劉淑艷,張振瑋,張健富,魏殿林

(天津市市政工程研究院)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,公路建設(shè)也不斷向山區(qū)延伸。我國(guó)西部及北部山區(qū)地質(zhì)地貌情況復(fù)雜,自然條件差,生態(tài)環(huán)境脆弱,給工程建設(shè)帶來(lái)了較大困難。一方面高填深挖多,路基良性土填料缺乏,工程投資大,工程質(zhì)量控制難;另一方面,路塹開挖產(chǎn)生大量廢棄石方,造成大量植物遭破壞,引起水土流失,惡化當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境,誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。因此,就地取材的碎石土作為路堤填料越來(lái)越普遍。

施工中采用粒徑 10～30cm含量超過 40%的土石混合料不經(jīng)二次破碎,每層 50～60cm鋪筑碾壓 4～5遍后,進(jìn)行強(qiáng)夯施工,對(duì)于控制路基工后沉降具有良好的效果。但用多石料且級(jí)配離散性非常大的土石混合料填筑路基后,常規(guī)路基施工質(zhì)量檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)路基的整體評(píng)價(jià)。根據(jù)多年的強(qiáng)夯施工經(jīng)驗(yàn),總結(jié)了一套基于施工工序控制的超粒徑土石混填料路基強(qiáng)夯施工質(zhì)量控制方法,能有效的保證土石混填路基施工質(zhì)量。

1 強(qiáng)夯施工加固機(jī)理

強(qiáng)夯法是將重型夯錘(8～40t)從很高的落距(5～30m)利用自動(dòng)脫鉤法,使錘自由落下,對(duì)土體產(chǎn)生巨大的沖擊能,強(qiáng)大的沖擊波通過地表迅速到達(dá)一定深度,對(duì)路基材料進(jìn)行擠密,從而導(dǎo)致路基土體產(chǎn)生物理力學(xué)性質(zhì)的一系列變化,路基立即壓縮下沉,從而提高路基的強(qiáng)度并降低其壓縮性,達(dá)到加固路基的目的。其機(jī)理基本是利用重錘高落距產(chǎn)生的高夯擊能給地基一沖擊力,并在地基中產(chǎn)生沖擊波,在沖擊力作用下,夯錘對(duì)上部土體進(jìn)行沖切,土體結(jié)構(gòu)破壞,形成夯坑,并對(duì)周圍土進(jìn)行動(dòng)力擠壓。巨大的能量瞬間釋放產(chǎn)生的壓縮波使土體孔隙水壓力急劇增大,土體局部液化,其強(qiáng)度銳減,隨之在剪切波作用下使土體的原有結(jié)構(gòu)解體,待波消失后,土粒落到一個(gè)新的較穩(wěn)定的位置,同時(shí)有相當(dāng)一部分水排走,從而使土體迅速固結(jié),降低了土體的壓縮性,提高了地基的承載力。如圖 1所示。

圖 1 強(qiáng)夯加固機(jī)理示意圖

經(jīng)過強(qiáng)夯加固后,土體強(qiáng)度提高過程可分為四個(gè)階段：(1)夯擊能量轉(zhuǎn)化,伴隨著對(duì)土體的強(qiáng)制壓縮或振密,其中包括氣體和孔隙水壓力上升;(2)土體液化或土體結(jié)構(gòu)破壞,表現(xiàn)為土體強(qiáng)度的降低或強(qiáng)度的喪失;(3)排水固結(jié)壓密,表現(xiàn)為滲透性能改變、土體裂隙發(fā)展和土體強(qiáng)度提高;(4)觸變恢復(fù)并伴隨固結(jié)壓實(shí),包括部分自由水又變成薄膜水,土體強(qiáng)度繼續(xù)增強(qiáng)。

2 超粒徑土石混填路基強(qiáng)夯施工方案

考慮到土石混填料粒徑較大,均勻性很差,宜離析等特點(diǎn),在振動(dòng)壓實(shí)施工的基礎(chǔ)上為克服超粒徑石料對(duì)壓實(shí)效果的影響,采用強(qiáng)夯方案加速路基沉降,使石塊重新排列,嵌鎖緊密,保證土石混填路基的穩(wěn)定性。

強(qiáng)夯施工之前路基分層鋪筑,每層填筑厚度為 60cm,采用 18t拖式振動(dòng)光輪壓路機(jī)碾壓 2遍,用18t自行式振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓 4遍,連續(xù)填筑七層(總填高 4m左右)時(shí)進(jìn)行一次強(qiáng)夯加固。

圖 2 夯點(diǎn)位置布置示意圖

路基填筑高度達(dá)到 4m后,對(duì)分層填筑的路基進(jìn)行強(qiáng)夯施工,強(qiáng)夯施工參數(shù)為：夯錘重 20t,直徑 2.2m。起吊高度為 10m,夯擊能 2000kN?m,采用大間距兩遍夯的方案,夯點(diǎn)布置如圖 2所示。第一遍夯擊夯點(diǎn)①、②、③、④點(diǎn),即正方形的四角,夯點(diǎn)中心間距為 6m,每點(diǎn)夯擊 10次,但應(yīng)保證最后一次沉降量＜5cm;第二遍夯擊夯點(diǎn)⑤即正方形的中心位置,采用 1600kN?m夯擊能,每點(diǎn)夯擊 8次。強(qiáng)夯采用隔點(diǎn)不隔行進(jìn)行施工,路基邊角處適當(dāng)調(diào)整,夯點(diǎn)距路基邊線 1m處,用低于 1000kN?m夯擊能進(jìn)行夯實(shí) 10次,涵洞上方及兩側(cè) 5m內(nèi)不夯。

3 強(qiáng)夯加固施工要求

(1)人員配置。

一臺(tái)強(qiáng)夯機(jī)為一個(gè)強(qiáng)夯組,如采取機(jī)械連續(xù)作業(yè)人員換班制,共需配備 12人。其中起重機(jī)司機(jī) 2人,起重工 2～6人,測(cè)量和記錄 2人,推土機(jī)司機(jī) 2人。

(2)施工前的準(zhǔn)備工作。

強(qiáng)夯施工前,應(yīng)查明場(chǎng)地范圍內(nèi)的地下構(gòu)筑物和各種地下管線的位置及標(biāo)高等,并采取必要的措施,以免因強(qiáng)夯施工而造成損壞。

(3)試夯要求。

考慮到土石混合料的離散性,在大面積強(qiáng)夯之前應(yīng)進(jìn)行試夯,以驗(yàn)證確定的強(qiáng)夯施工方案是否滿足要求。應(yīng)根據(jù)確定的強(qiáng)夯參數(shù),在施工現(xiàn)場(chǎng)有代表性的場(chǎng)地上選取一個(gè)或幾個(gè)試驗(yàn)區(qū),進(jìn)行試夯或試驗(yàn)性施工,驗(yàn)證不同路段推薦的強(qiáng)夯參數(shù)是否滿足實(shí)際要求。當(dāng)試夯滿足下列條件時(shí),再進(jìn)行強(qiáng)夯施工：①最后兩擊的平均夯沉量不大于 50mm;②夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起;③不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。

(4)施工要領(lǐng)。

強(qiáng)夯施工的合適順序?yàn)橄葍蛇?后中間,即在同一排(橫向)強(qiáng)夯施工時(shí),先施工靠近路肩的夯點(diǎn),再施工中間的夯點(diǎn)。采用上述方法的主要目的是在強(qiáng)夯施工時(shí),通過合理的施工工序,盡量使強(qiáng)夯施工時(shí),先在路堤周邊形成一個(gè)強(qiáng)度較高的側(cè)壁,為后續(xù)的強(qiáng)夯施工提供良好的環(huán)境,提高強(qiáng)夯的處治效果。

4 強(qiáng)夯施工質(zhì)量控制

施工單位在施工過程中應(yīng)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)及施工情況進(jìn)行詳細(xì)記錄。強(qiáng)夯施工過程中應(yīng)有專人負(fù)責(zé)下列監(jiān)測(cè)工作。

(1)開夯前應(yīng)檢查夯錘重和落距,以確保單擊夯擊能量符合設(shè)計(jì)要求。

(2)在每遍夯擊前,應(yīng)對(duì)夯點(diǎn)放線進(jìn)行復(fù)核,夯完后檢查夯坑位置,發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯應(yīng)及時(shí)糾正。

(3)夯沉量檢測(cè)：用水準(zhǔn)儀塔尺,配合小鋼尺測(cè)量。

(4)測(cè)點(diǎn)位置選擇：水準(zhǔn)尺架立點(diǎn)和夯擊點(diǎn)的距離要大于15.0m。

(5)施工工序控制。每一道施工工序都是保證施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié),按規(guī)定施工步驟操作是保證施工順利進(jìn)行的關(guān)鍵。在強(qiáng)夯施工中,應(yīng)嚴(yán)格按圖 3進(jìn)行施工工序控制。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過近 5年的土石混填路基強(qiáng)夯法施工試驗(yàn)研究及應(yīng)用效果,得出以下結(jié)論。

(1)對(duì)超粒徑土石混合料在分層振動(dòng)壓實(shí)的基礎(chǔ)上采用強(qiáng)夯施工能緩解加速路基沉降,使石塊重新排列,嵌鎖緊密,保證土石混填路基的穩(wěn)定性。

(2)強(qiáng)夯施工采用“大間距兩遍夯”的施工方案,保證最后一次沉降量小于 5cm,能夠保證強(qiáng)夯施工的質(zhì)量。

圖 3 分層填筑強(qiáng)夯施工工序

(3)強(qiáng)夯采用隔點(diǎn)不隔行進(jìn)行施工,路基邊角處適當(dāng)調(diào)整,夯點(diǎn)距路基邊線 1m處,用低于 1000kN?m夯擊能進(jìn)行夯實(shí) 10次,涵洞上方及兩側(cè) 5m內(nèi)不夯。

(4)根據(jù)野外施工的特殊性,提出土石混填路堤強(qiáng)夯法施工質(zhì)量控制流程,以保證施工順利進(jìn)行。

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