強夯補強在高速公路填土路基中的應用

易代紅

(湖南環達公路橋梁建設總公司)

1 引 言

強夯法處理路基是 20世紀 60年代末由法國Menard(梅納)技術公司首先創用的。它是將 10～40t的錘從 6～40m的高處自由落下,對路基土施加很大的沖擊能,從而達到提高路基土的強度并降低其壓縮性的目的。

強夯法所用設備簡單,效果直觀,可適合于房建、橋涵、道路、港口、碼頭、機場和大型設備基礎等工程,且具有加固速度快、效果好、投資省的特點,是當前最經濟而簡便的地基加固方法之一。

2 強夯作用機理

強夯法加固機理研究主要側重于夯擊能對路基土所產生的作用及其在路基土體中的傳遞過程。強夯時巨大的沖擊能作用于地基土上,在地基土中產生振動波。起加固作用的波主要有縱波和橫波。在施行強夯時,重錘由高處自由落下,產生強大的動能作用于地基土,由動能變成波能,從震源向深層擴散,能量釋放于一定范圍內的地基中,使土體得到不同程度的壓密加固。橫波的存在使土體表層松動,縱波的存在,對土體起壓密加固作用。

從加固機理與作用看,強夯法加固路基的機理按路基土的類別可分為動力夯實、動力固結、動力置換 3種情況,其共同特點是通過破壞土的天然結構并達到新的穩定狀態。強夯夯擊能量所產生的沖擊波和動應力在土中傳播,使顆粒破碎或使顆粒產生瞬間的相對運動,土體孔隙中的氣體迅速排出或壓縮,孔隙體積減少,從而使路基土形成較密實的結構。

在本工程中,主要是土內空氣排出,使顆粒間孔隙減少,屬于動力夯實。

3 工程實例

3.1 工程概況

承朝高速公路屬燕山地槽與內蒙古高原過渡區,境內地形復雜,山脈縱橫,河流交錯。所轄第七合同段全段填土方高度 4～10m,不良地基主要有軟基、地基采空區、雞爪溝地形地基及半填半挖地基。路基填料為粉砂土、砂性土、碎石土,填土具有孔隙率大,含水量較大等特點。由于該高速公路地處北方,早晚氣候溫差大,風砂大,填料含水量不易控制;填土路基易工后下沉、為防止出現路基病害,決定對K24+250～K31+500段填土高度大于 4m已填至 94區頂填方段進行強夯補強處理。

3.2 施工工藝

(1)強夯施工參數

強夯法主要施工參數有效加固深度、夯擊能、夯擊次數、夯擊遍數、遍數間隔時間、夯擊點布置等。

采用強夯法施工時,夯擊能量的確定主要是依據地質條件、施工條件和工程使用要求,目前無成熟的計算方法。

在承朝高速公路中,為了防止土基下沉,對于大于 4m的已填至 93區頂填方段重新進行了強夯補強;現場選用了W1001型 20t夯機,夯擊采用了點夯和滿夯兩種方式;強夯夯錘重為 18t,夯錘落距為 6m,夯擊能為 1080kN·m;夯錘底直徑為 2.5m,夯擊次數 7下;夯點布置具體見圖 1所示。

圖 1 夯點布置示意圖

(2)施工步驟及流程

①平整場地,推土機推平,25t振動壓路機碾壓 2遍。

②測量放樣,用全站儀放出路基的中線,用白灰實地標出夯點位置。

③測量場地高程。

④現場測定原狀土樣的壓實度。

⑤起重機就位,使夯錘對準夯點位置。

⑥將夯錘起吊到 6m高度,夯錘自由下落,測量錘頂高程。

⑦重復上述步驟(4),完成一個夯點的夯擊,做好有關記錄,同時檢測坑內壓實度。根據數據統計調整夯擊次數。

⑧換夯點,重復上述步驟(3)～(5),收集數據和統計,適時調整施工工藝。

具體工序流程圖見圖 2所示。

圖 2 強夯施工工序流程圖

3.3 停夯標準

國家《建筑地基處理技規范》規定:當單擊夯擊能小于4000kN·m時,最后兩擊的平均夯沉量不大于 5cm;夯坑周圍地面不應發生過大隆起;不因夯坑過深而發生起錘困難,一般夯擊次數為 8擊,在本實例中,夯擊次數采用 7擊,其余采用上述標準。

3.4 夯擊效果及數據分析

夯擊效果的好壞直接決定方案是否可行,實際工作中也需要根據效果好壞來調整各項施工參數。檢驗夯擊效果試驗方法主要有夯沉量統計、彎沉值試驗、壓實度試驗(或干密度)、承載力和觸探測試試驗等。在本實例中,為了保證經濟合理,選取了夯沉量和壓實度兩項指標進行數據分析。

(1)夯沉量試驗與分析

為了確定適宜的夯擊次數,評價夯擊效果,試驗中選取了 10個夯點進行夯擊試驗,并進行了夯點沉降量觀測與記錄,以其平均值夯沉量為縱坐標,夯擊次數為橫坐標,作了沉降曲線,具體如圖 3所示。

圖 3 夯沉量與夯擊次數曲線圖

從圖上可以看出:①單擊夯沉量有開始小再變大又逐漸變小的規律;②前面幾次夯沉量較大,而后變小;③夯擊次數達到 6次以后,平均夯沉量會小于 5cm。

(2)壓實度檢測與分析

實際工作中,選取 10點進行了夯擊前和夯擊后的壓實度檢測,檢測采用 φ15cm灌砂筒,并對數據進行了比對,具體見表 1。

表 1 夯擊前后壓實度對比

結果發現,路基壓實度明顯得到了提高,壓實度值平均提高了 5.0%,夯后壓實度均超過了 98%完全符合規范要求。

4 結束語

從試驗結果看出,強夯法對于 94區頂填土路基補強取得了很好的效果。目前,路基已交驗完畢,未出現下沉,說明該法對防止工后下沉有重要作用,對類似工程具有一定的借鑒意義。但由于巖土體本身的復雜性和各種工程項目的特殊性,強夯加固效果的評價、加固機理、加固設計參數、夯點的合理布置以及施工質量的管理與控制仍然需進一步探討。

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