高填方路基試驗段強夯施工研究

鞏吉桓

(中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇 無錫 214000)

1 高填方路基試驗段概況

鐵路施工標(biāo)段路基里程DK358+000～DK361+255，全長3 255 m，其中含大橋長430.55 m，中橋長91.43 m。主要工程內(nèi)容包括開挖土石方總量882 776 m3，其中車站開挖土石方660 885 m3，區(qū)間開挖土石方總量221 891 m3；填方總量315 998 m3，其中站場填方總量87 083 m3，區(qū)間填方總量228 915 m3。總體地形上中間高，南北兩側(cè)低，最高點位于場區(qū)中北部，高程235. 76 m，最低點為江邊，高程為131.40 m，相對高差大。西北側(cè)地形起伏較陡，一般地形坡腳5°～25°，局部有巖質(zhì)陡坎；中部及南側(cè)地形起伏較緩，一般0°～8°。路基所在地屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，熱量豐富，降水充沛，光照不足，四季分明。多年平均氣溫18.l ℃，極端最高氣溫42.2 ℃，極端最低氣溫-2.7 ℃，平均最高氣溫34.2 ℃，最熱月平均氣溫28.6 ℃，最冷月平均氣溫7.1 ℃。多年平均降雨量1 072.3 mm，歷年最多降雨量為1 363.4 mm。該場地屬高回填區(qū)域，回填料主要以頁巖、砂巖為主，回填分布不均勻，自然承載力很低，容易發(fā)生沉降，須采用強夯進行加固處理，以提高路基承載力，消除路基沉降。強夯試驗段施工采用機械見表1。

表1 施工采用機械表

2 高填方路基試驗段強夯施工

強夯是采用強夯施工機械對土體施加高能量從而夯實土體的一種方法，強夯施工機械主要由起重機械、鋼絲繩、吊鉤、夯錘等設(shè)備組成。強夯施工時，起重機械吊起十幾噸甚至幾十噸的夯錘，把夯錘從幾米甚至幾十米的高度放下，夯錘在重力作用下瞬間給路基巨大的沖擊能量，在路基中形成強大的沖擊波，進而對土體產(chǎn)生巨大的沖擊力，使土顆粒重新排列，土的孔隙體積減小，并使得夯擊點周圍土體出現(xiàn)液化產(chǎn)生裂縫，土體孔隙中的氣體和水通過裂縫形成的通道排出，土體發(fā)生固結(jié)密實，從而提高路基承載力[1-2]。結(jié)合路基填筑高度及路基現(xiàn)場實際情況，本工程采用夯擊能3 000 kJ的強夯機械施工。

(1)強夯施工前，應(yīng)選擇具有代表性的小范圍填土較厚地塊進行試夯。對強夯試夯地塊的夯錘震動影響范圍、各夯錘沉量、沉降量、填土密實度等強夯效果進行現(xiàn)場檢測，并對照路基施工要求，優(yōu)化和調(diào)整強夯的夯擊間隔時間、夯擊遍數(shù)、收錘標(biāo)準(zhǔn)、單點夯擊次數(shù)、夯點間距等強夯施工參數(shù)，為后續(xù)開展路基試驗段強夯施工提供施工工藝及參數(shù)依據(jù)[3-4]。施工過程中發(fā)現(xiàn)強夯實際填料與填方路基填土存在明顯差異時，應(yīng)換用與路基一樣的填料重新進行強夯試驗。

(2)經(jīng)試夯后確定高填方強夯試驗段夯點布置見圖1，強夯遍數(shù)為三遍，第一遍、第二遍采用點夯，夯點采用間距為6 m的正方形布置，采用重20 t夯錘，錘徑Ф2.2 m，落距為15 m，夯擊能為3 000 kJ，夯擊次數(shù)為11次；第三遍采用滿夯，夯擊次數(shù)為2次。第一遍夯擊完畢后，采用裝載機倒土，推土機找平的方式回填夯坑，并將夯坑周圍土體推至坑內(nèi)，使夯坑內(nèi)土體比周圍土體高50～100 mm。碾壓采用重型振動壓路機震動平整壓實[5]。通過對夯擊間隔時間對強夯效果影響的研究發(fā)現(xiàn)，夯擊能消散較快，夯擊間隔時間對強夯效果影響小。因此，第一遍強夯后直接進行第二遍點夯，夯點設(shè)置在第一遍夯點的正中間，間距為6 m。第二遍強夯后直接進行最后一遍滿夯，滿夯應(yīng)控制好夯點間距，保證兩次夯錘重疊達到夯錘直徑的一半。常規(guī)壓實路基與高填方強夯路基的過渡夯區(qū)點夯夯擊能為1 500 kJ，采用重20 t夯錘，錘徑Ф2.2 m，落距為7.5 m。

圖1 強夯施工夯點布置圖

(3)高填方路基強夯施工流程。①施工放樣、測量。按照強夯夯點布置圖，先對夯點進行編號，再在現(xiàn)場根據(jù)夯點的設(shè)計中心位置用打小木樁或散石灰方法定出夯點位置，保證現(xiàn)場夯點與設(shè)計夯點的位置偏差不超過5 cm。為測試各夯點中心的標(biāo)高，在不受強夯影響的地方設(shè)置測量用水準(zhǔn)點。為測量夯點周邊土體隆起及夯坑的夯沉位移情況，選2～3個夯點，在選擇的夯點四周設(shè)置4～5個高程測量點。點夯、滿夯施工采取由路基中線依次向路基兩邊的順序進行。②第一遍點夯施工。夯實施工前，應(yīng)先測量好夯錘頂標(biāo)高，起重機就位后夯錘對準(zhǔn)夯點，把夯錘往上提升到離路基頂面15 m高度時，停止提錘至夯錘不擺動時，落下脫鉤，使夯錘自由下落。如發(fā)現(xiàn)夯錘傾斜落入夯坑中，且傾斜度大于20°時，應(yīng)用土填平夯坑后才能進行后一次夯實施工[6]。對最后兩次夯實的夯沉量進行測量，保證兩次的平均夯沉值不大于5 cm，周邊土體隆起高度不超過10 cm。對常規(guī)壓實路基與高填方強夯路基的過渡夯區(qū)，夯錘往上提升離路基頂面的距離為7.5 m。③夯坑回填及第二遍點夯施工。第一遍點夯施工完成后，用裝載機倒土，推土機將夯坑四周土體推至坑內(nèi)，使夯坑內(nèi)土體比周圍土體高50～100 mm，用大型振動壓路機對夯區(qū)土體進行壓實。再采用第一遍點夯同樣的施工方法進行第二遍點夯施工，完成后再按第一遍回填方法進行夯坑回填。④第三遍普夯，每個點擊實2次，按滿夯一夯壓半夯考慮，即相鄰兩次強夯的錘印應(yīng)搭接二分之一，將場地夯實。

3 高填方路基試驗段強夯效果檢測

為分析強夯擊實效果，采用水平儀對測點的夯沉量進行測定，結(jié)果見圖2～圖6。為檢測強夯對路基承載力和夯實深度的影響效果，第三遍普夯完成后，隨機選取3處夯點進行地基承載力及瑞雷波面波試驗，試驗結(jié)果見圖7和表2。

圖2 同一測點強夯次數(shù)與平均夯沉量的關(guān)系曲線

圖3 同一測點強夯次數(shù)與總夯沉量的關(guān)系曲線

圖4 點夯最后兩次擊實平均夯沉量

圖5 點夯總夯沉量

圖6 第三遍強夯測試結(jié)果

圖7 路基承載力試驗荷載與位移關(guān)系曲線

由圖2可知，強夯次數(shù)小于10時，同一測點平均夯沉量隨夯擊次數(shù)的增加逐步減小，在次數(shù)為10時，達到最小；由圖3可知，同一測點總夯沉量隨夯實次數(shù)的增加逐漸增加，但增加量逐漸減?。挥蓤D4～圖6可知，點夯最后兩次夯擊的平均夯沉量均小于5 cm，隨著夯擊遍數(shù)的增加，各測點的夯沉量逐漸趨于平穩(wěn)，土體第三遍強夯的總夯沉量均小于10 cm。由圖7得到路基承載力均大于400 kPa，由表2得到夯擊能影響深度均大于8 m；強夯后路基土的物理力學(xué)性質(zhì)已有明顯改善，路基承載力及強夯影響深度均滿足高填路基強夯施工要求。

表2 瑞雷波檢測結(jié)果

4 結(jié) 論

該鐵路施工段高填路基采用的開山石料回填料滲透性較好，夯擊能消散較快，強夯施工可連續(xù)進行。點夯夯錘重為20 t，錘徑Ф2.2 m，點夯2遍，夯點間距為6 m，落距15 m，每點夯擊10擊。第一遍夯擊完成并夯坑回填好后即可進行第2遍點夯施工。完成第二遍點夯及夯坑回填后即可進行滿夯施工，滿夯夯錘重20 t，滿夯夯擊1遍，夯點間距為每夯按錘徑壓半夯，落距15 m，每點夯擊2擊。常規(guī)壓實路基與高填方強夯路基的過渡夯區(qū)，點夯夯擊能為1 500 kJ，采用重20 t夯錘，錘徑Ф2.2 m，落距為7.5 m。采用試驗段確定的強夯施工參數(shù)及流程，安全高效地完成了該高填方路基段的強夯施工，壓實度、承載力等各項路基施工質(zhì)量控制指標(biāo)均滿足規(guī)定要求，表明該強夯施工方法是成功的，可在同類工程中推廣使用。