基于強夯法的吹填砂路基處治研究

矯傳剛 楊 利 王炳鈞 張 博

中國建筑第二工程局有限公司 遼寧 沈陽 110000

隨著我國基礎建設的飛速發(fā)展，優(yōu)質填料（包括石料與填土）資源儲量逐漸消耗，且隨著現(xiàn)階段我國各地加強的環(huán)境保護措施，也進一步控制著上述資源的過度開采?；谏鲜鲈颍鞯鼐诮ㄔO資源利用上進行了廣泛思考。其中，沿海、沿江等地區(qū)由于靠近水源，存在較為豐富的吹填砂資源。但吹填砂土體較為松散，一般屬于級配不良砂，其黏聚力極小，且物理、力學性質較差，使用時需進行特殊處治或使用在特定部位方可滿足使用要求[1-4]。

而現(xiàn)行路基設計及施工技術規(guī)范對吹填砂路基的設計與施工涉及較少，并不能有效指導吹填砂路基的運用。也有部分研究者對吹填砂運用于路基進行了探究，李戰(zhàn)國等[5]將吹填砂與淤泥土進行固化處理后運用于市政道路路基工程施工；苗德山等[6]對吹填砂路基的設計與施工工藝進行探討，為類似工程提供了吹填砂運用經(jīng)驗。而強夯法作為目前軟土路基廣泛使用的處治技術，是否可將其運用于吹填砂路基處治的類似工程實例相對較少，而且強夯法雖然應用廣泛，但由于處治土體差異，強夯法處治加固機理并沒有一致認同的模型[7-12]。

為了研究強夯法對吹填砂路基處治的適用性，研究擬以某在建一級公路吹填砂路基施工為依托，采用現(xiàn)場檢測方式評價強夯法對吹填砂路基物理、力學性能的改善效果；然后對吹填砂路基其他關鍵施工進行分析，以期為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

工程為某在建一級公路，設計采用雙向4車道，設計速度60 km/h。該路段所在地區(qū)為珠江三角洲地區(qū)，吹填砂資源相對較多，為節(jié)省資源，采用吹填砂進行路基填筑。選取該在建一級公路2段路基試驗段，分別標記為1#、2#試驗段。試驗段土層整體可劃分為2層：①層松散狀的吹填砂，該層沉積時間相對較短，為5個月左右；②層粉質黏土。2層土體的物理、力學指標如表1所示。

表1 2層土體的物理、力學指標

由表1可知，該路段地基承載力相對較低。因此，施工時擬采用強夯法對該路段地基進行改良處理。處理達到要求后，為保證土體不被雨水沖刷，再采用包邊或上覆其他土體的處理方式進行護土。

經(jīng)專家評審，吹填砂處治標準參照地基處治相關試驗指標進行，具體要求如表2所示。

表2 吹填砂強夯處治要求

強夯處治時，當上一遍強夯完成后，土層產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，自然狀態(tài)下超靜孔隙水壓力會隨著時間消散，因此選取進行下一遍強夯作業(yè)的標準為：土層超靜孔隙水壓力降低至超靜孔隙水壓力峰值的80%～90%。采用強夯法進行處治時，為檢測記錄孔隙水壓力峰值，應保持較大的孔隙水壓力檢測頻率，尤其在孔壓計附近應增加檢測次數(shù)。

2 強夯處治檢測

2.1孔隙水壓力檢測

因2段試驗段所處位置不同，2段要求的地基承載力分別為100、200 kPa，強夯處治時采用不同的強夯作業(yè)工藝。2段試驗段均夯擊2遍，每遍夯擊6次，夯擊能設置為1 000 kN·m，然后以低夯擊能滿夯2遍，夯擊能設置為600 kN·m。夯擊作業(yè)采用梅花形布置，在各夯擊點各布置2個孔壓計測點，每個試驗段布置8個孔壓計?？讐河嫴捎么蚩最A埋法進行布設。

2段試驗段測試的超靜孔隙水壓力與時間關系測試結果如圖1、圖2所示。

圖1 1#試驗段超靜孔隙水壓力變化曲線

圖2 2#試驗段超靜孔隙水壓力變化曲線

由上述試驗數(shù)據(jù)分析可知：

1）對比2段試驗段結果，完成第1遍夯擊后，由于消散作用，最遲在48 h內超靜孔隙水壓力可消散至較低水平，達到峰值15%以下。

2）滿夯作業(yè)后，2個試驗段超靜孔隙水壓力約需消耗9 d，可使超靜孔隙水壓力完全消散至0。

3）相較于第1遍夯擊作業(yè)，第2遍夯擊后超靜孔隙水壓力峰值基本與第1遍相當，但超靜孔隙水壓力消散速度較慢。這是由于第1遍夯擊后，表層吹填砂相對較為松散，土體間隙相對較大，更利于超靜孔隙水壓力消散，而2遍夯擊后土體更加密實，降低了超靜孔隙水壓力消散速度。由于2個試驗段土體均勻性差異，導致2段土體強夯試驗超靜孔隙水壓力變化趨勢呈現(xiàn)一定差異。

2.2淺層平板載荷板試驗

采用淺層平板載荷板試驗對強夯處治后的土體進行承載力檢測，淺層平板載荷板試驗在強夯完成一周后進行。淺層平板載荷板試驗選用1.2 m方形載荷板，采用慢速加載、卸載法進行。1#、2#試驗段承載力均可達到144 kN，表明計算承載力均可達到100 kPa，承載力較原來大幅提高，且符合原先設定的指標要求。

2.3靜力觸探試驗

為了測定2段強夯處治吹填砂路基的原狀土承載能力改善狀況，采用靜力觸探試驗進行現(xiàn)場測試，強夯處治前后比貫入阻力由之前的1.68 MPa提高至7.38 MPa，為處治前的4.4倍，滿足之前設定的＞3.0 MPa的要求，且承載力特征值達到140 kPa，表明強夯處治后路基承載力顯著提高。

上述分析表明，采用該夯擊工藝可以對吹填砂路基的物理、力學性質起到較好的改善效果，達到了設定的處治標準。

3 吹填砂路基關鍵工藝

參照以往工程經(jīng)驗試驗結果，吹填砂相關指標控制如表3所示。

表3 路基填筑用吹填砂指標控制

上述強夯處治研究結果表明，經(jīng)強夯處治后，吹填砂各項物理、力學性能得到大幅提高。但由于吹填砂黏結性能相對較差，土體在含水率較低狀態(tài)下比較松散，為了減少吹填砂路基因受雨水侵蝕導致路基以及邊坡失穩(wěn)，需采取包邊、防水等一系列施工措施，具體處治工藝如圖3所示。

圖3 吹填砂路基關鍵處治工藝

臨時排水系統(tǒng)是指施工過程中起臨時排水作用的相關設施，主要用于疏導施工期間雨水等外部水流，保證施工期間路基土體的相對穩(wěn)定，此步驟是后續(xù)各項施工的關鍵與基礎。具體可采用如下排水措施：在路堤坡腳設置排水溝，并在邊坡坡頂設置攔水壩，每隔一段距離在排水溝及攔水壩上設置排水口。

吹填砂施工應采用分層填筑，每層填筑厚度可為0.3～0.5 m，其中上層吹填砂厚度較小，下層吹填砂厚度可適當增大。填筑時應嚴格控制各層填筑速率，避免填筑速率過快導致路基失穩(wěn)。其中路基失穩(wěn)采用路基沉降觀測進行判斷，具體控制指標限值如表4所示。

表4 吹填砂路基沉降觀測控制指標限值

每層填筑完成后需進行壓實度檢測，壓實度檢測采用灌砂法進行現(xiàn)場實測。由于吹填砂顆粒較為松散，當采用重型擊實試驗進行最大干密度與最佳含水率確定時，吹填砂試樣難以成形，因此壓實度計算使用的最大干密度采用振動臺法進行確定。

采用上述指標控制，1#、2#試驗段經(jīng)強夯法等合理施工工藝處治后，土體壓實度、沉降觀測均滿足路基質量控制要求，表明強夯法及相關處治工藝對吹填砂路基施工具有較好的處治效果。

4 結語

首先分析了強夯法對吹填砂路基處治的效果，然后對吹填砂路基施工關鍵工藝進行了分析，通過研究得到如下結論：

1）吹填砂路基第1遍夯擊后，最遲在48 h內超靜孔隙水壓力可消散至峰值15%以下；滿夯作業(yè)后，超靜孔隙水壓力約需消耗9 d，即可完全消散。

2）淺層平板載荷板試驗與靜力觸探試驗結果顯示：強夯處治可提高吹填砂路基比貫入阻力3.3倍，且路基的承載力大幅提升，表明采用該夯擊工藝可以對吹填砂路基地物理、力學性質起到較好的改善效果，達到了設定的處治標準。

3）為了減少吹填砂路基因受雨水侵蝕導致路基以及邊坡失穩(wěn)，需采取包邊、防水等一系列施工措施。壓實度檢測、沉降觀測結果表明，經(jīng)強夯法等合理施工工藝處治后，土體壓實度、沉降觀測均滿足路基質量控制要求，表明強夯法及相關處治工藝對吹填砂路基施工具有較好的處治效果。