强夯补强在高速公路填土路基中的应用

易代红

(湖南环达公路桥梁建设总公司)

1 引 言

强夯法处理路基是 20世纪 60年代末由法国Menard(梅纳)技术公司首先创用的。它是将 10～40t的锤从 6～40m的高处自由落下,对路基土施加很大的冲击能,从而达到提高路基土的强度并降低其压缩性的目的。

强夯法所用设备简单,效果直观,可适合于房建、桥涵、道路、港口、码头、机场和大型设备基础等工程,且具有加固速度快、效果好、投资省的特点,是当前最经济而简便的地基加固方法之一。

2 强夯作用机理

强夯法加固机理研究主要侧重于夯击能对路基土所产生的作用及其在路基土体中的传递过程。强夯时巨大的冲击能作用于地基土上,在地基土中产生振动波。起加固作用的波主要有纵波和横波。在施行强夯时,重锤由高处自由落下,产生强大的动能作用于地基土,由动能变成波能,从震源向深层扩散,能量释放于一定范围内的地基中,使土体得到不同程度的压密加固。横波的存在使土体表层松动,纵波的存在,对土体起压密加固作用。

从加固机理与作用看,强夯法加固路基的机理按路基土的类别可分为动力夯实、动力固结、动力置换 3种情况,其共同特点是通过破坏土的天然结构并达到新的稳定状态。强夯夯击能量所产生的冲击波和动应力在土中传播,使颗粒破碎或使颗粒产生瞬间的相对运动,土体孔隙中的气体迅速排出或压缩,孔隙体积减少,从而使路基土形成较密实的结构。

在本工程中,主要是土内空气排出,使颗粒间孔隙减少,属于动力夯实。

3 工程实例

3.1 工程概况

承朝高速公路属燕山地槽与内蒙古高原过渡区,境内地形复杂,山脉纵横,河流交错。所辖第七合同段全段填土方高度 4～10m,不良地基主要有软基、地基采空区、鸡爪沟地形地基及半填半挖地基。路基填料为粉砂土、砂性土、碎石土,填土具有孔隙率大,含水量较大等特点。由于该高速公路地处北方,早晚气候温差大,风砂大,填料含水量不易控制;填土路基易工后下沉、为防止出现路基病害,决定对K24+250～K31+500段填土高度大于 4m已填至 94区顶填方段进行强夯补强处理。

3.2 施工工艺

(1)强夯施工参数

强夯法主要施工参数有效加固深度、夯击能、夯击次数、夯击遍数、遍数间隔时间、夯击点布置等。

采用强夯法施工时,夯击能量的确定主要是依据地质条件、施工条件和工程使用要求,目前无成熟的计算方法。

在承朝高速公路中,为了防止土基下沉,对于大于 4m的已填至 93区顶填方段重新进行了强夯补强;现场选用了W1001型 20t夯机,夯击采用了点夯和满夯两种方式;强夯夯锤重为 18t,夯锤落距为 6m,夯击能为 1080kN·m;夯锤底直径为 2.5m,夯击次数 7下;夯点布置具体见图 1所示。

图 1 夯点布置示意图

(2)施工步骤及流程

①平整场地,推土机推平,25t振动压路机碾压 2遍。

②测量放样,用全站仪放出路基的中线,用白灰实地标出夯点位置。

③测量场地高程。

④现场测定原状土样的压实度。

⑤起重机就位,使夯锤对准夯点位置。

⑥将夯锤起吊到 6m高度,夯锤自由下落,测量锤顶高程。

⑦重复上述步骤(4),完成一个夯点的夯击,做好有关记录,同时检测坑内压实度。根据数据统计调整夯击次数。

⑧换夯点,重复上述步骤(3)～(5),收集数据和统计,适时调整施工工艺。

具体工序流程图见图 2所示。

图 2 强夯施工工序流程图

3.3 停夯标准

国家《建筑地基处理技规范》规定:当单击夯击能小于4000kN·m时,最后两击的平均夯沉量不大于 5cm;夯坑周围地面不应发生过大隆起;不因夯坑过深而发生起锤困难,一般夯击次数为 8击,在本实例中,夯击次数采用 7击,其余采用上述标准。

3.4 夯击效果及数据分析

夯击效果的好坏直接决定方案是否可行,实际工作中也需要根据效果好坏来调整各项施工参数。检验夯击效果试验方法主要有夯沉量统计、弯沉值试验、压实度试验(或干密度)、承载力和触探测试试验等。在本实例中,为了保证经济合理,选取了夯沉量和压实度两项指标进行数据分析。

(1)夯沉量试验与分析

为了确定适宜的夯击次数,评价夯击效果,试验中选取了 10个夯点进行夯击试验,并进行了夯点沉降量观测与记录,以其平均值夯沉量为纵坐标,夯击次数为横坐标,作了沉降曲线,具体如图 3所示。

图 3 夯沉量与夯击次数曲线图

从图上可以看出:①单击夯沉量有开始小再变大又逐渐变小的规律;②前面几次夯沉量较大,而后变小;③夯击次数达到 6次以后,平均夯沉量会小于 5cm。

(2)压实度检测与分析

实际工作中,选取 10点进行了夯击前和夯击后的压实度检测,检测采用 φ15cm灌砂筒,并对数据进行了比对,具体见表 1。

表 1 夯击前后压实度对比

结果发现,路基压实度明显得到了提高,压实度值平均提高了 5.0%,夯后压实度均超过了 98%完全符合规范要求。

4 结束语

从试验结果看出,强夯法对于 94区顶填土路基补强取得了很好的效果。目前,路基已交验完毕,未出现下沉,说明该法对防止工后下沉有重要作用,对类似工程具有一定的借鉴意义。但由于岩土体本身的复杂性和各种工程项目的特殊性,强夯加固效果的评价、加固机理、加固设计参数、夯点的合理布置以及施工质量的管理与控制仍然需进一步探讨。

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