易代紅

(湖南環(huán)達公路橋梁建設(shè)總公司)

1 引 言

強夯法處理路基是 20世紀(jì) 60年代末由法國Menard(梅納)技術(shù)公司首先創(chuàng)用的。它是將 10～40t的錘從 6～40m的高處自由落下,對路基土施加很大的沖擊能,從而達到提高路基土的強度并降低其壓縮性的目的。

強夯法所用設(shè)備簡單,效果直觀,可適合于房建、橋涵、道路、港口、碼頭、機場和大型設(shè)備基礎(chǔ)等工程,且具有加固速度快、效果好、投資省的特點,是當(dāng)前最經(jīng)濟而簡便的地基加固方法之一。

2 強夯作用機理

強夯法加固機理研究主要側(cè)重于夯擊能對路基土所產(chǎn)生的作用及其在路基土體中的傳遞過程。強夯時巨大的沖擊能作用于地基土上,在地基土中產(chǎn)生振動波。起加固作用的波主要有縱波和橫波。在施行強夯時,重錘由高處自由落下,產(chǎn)生強大的動能作用于地基土,由動能變成波能,從震源向深層擴散,能量釋放于一定范圍內(nèi)的地基中,使土體得到不同程度的壓密加固。橫波的存在使土體表層松動,縱波的存在,對土體起壓密加固作用。

從加固機理與作用看,強夯法加固路基的機理按路基土的類別可分為動力夯實、動力固結(jié)、動力置換 3種情況,其共同特點是通過破壞土的天然結(jié)構(gòu)并達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。強夯夯擊能量所產(chǎn)生的沖擊波和動應(yīng)力在土中傳播,使顆粒破碎或使顆粒產(chǎn)生瞬間的相對運動,土體孔隙中的氣體迅速排出或壓縮,孔隙體積減少,從而使路基土形成較密實的結(jié)構(gòu)。

在本工程中,主要是土內(nèi)空氣排出,使顆粒間孔隙減少,屬于動力夯實。

3 工程實例

3.1 工程概況

承朝高速公路屬燕山地槽與內(nèi)蒙古高原過渡區(qū),境內(nèi)地形復(fù)雜,山脈縱橫,河流交錯。所轄第七合同段全段填土方高度 4～10m,不良地基主要有軟基、地基采空區(qū)、雞爪溝地形地基及半填半挖地基。路基填料為粉砂土、砂性土、碎石土,填土具有孔隙率大,含水量較大等特點。由于該高速公路地處北方,早晚氣候溫差大,風(fēng)砂大,填料含水量不易控制;填土路基易工后下沉、為防止出現(xiàn)路基病害,決定對K24+250～K31+500段填土高度大于 4m已填至 94區(qū)頂填方段進行強夯補強處理。

3.2 施工工藝

(1)強夯施工參數(shù)

強夯法主要施工參數(shù)有效加固深度、夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、遍數(shù)間隔時間、夯擊點布置等。

采用強夯法施工時,夯擊能量的確定主要是依據(jù)地質(zhì)條件、施工條件和工程使用要求,目前無成熟的計算方法。

在承朝高速公路中,為了防止土基下沉,對于大于 4m的已填至 93區(qū)頂填方段重新進行了強夯補強;現(xiàn)場選用了W1001型 20t夯機,夯擊采用了點夯和滿夯兩種方式;強夯夯錘重為 18t,夯錘落距為 6m,夯擊能為 1080kN·m;夯錘底直徑為 2.5m,夯擊次數(shù) 7下;夯點布置具體見圖 1所示。

圖 1 夯點布置示意圖

(2)施工步驟及流程

①平整場地,推土機推平,25t振動壓路機碾壓 2遍。

②測量放樣,用全站儀放出路基的中線,用白灰實地標(biāo)出夯點位置。

③測量場地高程。

④現(xiàn)場測定原狀土樣的壓實度。

⑤起重機就位,使夯錘對準(zhǔn)夯點位置。

⑥將夯錘起吊到 6m高度,夯錘自由下落,測量錘頂高程。

⑦重復(fù)上述步驟(4),完成一個夯點的夯擊,做好有關(guān)記錄,同時檢測坑內(nèi)壓實度。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計調(diào)整夯擊次數(shù)。

⑧換夯點,重復(fù)上述步驟(3)～(5),收集數(shù)據(jù)和統(tǒng)計,適時調(diào)整施工工藝。

具體工序流程圖見圖 2所示。

圖 2 強夯施工工序流程圖

3.3 停夯標(biāo)準(zhǔn)

國家《建筑地基處理技規(guī)范》規(guī)定:當(dāng)單擊夯擊能小于4000kN·m時,最后兩擊的平均夯沉量不大于 5cm;夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大隆起;不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難,一般夯擊次數(shù)為 8擊,在本實例中,夯擊次數(shù)采用 7擊,其余采用上述標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 夯擊效果及數(shù)據(jù)分析

夯擊效果的好壞直接決定方案是否可行,實際工作中也需要根據(jù)效果好壞來調(diào)整各項施工參數(shù)。檢驗夯擊效果試驗方法主要有夯沉量統(tǒng)計、彎沉值試驗、壓實度試驗(或干密度)、承載力和觸探測試試驗等。在本實例中,為了保證經(jīng)濟合理,選取了夯沉量和壓實度兩項指標(biāo)進行數(shù)據(jù)分析。

(1)夯沉量試驗與分析

為了確定適宜的夯擊次數(shù),評價夯擊效果,試驗中選取了 10個夯點進行夯擊試驗,并進行了夯點沉降量觀測與記錄,以其平均值夯沉量為縱坐標(biāo),夯擊次數(shù)為橫坐標(biāo),作了沉降曲線,具體如圖 3所示。

圖 3 夯沉量與夯擊次數(shù)曲線圖

從圖上可以看出:①單擊夯沉量有開始小再變大又逐漸變小的規(guī)律;②前面幾次夯沉量較大,而后變小;③夯擊次數(shù)達到 6次以后,平均夯沉量會小于 5cm。

(2)壓實度檢測與分析

實際工作中,選取 10點進行了夯擊前和夯擊后的壓實度檢測,檢測采用 φ15cm灌砂筒,并對數(shù)據(jù)進行了比對,具體見表 1。

表 1 夯擊前后壓實度對比

結(jié)果發(fā)現(xiàn),路基壓實度明顯得到了提高,壓實度值平均提高了 5.0%,夯后壓實度均超過了 98%完全符合規(guī)范要求。

4 結(jié)束語

從試驗結(jié)果看出,強夯法對于 94區(qū)頂填土路基補強取得了很好的效果。目前,路基已交驗完畢,未出現(xiàn)下沉,說明該法對防止工后下沉有重要作用,對類似工程具有一定的借鑒意義。但由于巖土體本身的復(fù)雜性和各種工程項目的特殊性,強夯加固效果的評價、加固機理、加固設(shè)計參數(shù)、夯點的合理布置以及施工質(zhì)量的管理與控制仍然需進一步探討。

[1]《地基處理手冊》編定委員會.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.

[2]蔣洋,孫文彬,等.填方路基強夯加固效果及影響因素研究[J].工程勘察,2007.

[3]張愛卿,單煒,等.強夯在新舊路基結(jié)合處處理技術(shù)的研究[J].北方交通,2009.

[4]胡振南,王桂堯,等.強夯法處理石灰?guī)r碎石路基試驗研究[J].公路交通科技,2006.

[5]向文俊,劉愛蘭,等.改良土二次摻灰工藝的石灰劑量檢測方法[J].河海大學(xué)學(xué)報,2004,32(3):313-315.

[6]高一峰,柴賀軍,等.土石混填路基強夯壓實試驗研究[J].公路交通技術(shù),2003,20(3):8-11.