強(qiáng)夯置換處理濕陷性黃土研究

文/韓紹利

1 基本情況

項(xiàng)目局部路段路基的軟弱土厚度薄，埋深較小，上覆層為次生黃土，對(duì)于Ⅱ級(jí)非自重濕陷性黃土的橋頭段設(shè)計(jì)采用3000kN·m 強(qiáng)夯法處理地基，以消除路基范圍內(nèi)黃土的濕陷性，提高路基承載力。在3000kN·m 強(qiáng)夯首件施工時(shí)，點(diǎn)夯夯擊10 次后形成了平均深度在2.514m 的深坑，提錘十分困難，且最后兩擊的平均夯沉量為22.15cm，不能滿足最后兩擊平均夯沉量不大于5cm 的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)各方討論研究橋頭段路基改為3000kN·m 強(qiáng)夯置換碎石施工。強(qiáng)夯置換法施工，是利用高沖擊能將碎石等材料強(qiáng)力擠入地基中，在地基中形成一個(gè)一個(gè)的粒料墩，墩與墩間土體形成復(fù)合地基，以提高地基承載力，減少沉降。強(qiáng)夯置換范圍為護(hù)坡道外側(cè)，縱向不小于20m 或2 倍橋臺(tái)高（兩者取大值）。

2 施工前期準(zhǔn)備

橋頭路基強(qiáng)夯前必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，通過圖紙說明、現(xiàn)場(chǎng)察看、走訪各相關(guān)單位及附近鎮(zhèn)村負(fù)責(zé)人和村民，確定地下各管線、結(jié)構(gòu)物位置、深度，地上線路的走向及高度，根據(jù)情況提前做好施工方案，確定施工順序。現(xiàn)場(chǎng)要清理干凈，排水挖淤，大致整平，坡度較大的可以挖成臺(tái)階，以便施工。高處可整修成向外側(cè)的坡度來排水，低洼處應(yīng)根據(jù)地形提前修好排水設(shè)施，保證施工場(chǎng)地內(nèi)無積水。施工便道修筑，確保運(yùn)輸設(shè)備通行。施工技術(shù)人員應(yīng)熟悉圖紙、合同文件、技術(shù)規(guī)范和線路控制樁點(diǎn)；規(guī)劃施工流程圖（見圖1），制定施工方案，對(duì)施工人員進(jìn)行分工，并進(jìn)行技術(shù)交底；測(cè)量組進(jìn)行測(cè)量放線，定出控制軸線、強(qiáng)夯場(chǎng)地邊線，標(biāo)出夯點(diǎn)位置，并在不受強(qiáng)夯影響地點(diǎn)，設(shè)置水準(zhǔn)基點(diǎn)，以便現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量使用。

圖1 強(qiáng)夯置換施工流程圖

設(shè)備部按照方案組織施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)并檢查其性能，對(duì)操作人員技術(shù)安全交底。進(jìn)場(chǎng)的機(jī)械有強(qiáng)夯機(jī)兩臺(tái)：ZTM300 和QU20 履帶式強(qiáng)夯機(jī)，起重能力分別為30t 和20t,起重能力大于1.5 倍錘重，脫鉤方式采用自動(dòng)脫鉤裝置，拉繩的一端固定在夯錘上，另外一端固定在計(jì)算好高度的索柄上，當(dāng)牽引上升至預(yù)設(shè)高度時(shí)，拉繩將固定在夯錘上的掛鉤拉開，夯錘自由下落，以此控制夯擊高度一致。夯錘：夯錘選擇圓形錘2 個(gè)，吊環(huán)為φ 50mm，中心布設(shè)4 個(gè)φ300mm 排氣孔。夯錘重分別為16.83t（用于3000kN·m，第一、二遍夯）和10.75t(用于1000kN·m，滿夯)。其他機(jī)械分別有：1 臺(tái)PY220 平地機(jī)、5T 裝載機(jī)1 臺(tái)、山推160 推土機(jī)1 臺(tái)、YZ20C 壓路機(jī)1 臺(tái)、CAT230 挖掘機(jī)1 臺(tái)[1]。置換需要的碎石礫徑不大于8cm,為0.5～5cm，含泥量不大于5%，需要經(jīng)過項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室及各方檢測(cè)合格后直接運(yùn)至施工位置。

3 強(qiáng)夯置換施工要求

夯點(diǎn)按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)布置：點(diǎn)夯夯點(diǎn)間距4×4m，正方形布設(shè)，為確保地表土的均勻性和較高的密實(shí)度采用兩遍點(diǎn)夯，第一遍點(diǎn)夯采用正方形布置，間距8m；第二遍夯點(diǎn)在第一遍夯點(diǎn)之間布置，即插夯，間距同為8m（見圖2）；第三遍滿夯布置，間距3.75m，為防止出現(xiàn)“死角（或盲區(qū)）”夯印彼此搭接1/4（見圖3）。

圖2 第一遍點(diǎn)夯位置，第二遍點(diǎn)夯位置

圖3 滿夯布置

設(shè)計(jì)及各方現(xiàn)場(chǎng)確定的方案為，第一、二遍點(diǎn)夯：夯擊能3000kN·m，第三遍滿夯：夯擊能1000kN·m，并且要滿足點(diǎn)夯夯擊最后兩擊夯沉量不超過5cm；夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起；不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難問題。根據(jù)夯擊能計(jì)算夯錘落距:H=夯擊能/錘重,第1、2 遍錘重16.83t,夯錘落距=3000kN·m/(16.83×9.8)kN=18.19m，第3 遍錘重10.75t, 夯錘落距=1000kN·m/(10.75×9.8)kN=9.49m(見表1)。

表1 強(qiáng)夯技術(shù)參數(shù)表

強(qiáng)夯施工點(diǎn)夯間隔時(shí)間需要根據(jù)土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間來確定。一般濕陷性黃土可取2～4周，但當(dāng)含水量較低且滲透性較好時(shí)可以縮短時(shí)間。同時(shí)夯坑周圍隆起時(shí)，也不能繼續(xù)夯擊，要等超孔隙水壓力消散后，再繼續(xù)。本段路基點(diǎn)夯間隔時(shí)間取一周。

4 強(qiáng)夯置換施工

在準(zhǔn)備好的施工段落上，測(cè)量人員用GPS 或全站儀定位，測(cè)量夯前地面高程，根據(jù)做好的夯點(diǎn)布置圖，用鋼卷尺在設(shè)計(jì)強(qiáng)夯范圍內(nèi)按要求布置第一遍夯擊能3000kN·m 點(diǎn)夯夯點(diǎn)，用白灰畫圓標(biāo)示。強(qiáng)夯機(jī)進(jìn)場(chǎng)，調(diào)整機(jī)械穩(wěn)定，檢查夯錘、鋼絲繩正常后，確定脫鉤高度準(zhǔn)確后開始夯擊。夯擊分段進(jìn)行，順序從邊緣夯向中央，可一排一排夯，為減少超靜孔隙水壓力的影響也可間隔跳夯。起重機(jī)直線行駛，從一邊向另一邊進(jìn)行。當(dāng)夯坑過深、提錘困難時(shí)，在錘擊形成的夯坑內(nèi)用推土機(jī)推填進(jìn)提前準(zhǔn)備好的碎石，直至與坑周圍原始場(chǎng)地標(biāo)高齊平，繼續(xù)夯擊，使碎石逐漸向下延長(zhǎng)，形成粒料墩，若夯沉量不能滿足要求，則繼續(xù)進(jìn)行填料和夯擊，如此重復(fù)直至滿足最后兩擊沉降不大于5cm。夯擊過程中安排測(cè)量人員用水準(zhǔn)儀觀測(cè)，并記錄每一夯的高程，每夯擊1 次的夯沉量。一個(gè)夯點(diǎn)完成統(tǒng)計(jì)總夯擊次數(shù)、沉降量和碎石用量。第一遍點(diǎn)夯全部完成后用推土機(jī)整平場(chǎng)地、重新放樣，待土中超靜孔隙水壓力消散后進(jìn)行第二遍點(diǎn)夯[2]。第二遍點(diǎn)夯與第一遍方法相同。兩遍高能量點(diǎn)夯置換完成后，最后用低能量1000kN·m 滿夯，滿夯采用夯印彼此搭接1/4，夯點(diǎn)間距3.75m。由于滿夯夯擊能較低，因此使用另一較小的夯錘。同樣根據(jù)滿夯布置圖在地面做好標(biāo)記，逐行逐列完成。強(qiáng)夯施工完成后，將強(qiáng)夯區(qū)表面平整、壓實(shí)，達(dá)到基面驗(yàn)收要求，同時(shí)測(cè)量地面高程，與夯擊前高程計(jì)算出沉降量。

5 強(qiáng)夯置換施工注意事項(xiàng)

安全方面：強(qiáng)夯前應(yīng)對(duì)機(jī)械設(shè)備全面檢查，施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專人指揮，并進(jìn)行試吊、試夯，一切正常方可正式施工；當(dāng)強(qiáng)夯施工所產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊力可能對(duì)鄰近建筑物或設(shè)備造成危害時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控，并采取挖減振溝放水等隔振減振措施；當(dāng)施工點(diǎn)與既有建筑物距離小于50m 時(shí)不宜采用強(qiáng)夯施工，應(yīng)改變施工方法；起吊夯錘時(shí)保持勻速，嚴(yán)禁急變速猛甩臂，停止作業(yè)時(shí)，將夯錘落至地面，夯錘起吊后，臂桿和夯錘下及附近15m 范圍內(nèi)嚴(yán)禁站人；六級(jí)以上大風(fēng)天氣，以及雨、霧、雪、風(fēng)沙揚(yáng)塵等能見度低時(shí)暫停施工保證安全。

質(zhì)量方面：施工前準(zhǔn)備要細(xì)致準(zhǔn)確，如現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查要翔實(shí)可靠，夯點(diǎn)布置圖及計(jì)算的各個(gè)施工參數(shù)準(zhǔn)確無誤，以避免造成安全質(zhì)量事故；施工時(shí)，對(duì)每一夯實(shí)點(diǎn)的夯擊能量、夯擊次數(shù)、每次夯沉量、累計(jì)夯沉量和填料數(shù)量等做好詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)記錄。每次夯擊一遍后要檢查有沒有漏夯，尤其注意邊部的角上位置，如果空白較大應(yīng)該進(jìn)行補(bǔ)夯。施工時(shí)要保證夯擊遍數(shù)間隔時(shí)間，并做詳細(xì)記錄，施工中可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整施工作業(yè)順序，安排合理施工段落，盡量使各施工段間達(dá)到連續(xù)夯擊。杜絕超靜孔隙水壓力未消散就施工，確保強(qiáng)夯質(zhì)量；強(qiáng)夯置換施工完成及時(shí)整平碾壓，修整坡度，做好臨時(shí)排水。

6 強(qiáng)夯置換施工技術(shù)總結(jié)

強(qiáng)夯置換處理引起路基沉降，經(jīng)夯前、后相比較，其平均沉降量為38cm。根據(jù)每個(gè)夯點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，得出3000kN·m 強(qiáng)夯置換各個(gè)夯點(diǎn)的平均夯擊次數(shù)為26 擊、每個(gè)夯坑填料平均用量為25.97m3（見表2）。

表2 3000kN·m 強(qiáng)夯置換匯總表

7 結(jié)語(yǔ)

夯前、夯后地基試驗(yàn)情況，在強(qiáng)夯置換施工前后，對(duì)原狀土及夯后地基進(jìn)行了檢驗(yàn)，主要采用靜荷載試驗(yàn)等方法檢測(cè)地基處理后的地基承載力特征值，用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及密實(shí)度試驗(yàn)等有效手段查明原狀土體密實(shí)度及處理深度等，以檢驗(yàn)強(qiáng)夯處理前后的效果。置換后所測(cè)點(diǎn)位承載力較夯前均勻，地基的壓實(shí)度及承載力均得到了很大改善，地基強(qiáng)度得到了提高、土體孔隙得到擠密、濕陷性得以消除，強(qiáng)夯置換后路基壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求。