強夯法加固鐵路路基的具體應(yīng)用探討

李志華

摘要：我國地域遼闊，各個區(qū)域的地形地貌具有很大的差異。鐵路工程作為國民經(jīng)濟的大動脈，對促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、提高交通運輸效率、改善人們出行環(huán)境具有重要意義。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國鐵路形成了八橫八縱的鐵路網(wǎng)絡(luò)。鐵路工程具有施工范圍廣、施工環(huán)境復雜、建設(shè)周期長、施工技術(shù)要求高等特點，一條鐵路線可能跨越十幾個城市，由于每一個區(qū)域的地質(zhì)條件不同。鐵路施工過程中，可能遇到軟土地基。由于軟土的含水量比較大，土層自身承載力比較低。所以路橋施工之前，必須對這些軟土路基進行加固處理，提高軟土路基的承載力。常見的方法有換填法、強夯法、真空預(yù)壓法等特點。由于強夯法施工工藝簡單、適應(yīng)范圍廣、施工成本低、加固效果好、土粒結(jié)合緊密、變形沉降量小、施工周期短，強夯法是換填法施工周期的一半，所以強夯法在軟土地基加固工程中廣泛使用。本文闡述了強夯法施工法的原理以及特點，并結(jié)合實際的工程，分析了強夯法在加固鐵路路基工程的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：強夯法；加固鐵路路基；施工工藝

1 強夯法加固法原理和特點

1.1強夯加固法原理

強夯法是利用重達100噸以上的重錘從高空幾十米的高度自由下落，對軟土地基進行反復夯實，提高土地的密實度，減少軟土地基的壓縮性，從而改變軟土路基的性能，達到提高軟土路基的承載力。這種處理方法主要是將重錘的重力轉(zhuǎn)換為沖擊能量，通過重錘瞬間產(chǎn)生的動能作用在路基上，從而壓縮土層的空隙，將空隙中的水分子排除到土層外部，達到壓縮和密實土體的作用。一般情況下，強夯法適合顆粒直徑大于0.05mm的粗顆土粒，如砂土、粉煤灰、雜填土、碎石土、回填土、低飽和度粉土、粘性土以及濕陷黃土等軟脫土體加固效果比較明顯。非飽和性黏土地基，一般采用連續(xù)夯實或者分遍間歇夯實的方式，并通過現(xiàn)場實驗確定夯實的次數(shù)和夯實的深度。

1.2強夯加固法特點

強夯加固法具有以下特點：第一，施工所需設(shè)備比較簡單，施工成本比較低。比換填法節(jié)省60%的費用，與預(yù)壓法節(jié)省50-70%的費用，與砂樁施工法節(jié)省40-50%的費用，極大地節(jié)省了施工的人力成本和物力成本。第二，加固效果明顯，可以提高地基的承載能力，可提高地基2-5倍的承載能力。第三，土粒結(jié)合效果好，有較高的結(jié)構(gòu)強度，變形沉降量小，土地壓縮性可降低2-10倍，加固深度達到6-10米。第四，施工周期短。夯實加固法一套設(shè)備每個月加固面積可以達到5000-10000平方米的地基，比換填法和樁基施工工期減少一半以上。

2 強夯法加固鐵路路基的具體應(yīng)用

2.1工程概況

某鐵路引入線無砟軌道綜合試驗段全長12.65千米，其中DIK131+420—DIK132+500段的路基總長度為700米。通過勘察，發(fā)現(xiàn)該施工路段屬于丘陵地貌，基層巖石裸露，自然坡度為15-30°，局部區(qū)域地勢比較陡坡；山坡植被發(fā)育比較茂盛。該施工地段的土層分別為粉質(zhì)黏土、碎石土、泥夾砂巖、灰?guī)r等土體。根據(jù)調(diào)查情況，發(fā)現(xiàn)該地段為軟土地基，為了提高鐵路路基的承載力，確保鐵路運行的安全性和穩(wěn)定性。對DIK131+420—DIK132+500段的DIK131+785～888—DIK132+332～256（m）段的路基進行加固，加固線路總長度為256米，加固范圍路基坡腳外3米加固深度為4-6米，強夯加固面積為5500平方米。為了確保路基的夯實強度符合鐵路的實際荷載要求，在路基夯實之前，將DIK131+785～888段作為路基加載試驗段。

2.2強夯加固施工工藝

2.2.1確定施工工藝參數(shù)

在施工前，必須結(jié)合到鐵路路基的實際承載量，確定夯實加固的夯擊能量、壓強等參數(shù)。根據(jù)該工程的實際情況，確定使用25T履帶式強夯機，夯實錘重的直徑為2米，錘重為13.5噸，夯實錘的落距為14.8米。夯實的能量為點夯1958KN·m，滿夯能量為1000KN·m，靜壓為42KPa。夯實分三次進行，第一、二遍為點夯，第三遍為滿夯；夯擊次數(shù)為點夯6-11次，以末次夯擊下沉量≤5cm作為控制依據(jù)，滿夯為1擊。夯實過程中，為了確保夯距和設(shè)計要求的夯坑距離一致，將夯點的間距控制為2.7米左右，夯點形狀為梅花形布置，滿夯則為四分之一環(huán)。夯擊的間隔根據(jù)工程的實際情況決定，該路段的路基按照設(shè)計要求，該路基路肩3米厚，底層為滲透性比較好的粘性土，針對滲透性比較好的粘性土層地基一般間歇時間控制在1-2個星期，兩遍之間的間隔時間縮短為7天。

2.2.2施工準備

為了確保夯實效果，在夯實之前，施工單位必須對強夯路段進行處理，清除施工現(xiàn)場的大的石塊、木頭等雜物，平整土地，放好征地線以后，用挖掘機或者推土機將地表的草皮、樹根以及清除，以滿足夯實的施工條件。由于軟土地基的含水量比較高，施工前在路基兩側(cè)做好排水溝，以利于土壤中的水分及時排除，并在DK131+780路段設(shè)置一條橫向排水溝。準備好，彩條布，防止下雨天雨水浸泡強夯路段，從而影響到夯實效果。根據(jù)夯實路段的實際地質(zhì)條件，在夯實路基路面鋪設(shè)0.5米的砂礫墊層。考慮到施工成本，墊層砂礫層采用砂礫石或者隧道棄砟石土。為了驗證這兩者的實際效果，在施工路段DIK131+785～888，選擇15米長的半斷面路基，在路基路面鋪設(shè)0.5米的砂礫墊層，然后進行夯實。發(fā)現(xiàn)隧道棄砟石土作為墊層的夯實效果比較好，所以在實際施工路段，軟土地基鋪設(shè)0.5-0.8米的隧道棄砟石土墊層。

2.2.3強夯加固施工

鋪設(shè)好隧道棄砟石土墊層以后，并重新平整地面，整個施工現(xiàn)場的高程控制在261.54—261.87米之間，然后用石灰標識出第一遍夯擊點的位置，起重機就位，將夯錘對準相應(yīng)的夯點位置，測量夯前錘到頂高程的距離，如果不足則需要調(diào)高位置。將夯錘起吊到預(yù)設(shè)的14.8米的高度，夯錘脫鉤自由下落后，將吊鉤放下，測量錘頂?shù)礁叱痰木嚯x。測量得出第一擊的夯實沉量控制在0.1—0.3米；第二擊的夯沉量控制為0.2—0.25米；第三擊的夯沉量控制在0.1—0.15米；第四擊的夯沉量控制在0.1—0.15米；第5擊的夯沉量控制在0.08—0.1米；第六擊的夯沉量控制在0.05—0.08米之間；第七擊的夯沉量控制在0.05—0.07米之間；第八擊的夯沉量控制在0.04-0.05米之間；局部地區(qū)夯點打到了9—12擊才達到設(shè)計要求。夯擊點累計夯沉量大致在0.6—1.2米，夯抗周圍的隆起量控制在0.1米，隆起量不大。在夯實過程中，部分夯錘可能存在傾斜夯實的現(xiàn)象，所以需要用回填土將其坑底填平，確保整個夯錘的水平。按照上述施工步驟，將下沉量小于等于5厘米沒有夯錘的夯點進行夯擊，分別夯擊完成設(shè)計的全部夯點，然后用推土機將這些夯坑全部填平。間隔一個星期以后，根據(jù)上述步驟進行第二遍夯擊。第二遍夯擊完成以后，用推土機將夯坑全部填平，并用小夯錘進行滿夯，從而進一步調(diào)高整個地基表層土的夯實效果，確保夯實密度達到設(shè)計要求。

2.2.4施工監(jiān)測

由于鐵路工程施工地質(zhì)條件比較復雜，施工過程中可能由于操作不當或者控制不當，導致夯擊的位置沒有對準夯點位置，從而影響到實際夯實的效果。所以夯實結(jié)束以后，需要檢查夯錘重和落距，確保夯擊的能量達到設(shè)計要求，以免影響夯實效果。為了避免夯實過程中夯點放線錯誤，每一次夯擊之前，需要檢查夯點位置和每一個夯點夯擊次數(shù)以及夯擊的沉落量，發(fā)現(xiàn)漏夯時，需要及時補充。

2.2.5強夯施工檢測驗收

2.2.5.1地基系數(shù)、壓實系數(shù)、孔隙率檢測

為了確保強夯加固效果，地基夯實以后還需要檢查實際夯實效果。夯實加固驗收時，檢查各項指標是否符合實際要求。地基系數(shù)K30≥110KPa，壓實系數(shù)Kh≥0.95，承載力≥200KPa，孔隙率n<28。強夯施工結(jié)束兩個星期以后，根據(jù)設(shè)計要求，檢查表層的地基系數(shù)K30、Kh、n等指標，經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)檢測結(jié)果如下：通過平板載荷儀檢查夯實地基的六個夯實點，得到地基系數(shù)分別為：128MPa、152MPa、144MPa、130MPa、126MPa、147MPa；將表層墊層挖開以后，用灌砂法檢查表層黏土的壓實系數(shù)，選擇六個夯實點夯實系數(shù)Kh如下：0.98、0.99、1、0.98、0.99、0.99；選擇六個夯實點，使用密度濕度儀器檢查夯實表層的孔隙率n，得到以下結(jié)果：19.5、16.2、15.7、18.6、16.4、14.2。

2.2.5.2重型動力觸探試驗

夯實路段施工前，在路基基底選擇3個點做重型動力觸探測試，得到測試深度為6米，夯實17天以后，選擇3個點做重型動力觸探測試，得到測試深度同樣為6米，檢測結(jié)果如下表：

2.2.5.3靜荷載試驗

夯實結(jié)束17天以后，選擇5個點作為該路段路基基底的靜荷載試驗，得到檢測結(jié)果如下表：

2.3夯實加固效果

通過對地基系數(shù)、壓實系數(shù)、孔隙率等指標的驗證，發(fā)現(xiàn)檢測效果符合進行重型動力觸探試驗數(shù)據(jù)表明，路基基底強夯面以下1.5米范圍，地基夯實以后承載能力提高了2倍多，夯實面以下1.5-2.4米地基承載能力比夯實后提高了1.4倍，強夯面以下2.4-4.3米范圍，地基承載力比提高了0.4倍，夯實加固深度達到路基施工要求。其中以強夯面以下2.4米以下的范圍內(nèi)加固效果最好。通過對軟弱基地加固后的靜荷載試驗，發(fā)現(xiàn)檢驗荷載承載力大于200KPa，表明在靜荷載檢測深度在0.8-1.2米范圍內(nèi)，地基承載力滿足施工要求，所以地基表層土層可以作為路基基礎(chǔ)的主要持力層。

3 夯實加固常見問題

夯實加固過程中，會出現(xiàn)下沉量達不到設(shè)計標準、影響深度不夠等問題。夯實加固以后達不到下沉量控制標準可能是由于淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)土在夯實過程中，產(chǎn)生液化現(xiàn)象或者地基土含水量過大，導致側(cè)向擠出現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，必須在強夯土層面上鋪設(shè)0.5-2米的砂石，然后進行夯實。如果軟土含水量過多，則適當降低夯實能量；強夯深度達不到影響深度問題主要是由于土質(zhì)不均勻，下部存在砂卵石夾層，在夯實過程遇到孤石或者不成片的砂礫石，夯實點過密等原因?qū)е?。夯實前，必須勘查地質(zhì)情況，及時清除土層的障礙物，進一步優(yōu)化夯實方案。

4結(jié)束語

通過對路基基底進行夯實加固處理以后，發(fā)現(xiàn)夯實以后，路基基層系數(shù)、壓實系數(shù)以及孔隙率滿足施工各項要求，可將其作為鐵路路基其他地段軟土地基處理的參考系數(shù)。在強夯施工過程中，需要結(jié)合實際情況，不斷修正設(shè)計參數(shù)，從而更加符合實際施工要求。

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（作者單位：中鐵六局集團北京鐵路建設(shè)有限公司）