強夯法結合拋石擠淤法在高速公路軟基施工處理中的運用

孟學文

(山西路眾道橋有限公司，山西 太原 030006)

1 工程簡析

某一高速公路工程，總長度為45 km，路基寬度為25 m，設計車速為80 km/h。該高速公路K12+450～K13+650路段穿越水稻田，地表土層是淤泥層，淤泥土的下層是黏土層，其中，淤泥土層的厚度在3.1～6.1 m之間。在本路段中，路基最高填方高度為16.5 m，共處理軟土面積約24 000 m2。其中，淤泥層的主要物理力學性能，如表1所示。

表1 淤泥層的物理力學性能

2 軟基處理方案的確定

根據本高速公路施工現場的實際情況，可以選用以下4種方案來處理軟基，即：拋石擠淤強夯法、振密碎石樁法、樁基礎法、清淤換填法。第一，樁基礎法，在施工路段地表中，具有3.1～6.1 m厚度的極軟淤泥，無論是先填方后打樁還是先打樁后填方，其施工難度都是比較高的。第二，振密碎石樁法，這種施工方法現已十分成熟，從技術方面來說是可行的，不過選用這種施工方法的工程造價是比較高的。第三，清淤換填法，因為本高速公路工程的地下水位是比較高的，需要進行較大深度的清淤，假如均選用清淤換填方案，則其工程量是比較大的，并且施工場地面積并不是非常大，進而需要棄置極大一部分的淤泥，在極大程度上會破壞環境，另外，這種施工方法還存在一些其他缺陷，如工期較長、施工速度慢等。通過對過去類似工程施工成功經驗進行借鑒，施工單位可以選擇排水挖淤、整體式強夯置換拋石擠淤這兩種方法來有效處理本工程穿越水稻田路段的路基。若淤泥深度<3 m，宜選用排水挖淤換填法，反之，宜選用整體式強夯置換拋石擠淤法。所謂強夯置換法，就是指在施工現場中，通過選用強夯施工工藝，能夠形成一定深度的夯坑，將壓縮性小、回填強度高的置換材料回填到坑中，將置換材料打入到軟土層內，進而能夠在軟土地基中形成承載能力高、結構密實的置換體，然后對樁間土進行滿夯，促使其充分排水固結，能夠形成復合地基，進而能夠對軟土地基的物理力學性能起到有效改善的作用，強夯置換法施工工藝比較簡單，便于操作，施工速度比較快，施工成本比較低，在對淤泥質土、淤泥等軟土路基進行處理時，宜選用強夯置換法。綜合考慮以后，施工單位決定選用強夯法結合拋石擠淤法來處理軟土路基。

3 強夯法結合拋石擠淤的加固機理

通過分析可知，在實際中使用強夯法結合拋石擠淤這種方法過程中，需要先使用開山塊石，進行拋石回填施工，回填的厚度應控制在5～7 m之間。因為高速公路軟基的表層是淤泥土，土質不夠堅硬，在進行拋石回填過程中，能夠擠開很多的淤泥，進而能夠有效置換淤泥。在拋石擠淤施工結束以后，通過使用強夯機械設備來夯實處理軟基表層松散的塊石，以進一步提高回填土的密實性。在進行強夯施工過程中，在淤泥土層中會擠壓進去一些塊石，進而能夠獲取動力置換與混合的施工效果。由此不難發現，強夯法結合拋石擠淤的加固機理為：第一，拋石擠淤置換(RDA)；第二，動力密實(DC)；第三，動力置換(DR);第四，動力置換與混合(DRM)。

與其他一些地基處理加固技術比較，強夯法結合拋石擠淤具有很多優勢特點，如能夠有效保證施工質量、便于施工、操作簡單等，同時還具有非常強的適用性，在多種地質條件中均可以使用強夯法結合拋石擠淤。在本高速公路工程中，強夯施工機械設備是有限的，同時夯錘自重比較輕，進而會對強夯的能量造成極大的影響，所以這是造成施工后出現較大沉降量的一個重要原因。在未來其他類似高速公路工程施工過程中，一定要對這種問題給予高度重視，為提高強夯的動力置換(混合)效果與動力密實效果，有效減小工后沉降量，提高軟土地基的強度，應盡可能選用分層強夯、能量遞增的施工方式。

4 強夯法結合拋石擠淤法施工方案的確定

4.1 置換材料的選用

在置換材料方面，優先選用塊石、碎石，其次可以選用粗砂與礫石。置換材料一定要滿足顆粒級配要求。對于置換材料的最大粒徑，不得大于錘底直徑的1/5，并且置換材料最大顆粒含量不得超過總質量的30%，與此同時，一定要嚴格控制置換材料的含泥量，不得超過10%。

4.2 夯點的布設

選用等邊三角形的方式來布設夯點。一般來說，在布設夯點過程中，夯點間距應控制在夯錘底面直徑2～3倍范圍之間，本高速公路工程的夯點間距為3.5 m。對于強夯點，選用正方形方式來進行布設，單擊夯擊能為2 000 kN·m，強夯點間距為3 m，錘直徑為1.5 m，拋石擠淤+強夯單擊夯擊能為3 000 kN·m。對于強夯置換，選用正方形進行布設，樁間距為3 m，樁直徑為1.5 m。選用塊石作為施工墊層，當施工結束以后，在砂墊層上鋪設碎石墊層，厚度為0.5 m。

4.3 夯擊的參數

在進行夯擊施過程中，大致包括兩個施工步驟，即點夯、滿夯。其中，點夯施工的夯擊參數，如表2所示；滿夯施工的夯擊參數，如表3所示。

表2 點夯施工主要夯擊參數

表3 滿夯施工的夯擊參數

5 強夯法結合拋石擠淤法的施工技術要點

在本高速公路工程中選用強夯法結合拋石擠淤法進行施工過程中，主要選用履帶式起重機這種施工機械設備，其中，在該起重施工設備中應配置自動脫鉤設備。在進行落錘施工過程中，為避免出現機架傾覆問題，需要在臂桿的端部布設輔助門架。與強夯法相比，強夯片石置換法與其之間具有相同的施工工藝，不過其中存在的區別就是，在強夯片石置換法施工方案中，在進行夯擊過程中，應將散體材料持續填入其中，同時對其進行有效擊實，最終形成復合地基。

第一，在進行施工之前，施工單位需要平整處理施工場地，同時需要徹底清理干凈施工場地的表面，保證施工場地標高滿足設計要求，然后在其上鋪設1層1～2 m厚度的砂石墊層。根據施工處理范圍，挖除沿線的表土，挖根砍樹，同時需要回填處理低洼地段，如溝渠、水塘等，選用外購石渣作為回填材料，利用履帶式推土機，對回填材料進行推平，將其回填到原地面標高為止。

第二，根據施工要求，在施工場地中測量放樣夯點位置，選用白灰將夯點位置標示出來，然后精準測量施工場地的高程。根據軟基施工處理方案，測量放樣邊樁，同時標記邊樁位置，在路基邊線上，對預先制成的百米里程樁進行埋設。

第三，為能夠精準對夯點進行就位，需要利用施工機械來布設夯點。

第四，在進行夯擊施工以前，需要測量錘頂高程，同時需要對其進行詳細記錄。

第五，在進行夯擊施工過程中，如果夯坑過深，則會加大起錘的難度，在這種情況下，需要立即停止夯擊施工，同時需要對夯坑進行回填施工，直到滿足夯擊施工要求為止。在進行夯擊施工過程中，如果附近軟土被擠出來，則會在極大程度上影響施工質量，施工單位需要及其清理淤泥，同時在夯點的周邊鋪設一層碎石墊層，然后才可以繼續進行夯擊施工。

第六，在本高速公路工程施工中，一定要按照由內及外的順序來進行夯擊施工；為避免對相鄰孔位之間造成影響，施工單位需要對夯點進行隔打跳打，直到夯擊完成全部的夯點為止。

第七，在經過規定時間間隔以后，施工單位需要推平處理施工場地，然后選用低能量方式來進行滿夯施工，以夯擊密實施工場地中的表層土，最后需要詳細測量施工場地的高程。

第八，在夯擊施工結束以后，需要繼續鋪設一層墊層，同時需要對墊層進行分層碾壓施工，直到滿足壓實度要求。一般來說，墊層厚度至少要0.5 m，墊層材料的粒徑大小不得超過0.1 m。

6 地基處理效果的有效檢驗

在使用強夯法結合拋石擠淤法，對高速公路軟基處理完成以后，為能夠對后續施工提高可靠的理論指導與數據支持，對軟基處理效果進行有效檢驗，應全面系統得檢測處理過后的地基。在對本高速公路軟基進行拋石擠淤施工處理過程中，選用了級配差距、體積均較大的石塊，如果選用STP、CPT等常規性檢測方法，基本很難滿足檢測效率與檢測精度要求。所以，本文決定選用現場靜載試驗法，對處理后的地基承載力進行檢驗。此外，本文還進行了現場堆載試驗，以對處理后地基的變形特性進行深入了解。

6.1 靜載試驗

選用壓重平臺反力設備，使用油壓千斤頂來進行加載，根據設計極限承載力的1.2倍來進行堆載，在尺寸大小為1 m×1 m的鋼壓板上設置試點，利用三只千分表來詳細觀測軟基的沉降量，然后進行持續增加壓力，根據極限承載力的1/12～1/8，進行分級加載。第1級的加載值為其它加載值的2倍，根據有關規范規定，合理確定終比加載條件。在本案例中進行靜載試驗過程中，共選取了3個試點，即1#、2#、3#試點。通過進行靜載試驗后發現，1#試點的極限豎向承載力是260 kPa，承載力特征值是130 kPa，2#試點的極限豎向承載力是260 kPa，承載力特征值是130 kPa，3#試點的極限豎向承載力是320 kPa，承載力特征值是160 kPa，本工程設計的承載力特征值是80 kPa，滿足軟基對承載力的要求。

6.2 現場堆載試驗

將粗砂裝入袋中，堆砌呈高度為6 m、面積為12 m×30 m的堆載物，堆載時間是180 d，平均荷載是120 kPa，對沉降量與其對應的時間進行詳細記錄。在120 kPa的荷載作用下，沉降量最大值是0.28 m。在經過180 d以后，地基的沉降量已經比較穩定，基本滿足地基設計的規范要求。

7 小 結

綜上所述，在現階段中進行高速公路工程施工過程中，可以選用多種方法來處理軟基，不過一定要根據工程的實際情況，選擇最佳的軟基處理方法。根據大量工程實踐經驗可知，選用強夯法結合拋石擠淤法，能夠較好地處理淤泥質土或者淤泥。本文以某一高速公路工程為例，對強夯法結合拋石擠淤法在高速公路軟基施工處理中的運用進行了詳細闡述，以期對高速公路軟基施工起到一定的借鑒作用。