粵東山區高液限土路堤強夯處理試驗研究

王宏權

(廣東省南粵交通投資建設有限公司，廣東 廣州 510000)

強夯法作為常見的地基處理方法之一，在道路工程中廣泛應用。吳發展[1]等開展了寶坪高速硬質隧道棄渣填筑的路堤試驗段強夯施工技術研究來確定強夯施工參數。王剛[2]開展了強夯3 000 kN·m夯擊能的軟弱地基加固處理效果檢測，得到了有效加固深度。王釹承[3]利用Abaqus軟件建立了夯錘-路基模型，通過分析路基內部動應力響應及位移法分布，得到了2 000 kN·m的土石混合料路基強夯施工控制參數。劉建華[4]開展了高液限紅黏土填方路基試驗研究，總結了強夯前后填土物理力學性質及抗剪強度變化規律。郭偉林[5]等闡明了強夯加固飽和黏性土的機理，祝磊[6]等對公路拓寬路基試驗段內的1 000 kN·m強夯夯沉量、孔隙水壓力變化進行了研究，得到了夯擊遍數的間隔時間。許美旗[7]等介紹了強夯法在市政道路軟土路基處理中的應用情況，蒙建強[8]針對廣西高速公路填土路堤開展了1 200 kN·m強夯試驗研究，呂建兵[9]介紹了廣東東莞軟基強夯加固施工工藝，總結了強夯加固軟土機理。沈斌斌[10]基于PLAXIS軟件探究了強夯作用下路基土的變形規律，并提出了強夯作用下路堤水平位移抑制措施。馮美碩[11]開展了山區高填方路基強夯追密試驗，研究了不同夯擊能下夯錘周邊土體產生隆起的差異和夯擊基數與夯沉量之間的關系。鄧通發[12]等開展了黏性土地基強夯地面變形的模型試驗研究，建立了夯坑深度與所取得的土質參數和施工參數間的相關方程。

1 計算參數的選取

該高速公路位于粵東山區，中低山地貌區夾山間洼地，沿線高液限土廣泛分布，主要以全風化、強風化燕山期花崗巖坡殘積土為主。根據勘察成果，土體物理力學參數見表1。

表1 土體物理力學參數表

2 強夯施工技術參數

2.1 施工機械

采用帶自動脫鉤裝置的履帶式起重機，點夯采用20 t重圓形夯錘，直徑1.2 m；滿夯采用12 t重圓形夯錘，直徑2.0 m，底面設置4個與頂面貫通的排氣孔。

2.2 夯點布置設計

點夯夯點按正方形布置設計，間距6 m，夯擊遍數為2遍，第1遍與第2遍夯點布置整體呈梅花型。滿夯夯點間距1.5 m，夯擊遍數為2遍。

2.3 點夯施工

首先按照試驗方案進行夯點布置放樣，夯點位置應清晰、準確，錘位偏差不得超過5 cm，夯點需記錄、編號，并對各個夯點夯前標高進行準確測量，作為強夯施工前后各測點沉降量的基準值。點夯施工前，應選取一定數量的夯點，進行夯前壓實度檢測。

點夯夯擊能擬采用1 000 kN·m、2 000 kN·m和3 000 kN·m三個等級，夯錘對應落距分別為5 m、10 m和15 m；現場在強夯機鋼絲繩上方分別用長鋼卷尺量取夯擊需提升的高度，并做好紅色標記。

(2)試驗段點夯夯擊方案

現場選取K106+272～K106+294段左幅典型高液限土路堤做為點夯試驗段，試驗段區域大小為22 m×22 m。

點夯第1遍共16個夯點，其中：1#～4#點(縱向第1排)夯擊能采用1 000 kN·m，5#～8#點(縱向第2排)夯擊能采用2 000 kN·m，9#～16#點(縱向第3～4排)夯擊能采用3 000 kN·m；點夯第2遍共9個點，A點、B點和C點(縱向第1排)夯擊能采用1 000 kN·m，D點、E點和F點(縱向第2排)夯擊能采用2 000 kN·m，G點、H點和I點(縱向第3排)3 000 kN·m。

(3)終錘標準

點夯擊數應根據現場試驗段得到的夯擊擊數和夯擊沉量關系曲線確定，試驗段終錘標準主要滿足下列條件：

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①最后兩擊的平均夯沉量不應大于50 mm；

②夯坑周圍填筑面不應有大的隆起；

③不應因夯坑過深而發生提錘困難。

點夯應自中間向兩側依次施工，施工過程應記錄每個夯點的夯擊次數和沉降量，達到收錘標準后，進行坑底清理并開展坑底壓實度檢測；第一遍夯擊施工完成后，進行場地平整，填平夯坑并進行碾壓壓實后，進行第二遍夯擊。第二遍點夯施工結束后，重復第一遍步驟完成夯坑的填平及場地的平整、碾壓工作后，測量點夯施工結束后路堤頂面場地標高。

點夯結束后，選取不同夯擊能下的夯點坑底壓實度檢測結果，并與夯前壓實度進行對比，見表2。

表2 點夯前后壓實度對比表

從表2可以看出，不同夯擊能下，點夯施工結束后，單個夯點之間壓實度提高值差別不大，相差基本在1%左右；點夯第一遍各點壓實度提高均不低于2.8%，試驗段壓實度平均提高約3.2%；點夯第二遍各點壓實度提高均不低于2.9%，試驗段壓實度平均提高約3.1%；點夯第一遍和第二遍施工結束后，試驗段整體壓實度平均提高3%。

同時，點夯施工結束后，選取不同斷面路堤頂面標高測量結果，并與夯前標高進行對比，見表3。

表3 點夯夯點沉降表

從表3可看出，點夯結束后，場地經平整碾壓再壓實后，路堤頂面總體沉降在35～36 cm，路基整體壓實效果得到進一步提升。

2.4 滿夯施工

點夯施工完成后進行滿夯施工。滿夯夯擊能采用1 000 kN·m，滿夯夯錘重12 t，夯錘落距為10 m。滿夯與點夯施工工藝基本一致，滿夯錘印彼此搭接50 cm，以最后兩擊的夯沉量小于50 mm作為收錘標準，滿夯布置圖如圖1所示。

圖1 試驗段滿夯布置方案

滿夯施工過程中，應詳細記錄夯點夯擊次數、夯沉量、壓實度等數據，滿夯完成后，并在點夯夯點對應位置處，對夯擊面3.5 m深度內路基填土進行壓實度檢測。

滿夯結束后，選取不同位置夯點坑底及坑底下3.5 m內壓實度檢測結果進行分析，見表4。

通過對比表2和表4可以看出，滿夯施工結束后，試驗段路堤壓實度較點夯結束后均有所提升，滿夯結束后，試驗段路堤頂面整體平均壓實度在98%以上；同時，點夯和滿夯施工結束后，試驗段路堤頂面3.5 m范圍內路基壓實度也得到加強，平均壓實度不低于96%。

表4 滿夯后壓實度檢測表 單位：%

滿夯施工結束后，選取不同斷面路堤頂面標高測量結果，并與夯前標高進行對比，見表5。

從表5可以看出，滿夯施工結束后，試驗段路堤頂面總體平均沉降在16 cm左右。

表5 滿夯后沉降測量表

2.5 夯沉量與夯擊次數關系

點夯和滿夯各遍施工結束后，通過測量不同夯擊能下和不同夯擊擊數下的路堤沉降差，繪制夯擊沉降差與夯擊次數關系曲線，如圖2～圖5所示。

從圖2和圖5可以看出，隨夯擊擊數和夯擊遍數的增加，單點夯擊沉降差逐漸減小，且夯擊沉降差與夯擊能呈正相關，夯擊擊數與夯擊能呈負相關。

圖2 點夯第一遍夯擊沉降差

圖3 點夯第二遍夯擊沉降差

圖4 滿夯第一遍夯擊沉降差

圖5 滿夯第二遍夯擊沉降差

點夯夯擊擊數在4～6次時，基本達到終錘標準，其中3 000 kN·m夯擊能下，點夯夯擊擊數為4擊；2 000 kN·m夯擊能下，點夯夯擊擊數為5擊；1 000 kN·m夯擊能下，點夯夯擊擊數為6擊。

同時，滿夯夯點夯擊沉降差隨夯擊遍數和夯擊擊數的增加，單點夯擊沉降差也呈逐漸減小趨勢；滿夯擊數為3次時，基本可滿足現場要求，達到收錘標準。

3 路基沉降及位移觀測

路基施工過程中，在K106+280路基斷面位置埋設有中部沉降板，在K106+290左側路基平臺上埋設有位移邊樁，位移邊樁距離坡腳1 m。

路基填筑和強夯施工過程，每周定期開展路基沉降觀測和位移監測，如圖6和圖7所示，現場實測沉降、位移觀測結果表明，強夯施工期(2019年9月下旬至2019年10月下旬)路基沉降和位移均呈現增大趨勢，但路堤總體處于穩定狀態，施工結束后，路基沉降和位移整體趨于穩定。

圖6 累計沉降曲線圖

4 結 論

(1)點夯第一遍和第二遍夯點壓實度和路堤整體壓實度提高差別不大，單點夯點壓實度提高均在2.8%以上，路堤整體壓實度平均提高3%以上。強夯后路堤頂面3.5 m范圍內壓實度得到加強，平均壓實度不低于96%。

(2)點夯結束后，路堤頂面總體沉降在35～36 cm左右；滿夯施工結束后，試驗段路堤頂面總體平均沉降在16 cm左右。強夯施工期路基沉降和位移均呈現增大趨勢，但路堤總體處于穩定狀態。

(3)隨夯擊擊數和夯擊遍數的增加，滿夯和點夯單點夯擊沉降差逐漸減小；點夯夯擊沉降差與夯擊能呈正相關，夯擊擊數與夯擊能呈負相關。

(4)點夯擊數在4～6次時，基本達到終錘標準，3 000 kN·m夯擊能下，點夯擊數可為4擊；2 000 kN·m夯擊能下，點夯擊數可為5擊；1 000 kN·m夯擊能下，點夯擊數可為6擊。滿夯擊數為3次時，基本達到終錘標準。