kN·m，夯擊次數7次。

3.3 施工流程

每一遍夯擊按照下列步驟：第一遍夯擊點位測放并測量場地高程→夯擊就位→夯擊施工前錘頂高程測量→將夯錘起吊至設計高度并自由下落夯擊，再次測量錘頂高程→按照設計夯擊次數及夯擊施工要求，完成一個夯擊點夯擊施工→順次完成第一遍所有夯擊點夯擊施工→通過1臺T1-150型推土機推平夯坑后進行場地高程測量→7d后沿上述程序進行第二遍夯擊→以設計低能量滿夯并測量夯擊后場地高程。

3.4 停夯標準

按照《建筑地基處理技術規(guī)范》相關規(guī)定，對于夯擊能＜4000kN·m/擊的情況，最后兩擊夯沉量均值應≤5cm，且夯擊坑周圍地面不能出現大幅度隆起，也不能因夯坑深度過大而增加起錘難度，夯擊次數通常控制在8擊。本高速公路工程強夯補強夯擊次數為7擊，其余停夯標準均符合規(guī)范要求[4]。

3.5 夯擊質量標準及效果檢驗

3.5.1 夯擊質量標準

為保證該山區(qū)高速公路填石路基強夯補強施工質量，在施工前的準備階段必須全面檢查夯錘質量和尺寸，嚴格控制落距，保證排水設施，加強夯實地基土質勘察。在夯擊施工過程中，必須隨時檢查夯錘落距、夯擊遍數、夯擊點位置及夯實范圍等參數。夯實施工結束后，按設計要求檢查夯實地基強度及承載力。質量檢驗標準詳見下表。

表1 填石路基強夯補強施工質量檢驗標準

3.5.2 夯擊效果檢驗

本工程主要通過實際夯擊效果進行施工方案是否可行以及施工參數是否合理的判斷，夯擊效果試驗主要包括彎沉值試驗、壓實度試驗、夯沉量統(tǒng)計、承載力檢驗及觸探測試試驗等。本工程主要選取夯沉量、壓實度兩項指標進行夯實效果檢驗。

⑴夯沉量試驗

為進行合適的夯擊次數的確定以評價夯實效果，本次夯沉量試驗中主要選取10個夯擊點并記錄夯擊點沉降量觀測和計量，并以夯沉量均值為縱軸，以夯擊次數為橫軸繪制沉降曲線[5]。沉降曲線表明，夯擊測點處夯沉量先由小變大而后又逐漸減小，待夯擊次數達6次后夯沉量均值便降至5cm以下。

⑵壓實度檢驗

本工程采用φ15cm灌砂筒并選取10個測點進行強夯補強前后填石路基壓實度檢測，數據及對比情況詳見下表。根據壓實度檢測結果的對比，強夯補強后填石路基壓實度提升率最低為4.33%，最高為6.06%，平均提高5.16%，且強夯補強工后壓實度均超出98%的規(guī)范標準。

表2 強夯補強前后填石路基壓實度檢測結果

動力觸探試驗結果表明，已經填至K253+500的填土厚度超出4m的填方段地基承載力特征值≥300kPa，壓縮模量≥12MPa，且強夯加固深度有效值已達基巖面，均符合設計要求。

4 結論

本工程施工結果表明，強夯補強法對于已經填至K253+500的填土厚度超出4m的填方段夯實加固效果顯著。當前，公路填石路基已經完成交驗，且為出現下沉等病害，本工程強夯補強技術用于填石路基加固處理對于類似工程具有指導借鑒價值。施工技術水平及現行試驗規(guī)范規(guī)程要求加強對強夯加固效果評價，對施工參數設計、加固機理、夯實點布設等的設計與控制，以促進填石路基強夯補強施工效果的不斷提升。