強夯加固技術在軟土路基設計中的應用分析

韓娟

【摘 要】強夯法被證實具有高效、應用性強等特點，被廣泛應用于地基處理。本文將強夯法引入道路工程路基設計中，對天津濱海新區部分區域路基進行設計，使路基滿足承載和道路日后使用要求。

【關鍵詞】強夯;軟土;路基;加固;濱海新區

1應用背景

1）濱海新區因多數為沿海歷史形成陸域，軟土居多;含水量高，一般在40%～60%;孔隙比在1.0～1.3;軟土壓縮系數通常<1.0MPa-1，壓縮模量多>2.0MPa;一般容許承載力在50～80kPa。

2）濱海新區多數地勢低洼，新城建設滿足解決防洪排澇要求，在傳統處理軟基的基礎上，還要進行較高填方。

3）濱海新區地處北方，每年有超過3月的冬季停工期，可利用冬季停工期解決預壓問題。

4）基地土質一般，強夯設計需借用客土。

5）以節約工程造價出發點，有效結合應用強夯硬殼層設計理論。

2工程概況

選取天津市濱海新區兩個有代表性的功能區，功能區A為地基條件較好，承載力較高的區域;功能區B為地基條件和承載力很差，軟土層深厚的吹填土區域。

2.1功能區A

原為鹽場制鹽、養殖用池塘，蓄水時水深1～1.5m，除進水、排鹽溝外，地勢較為平坦。包括3條市政道路：規劃路一為城市主干路，長1840m，道路紅線寬50m，設計車速60km/h;規劃路二為城市主干路，長1260m，道路紅線寬34m，設計車速60km/h;規劃路三為城市次干路，長1290m，道路紅線寬30m，設計車速40km/h。

2.2功能區B

在原有近海灘涂上圍海造陸而成，地表主要為吹填土，除工程建設臨時用房外，無現有建筑。場地地形簡單，地勢平坦。包括2條配套市政道路，全長約2900m，道路紅線寬30m，均為城市次干路，設計車速40km/h。

3強夯加固方案設計

3.1路基結構設計

結合土壤環境和地質條件特征，提出了適用于濱海新區的兩種典型路基結構：強夯素填土路基（適用于功能區A）和強夯置換路基（適用于功能區B）。1）功能區A強夯素填土路基典型結構設計。通過填筑素填土和強夯工藝施作機械承托層，代替傳統的山皮土或混渣等石質材料，同時也代替6%的石灰土路基部分。路床部分30cm碎石墊層和60cm石灰土（或水泥石灰土、水泥石灰固化土）。2）功能區B強夯置換路基典型結構設計。在深厚吹填土地基條件下，用土石混合料作為路基填料，采用強夯工藝進行擠淤填筑，形成機械承托層，代替傳統的山皮土或混渣等石質材料填筑厚度，去掉30cm碎石墊層，直接施作路床部分為60cm石灰土（或水泥石灰土、水泥石灰固化土）。強夯置換層的厚度或置換墩長度，應根據軟土層厚度、所要求的承載力標準計算確定。

3.2參數設計

針對兩個功能區路基特點及對應的強夯處理方式，設計了不同的強夯參數指標，主要包括有效加固深度、夯點間距和夯點布置、夯擊能量的確定、單輪夯擊數和夯擊遍數、間歇時間、排水通道和處理范圍等。1）有效加固深度。根據濱海新區市政道路交通荷載特點，研究分析得出濱海新區路基工作區深度在1.5～2.5m之間，對于重載交通濱海新區路基工作區深度達2.5～3.0m。考慮到路基工作區深度一般局限在2.5m以下，因此，強夯加固路基硬殼層的處理深度要求能覆蓋路基工作區深度要求，即路基下3.0m左右，盡量對下層軟土做到少擾動。2）夯點間距及夯點布置。夯擊點位置一般可采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布設。夯點間距的選擇宜根據工程結構類型、加固土層厚度和土質條件、強夯能級、夯錘直徑等因素通過試夯確定，宜為錘徑的1.2～2.5倍，低能級時取小值，高能級及考慮能級組合時取大值;第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間，以后各遍夯擊點間距可適當減小。3）夯擊能量的確定。本文研究適合市政道路路基硬殼層的強夯施工工藝，有效處理深度決定適用低能級強夯，確定本工程素填土路基夯擊能為800～1200kN·m，強夯置換夯擊能為1000～2000kN·m。4）單輪夯擊數和夯擊遍數。單輪夯擊次數一般通過現場試夯確定，以夯坑的壓縮量最大、夯坑周圍隆起量最小為原則，以加固后應達到的設計指標為依據。經試夯，確定單輪夯擊8次。夯擊遍數一般情況下為2～4遍，具體可根據夯擊期間的沉降量達到計算最終沉降量的60%～90%或根據設計要求已經夯到預定標高進行控制。5）間歇時間。根據試驗段超孔隙水壓力消散時間確定間歇時間。在強夯實施過程中，利用埋設孔隙水壓力測頭及時觀測孔壓變化情況，從而確定間隔時間。本研究確定超孔隙水壓力消散80%后，進行第二遍的夯擊。6）排水通道。素填土路基宜設置降排水通道，考慮到路基工作區深度要求以及強夯后的路基下沉量，路基填土高度要求位于地下水位以上≮3.0m;強夯置換通常不考慮排水要求，僅要求采用級配良好、硬質的不規則粗顆粒料作為墊層，以提高地基承載力和強夯期間超孔壓的正常消散。7）強夯處理范圍。路基的應力擴散作用加固范圍應大于路基坡腳邊緣基礎范圍。根據國內經驗，每邊超出路基坡腳基礎外緣的寬度宜為設計處理深度的1/2～1/3并≮3m。

4效果

4.1強夯素填土路基

通過試驗檢測，功能區A強夯素填土路基可滿足市政道路路基的設計要求。1）面波測試結果表明，1000kN·m夯擊能的滿夯對試驗段地基土波速的有效影響深度為2.5～3.0m。2）靜力觸探測試結果表明，強夯完成后，淺層路基加固效果較為顯著，有效加固深度范圍內平均錐頭阻力、平均側阻力整體呈現明顯增大趨勢，分別增加約20%和16%;而深層地基土受擾動的影響程度較小。3）輕型動探測試結果表明，淺層3m深度范圍內的路基土夯擊完成后，實測錘擊數N10呈明顯提高趨勢;其表層0.9m深度范圍內實測錘擊數N10平均值提升最明顯且由深及表地呈線性遞增趨勢。4）淺層平板載荷試驗結果表明，試驗段內的地基承載力基本值均明顯增大，增大比例在6%～10%之間，能夠滿足施工機械承托層的需要。5）回彈模量試驗結果表明，路基回彈模量標準值均>23MPa，滿足市政道路路基設計要求。

4.2強夯置換路基

通過試驗檢測，功能區B強夯置換路基可滿足市政道路路基的設計要求。1）地基沉降的監測結果表明，在200d的監測周期內，路基的最大沉降為104mm，一般為40～60mm，遠小于規范規定的路基工后沉降300mm的要求。2）瑞雷波測試結果表明，強夯后山皮石下部淤泥層厚度<1m的占94.6%。直觀上，強夯后大部分淤泥被擠出。3）對強夯區兩點進行平板載荷試驗，兩點地基極限承載力為262.5kPa，承載力特征值為131.25kPa，均滿足地基承載力特征值120kPa的要求。4）重型動力觸探結果表明，地面以下山皮土層的動探擊數由未處理前的8～30擊提高到20～50擊;山皮土層下的淤泥層動探擊數由未處理前2～4擊提高到4～8擊;淤泥層以下的粉質粘土層動探擊數由未處理前5～8擊提高到8～27擊。夯前比夯后動探擊數有了大幅度的提高，地基土的性質比強夯前明顯改善。

5結論

本文所設計的強夯路基典型結構能夠降低山皮土（混渣）和石灰土等材料的用量，與以往的方案相比則更加的節能，更加的環保和生態，并且能將部分工程費用減少。

參考文獻：

[1]王曉平，朱海濤，李忠獻，等.天津濱海新區典型軟土地基強夯法有限元分析[J].建筑科學與工程學報，2014，31（2）：105-111.

[2]徐至鈞.強夯和強夯置換法加固地基[M].北京：機械工業出版社，2004.

（作者身份證號碼：412326198709235486）