強(qiáng)夯置換法在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用

王 友 參

(中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

東陽關(guān)主線收費(fèi)站屬于山西省黎城(冀晉界)至長治公路改擴(kuò)建工程中新建收費(fèi)站，該收費(fèi)站位于新建線Z1線Z1K739+815～Z1K740+385范圍內(nèi)，長570 m。強(qiáng)夯置換片石墩軟基處理范圍為Z1K739+910～Z1K740+095，處理長度185 m，處理面積13 752 m2。

1.2 地理位置

經(jīng)現(xiàn)場查看該段位于兩處沖溝處，且該兩處沖溝未設(shè)置排水設(shè)施。沖溝內(nèi)常年積水對主線收費(fèi)站造成浸泡。

1.3 地形地貌

所屬地貌單元中分為黎城盆地黃土臺塬地貌，標(biāo)高介于853 m～834 m之間，高差約19 m，軟弱地基位于840 m～834 m之間的沖溝中。

1.4 地質(zhì)狀況

1.5 水文狀況

本段地下水位在1.6 m～1.8 m之間，主要位于軟塑～流塑的黃土狀土中。表層為黃土狀土，由于地下水位埋藏較淺。且黃土處于濕～飽和狀態(tài)(飽和度在86%～100%之間)，承載力低(60 kPa)，天然孔隙比大(在0.664～0.931之間)，直剪強(qiáng)度在24.1 kPa～28.5 kPa之間，為飽和、中壓縮性土軟弱土地基。

1.6 工程地質(zhì)總體評價(jià)

東陽關(guān)主線收費(fèi)站表層為黃土狀土、飽和，中壓縮性土軟弱土及濕陷性黃土地基。地基承載力不足，壓縮性高，對工程后期穩(wěn)定影響較大。

2 施工方法

2.1 處理原理

強(qiáng)夯置換片石墩加固原理為通過強(qiáng)夯片石所形成的片石樁，對原地基中的壓縮性飽和土進(jìn)行置換。同時(shí)，強(qiáng)夯過程中所產(chǎn)生的巨大沖擊能使樁體周圍軟弱土中的空氣減少，土體液化，使液化土體與樁體一起構(gòu)成了良好的排水系統(tǒng)，縮短排水過程，加速土體固結(jié),以致樁體與周圍土體形成復(fù)合地基，控制總沉降，增強(qiáng)地基強(qiáng)度。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

通過現(xiàn)場勘探情況計(jì)算分析得出，采用點(diǎn)夯與滿夯結(jié)合處理的方式，處理深度5 m～7 m時(shí)，單點(diǎn)夯擊能宜為2 000 kN·m，單點(diǎn)夯擊次數(shù)宜為4擊～6擊；處理深度8 m左右時(shí)，單點(diǎn)夯擊能宜為2 500 kN·m，單點(diǎn)夯擊次數(shù)宜為5擊～7擊；處理深度達(dá)到10 m時(shí)，單點(diǎn)夯擊能宜為3 000 kN·m，單點(diǎn)夯擊次數(shù)宜為6擊～8擊。

2.3 施工準(zhǔn)備

1)現(xiàn)場準(zhǔn)備。

平整場地，開挖減震溝。邊樁放樣，做好標(biāo)記，記錄場地高程，標(biāo)出第一遍夯點(diǎn)位置，機(jī)械就位，測量夯前錘頂高程。

2)機(jī)械配置。

強(qiáng)夯機(jī)械宜采用帶有自動脫鉤裝置的強(qiáng)夯機(jī)，本工程投入宇通YTQH259液壓履帶式強(qiáng)夯機(jī)2臺，自重50 t，單股拉力7 t～9 t，最大夯擊能4 000 kN·m，夯錘20 t；15 t振動壓路機(jī)1臺，履帶式推土機(jī)1臺。

3)人員配置。

采取人員換班制，帶班1人，司機(jī)2人，起重工2人，測量和記錄3人，共12人。

2.4 試夯試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場勘探，東陽關(guān)主線收費(fèi)站填方路基基地濕軟，選擇有代表性的區(qū)域進(jìn)行試夯，試夯區(qū)域不小于25 m×25 m。確定試夯區(qū)域?yàn)閆1K740+000～Z1K740+030，處理長度25 m，處理面積750 m2。

通過試夯確定最佳夯能、每點(diǎn)夯擊次數(shù)、落距等，以指導(dǎo)全面施工。

強(qiáng)夯點(diǎn)夯單擊夯擊能根據(jù)加固地層性質(zhì)、厚度、地下水位等綜合確定，通過現(xiàn)場工藝性試驗(yàn)確定，試夯時(shí)單點(diǎn)夯擊能可按“強(qiáng)夯有效加固深度”表值選用(見表1)。

表1 強(qiáng)夯有效加固深度 m

2.5 處理方案

施工前對地表進(jìn)行整平處理，先將地表80 cm～120 cm范圍內(nèi)硬質(zhì)土層挖除，然后拋填1.0 m厚片石，通過強(qiáng)夯形成樁體，強(qiáng)夯樁體穿透地基下部軟土層，形成片石支撐骨架；強(qiáng)夯后填筑30 cm粒料墊層作為緩沖層，粒料墊層上部鋪設(shè)兩層土工格柵。間距為30 cm，搭接長度不小于30 cm，上、下層接縫錯(cuò)開鋪設(shè)，錯(cuò)開長度大于50 cm。片石樁體間距為3 m，呈等邊三角形布設(shè)，樁底嵌入飽和土層以下，片石粒徑不大于15 cm，采用不易風(fēng)化的片石。

施工中，為盡快剪破片石墊層形成片石樁頭，每次夯擊前應(yīng)采用片石回填夯坑。回填片石粒徑不大于15 cm，采用不易風(fēng)化的片石，強(qiáng)度不小于4級。

3 工藝流程

3.1 施工要點(diǎn)

1)平整場地，測量場地標(biāo)高，鋪設(shè)厚100 cm左右片石。

2)標(biāo)識第一遍強(qiáng)夯點(diǎn)位置，并測量原地面高程。在已放好的邊樁內(nèi)按設(shè)計(jì)圖要求進(jìn)行主夯夯點(diǎn)放樣，主夯夯點(diǎn)為隔行夯點(diǎn)，間距3.0 m，三角形布置，撒上白灰。

3)夯機(jī)就位，垂直提起夯錘至18 m，測出錘頂標(biāo)高并記錄；夯錘對準(zhǔn)夯點(diǎn)自由下落后，再次測量夯錘頂面標(biāo)高并記錄，同時(shí)記錄每次夯擊后形成的夯坑深度，待夯坑深度達(dá)到100 cm時(shí)，回填粒徑小于15 cm的片石。

4)測量并標(biāo)出強(qiáng)夯點(diǎn)及夯點(diǎn)周圍的標(biāo)高，每次夯擊后都需測量并記錄以便計(jì)算置換深度。

5)換夯點(diǎn)，重復(fù)2)～4)，完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊。

6)根據(jù)已標(biāo)出夯點(diǎn)逐點(diǎn)夯擊，待全部完成后需靜置一段時(shí)間，推平夯坑，再次測量推平后地面標(biāo)高，重新放線，標(biāo)出夯點(diǎn)，實(shí)施第二次強(qiáng)夯。按以上步驟完成第二遍強(qiáng)夯置換。

7)兩遍點(diǎn)夯完成后，安設(shè)D30玻璃鋼夾砂管，內(nèi)徑30 cm，管壁厚不小于8 mm，環(huán)剛度不小于8 kN/m，每隔10 m設(shè)置1根，共布設(shè)4根。D30玻璃鋼夾砂管進(jìn)水口處采用四周無紡?fù)凉げ寂c粒徑為2 cm～3 cm的級配碎石包裹，級配碎石四周用無紡?fù)凉げ及秶?0 cm×50 cm×3 500 cm。

8)回填100 cm厚片石，采用1 500 kN·m低能滿夯一次，滿夯各點(diǎn)位3擊～4擊，夯印搭接1/4錘印。

9)填筑30 cm粒料墊層作為緩沖層，粒料墊層上部鋪設(shè)兩層土工格柵。間距為30 cm，搭接長度不小于30 cm，上、下層接縫錯(cuò)開鋪設(shè)，錯(cuò)開長度大于50 cm。墊層材料采用碎石、砂礫、礫石等粗集料，粒徑不大于5 cm，含泥量不超過5%,石料強(qiáng)度等級不小于4級，使用振動壓路機(jī)分層碾壓至路床底面(見圖1)。

3.2 沉降觀測的作用和方法

沉降觀測設(shè)置的主要作用是為了檢測路堤有可能存在的安全隱患。

觀測樁一般設(shè)置于路基兩側(cè)土路肩，布置方式為澆筑50 cm2的混凝土基礎(chǔ)，在混凝土中心位置安設(shè)φ30 mm的圓鋼作為基點(diǎn)測頭，觀測樞設(shè)置縱向間距為100 m。檢測方法為使用電光測距儀和水平儀進(jìn)行觀測，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)計(jì)算基點(diǎn)水平位移和垂直位移，并對比計(jì)算結(jié)果。若數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，可降低觀測頻率，但不得少于半個(gè)月或一個(gè)月一次，該觀測工作需持續(xù)至工程竣工；對比數(shù)據(jù)若有較大變化的，則證明邊坡有失穩(wěn)的可能，該觀測工作應(yīng)持續(xù)至工程運(yùn)營后一年。

東陽關(guān)主線收費(fèi)站路基段填筑檢測時(shí)，路基填筑過程中在路基右側(cè)邊坡每隔3 m填高設(shè)置監(jiān)測樁隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)路基水平位移及沉降有增大趨勢時(shí)立即停止填筑，反饋設(shè)計(jì)單位，在路中、左右路肩處布設(shè)沉降觀測樁。為控制工后沉降，路基填筑完成后，按80 kPa加載預(yù)壓三個(gè)月，當(dāng)連續(xù)三個(gè)月沉降差值不大于2 mm時(shí)，方可鋪筑路面。否則，應(yīng)延長預(yù)壓時(shí)間(見圖2)。

3.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

根據(jù)試夯試驗(yàn)所總結(jié)出來的有效加固深度和影響深度，控制整個(gè)夯擊過程的質(zhì)量；有效加固深度和影響深度一般采用最后兩擊的夯沉量平均值，平均值不大于10 cm，且最后一擊的夯沉量也不大于10 cm，以此數(shù)據(jù)來控制夯擊的質(zhì)量，同時(shí)目測夯坑周圍地面無大的鼓起，且不會出現(xiàn)因夯坑過深而導(dǎo)致起錘困難的現(xiàn)象。

3.4 施工注意事項(xiàng)

1)點(diǎn)夯的定位確定。為確保置換質(zhì)量，施夯前在需處理地基周圍設(shè)2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，分別為永久性平面控制點(diǎn)和高程控制點(diǎn)，以便在施工過程中及時(shí)檢查校核。

2)片石墩垂直度控制。首先夯擊過程中確保垂直施夯，提起時(shí)與地面垂直，施夯時(shí)夯錘垂直落下，不傾斜；其次保證填料級配均勻，填筑后需整平。

3)靜置時(shí)間的控制。每遍強(qiáng)夯結(jié)束后需靜置一定時(shí)間，靜置時(shí)間以強(qiáng)夯形成的孔隙水壓力消散90%為準(zhǔn)。

4 結(jié)語

濕陷性黃土地基處理，需選擇適宜的處理方法。本工程實(shí)踐表明，強(qiáng)夯置換法對濕陷性黃土地基處理效果顯著，可消除地基土液化，提高濕陷性黃土地基承載力。