高填方路基重锤夯击实践分析

刘国红

(阳泉市工程建设监理中心，山西 阳泉 045000)

阳泉市广阳路(平定县西外环路二期)建设工程起点为平定县城西外环路K1 +370.000，由南向北，终点至阳泉市南外环路K6 +284.525，全长4 914.525 m。广阳路采用城市主干路Ⅱ级标准，计算行车速度为40 km/h。路线控制红线宽度60 m，行车道宽2×15 m 八车道。项目沿线主要为中低山区、低洼农田和自然沟壑地形，最高点位于K4 +163 处，海拔820.024 m，最低点位于K6 +260.00 海拔668.908 m，沿线多为黄土覆盖，山谷两侧，有基岩外露，植被稀疏，属于构造剥蚀地貌。沿线有两处高填方地段，K4+657.00～K4 +833.50 和K5 +380.00～K5 +640.00 处，K4 +722.65 处深度21 m，K5 +560.00 处深度18 m。全线填料来源均为挖方地段调配并全部利用。较有代表性的挖方地段土(石)质情况分布为，表层1 m～2 m 范围内分布有杂填土、低液限粉土、低液限粘土、残积土。下层为石炭系泥岩及砂岩。本工程高填方占全线填方工程量90%以上，高填方是整个工程质量控制的重中之重。广阳路是市区与县城的一条主干道路，最大限度的减小工后沉降，是摆在各参建单位面前的最大课题。路基沉降导致路面破坏，是公路在建设和使用过程中最常见的病害之一，高填方路基工后沉降极易发生。工后沉降速度缓慢、延续时间长，甚至在通车两年以后还在下沉，使得路面养护难度增大，每年下沉每年处理，有的单位采用钻孔注浆的办法进行处理，不但费用高，且得中断交通，对湿陷性黄土效果不佳。填方路基的实践证明，对于高填方路基来说，如果采用通常的压实机具和压实标准，路基工后沉降无法避免，而且重锤施工常用于软地基处理，在本次高填方路基施工实践中，使用重锤的冲击能，显著提高路基承载力，增加土体密实度，减小路基工后沉降积累了成功经验。

1 压实标准的确定

1.1 土质条件

全线挖方地段的开挖土全部回填利用，施工时清除表层杂填土和腐殖土后进行。

1.2 当前的压实标准

常见的压实标准为压实度和沉降差两种控制方法，压实度常用于土质填料路基的压实检测控制，颗粒粒径和含量均匀级配的集料，路面结构层也常采用压实度控制。沉降差多用于石质填方路基的压实检测和控制。

1.3 压实标准的确定

根据广阳路的填料情况，开挖出的填料均为不同粒径的块状粒料，为强～中风化泥岩和砂岩。经过机械开挖和倒运，破碎粉状化，表观可视为土石杂填料。同时由于地质条件限制，无法准确界定和分离土、石填料。只对块状泥岩和砂岩作了饱水强度试验。如果采用压实度法控制，存在几大问题:1)由于石质颗粒间隙较大，导致传统灌砂法测量体积不准确，从而影响测点的压实度值。2)随着测点的不同，测量结果存在较大的差异性不能反映路基真实的压实情况。而且对于高填方路基来说，最大隐患就是工后沉降，采用沉降差法控制，较能直观、准确、灵活的反映路基压实状态。

根据JTJ 033—95 公路路基施工规范7.1.1～7.9.5 要求，建设单位、监理单位和施工单位共同参与，在K1 +980～K2 +080 段作了试验段，填料块状石质含量为80%，要求路堤最大压实层厚50 cm，下路床最大压实层厚为40 cm，上路床最大压实层厚为30 cm。因试验段标高位于下路堤，试验段压实层厚确定为50 cm。最大粒径均不超过层厚的2/3。

铺筑时，先用160 推土机粗平，再用BM225-3 型振动压路机静压一遍，再用GR180 型平地机精平。然后按顺路方向呈梅花形均匀布置10 个钢球，然后用BW225-3 型振动压路机振压，测量人员跟踪测量，以同上一次测量数据之差在5 mm 范围内为止，最后用3Y21-24 型收面压光。经取样试验和现场测定10 个点的压实度进行对比，最小压实度为93.65%，最高为96.09%，符合规范要求。试验数据见表1。

2 重锤夯击设备选型与施工

根据设计文件要求，路基填筑深度大于6 m 的区域，要求重夯加固处理路基以保证路基质量要求，为此确定重夯设备参数和施工技术要求。

2.1 参数确定

在重锤的能级的选择上，项目部参考JGJ 79—2002 建筑地基处理技术规范中强夯法的有效加固深度的估值和强夯法创始人梅那提出了如下公式:

其中，M 为夯锤重，t;h 为落距，m。

综合考虑重锤施工现场与周边民房距离，经过计算，采用能量级小、锤击数多、沉降差小的原则，综合确定为500 kN·m，夯锤重50 kN，提升高度为10 m。高填方路基按正常分层碾压，每层500 mm，4 层全面重锤夯击一次，即1 次/2 m。通过试验确定重锤参数如下:锤底直径1.2 m～1.3 m，击数4 击～6 击，并保证最后两击沉降差不大于20 mm，安排专人监督击数，施工中定期或不定期进行沉降差抽检。

施工设备:主机为W1001 型15 t 履带吊2 台，夯锤重4.98 t 2 个。

2.2 重锤夯击施工

测量放线，提前确定锤击点位，白灰撒出点位方格线，设备就位，监理验收后开始夯击。起重机就位后使夯锤对准夯点，起吊到规定高度后放松钢丝绳使重锤自然下落，反复起落，达到试验确定的锤击数。起重机后退，到达下一个夯击点位，保证重锤落点与前一夯点相切。重锤施工试验段沉降观察记录见表1。

表1 重锤施工试验段沉降观察记录

2.3 重锤夯击对地下构筑物的影响

重锤夯点与填方边坡保留1 m 宽度，按照4 m 的距离考虑重锤影响广度，因此距离涵洞、挡墙、地下管网等构造物纵深应大于4 m，见图1。

2.4 填挖结合部位

填挖结合部位是路基最易发生问题的部位，现场采取缩小夯击层的方法，由1 次/2 m 改为1 次/1 m。即正常开挖台阶，正常碾压外，每填至1 m 高度，重夯一次，填挖结合部平台宽度保证3 个夯位的宽度。

图1 重锤夯击示意图

3 工后沉降观测

表2 323 d 累计沉降观测值 mm

竣工1 周后，开始工后沉降观测，表2 反映出，由于高填方路基采用重锤处理，竣工初期，也就是荷载作用初期，主要是受基底沉降和荷载共同作用，压缩变形速率较大。随着作用时间的延长，压缩变形已经完成，主要进行固结沉降，变化趋于缓慢。由于施工时经过重锤处理，初始沉降在施工期间已经基本完成，竣工后，运营阶段的沉降大部分为次压缩沉降，其值小而且速率缓慢。实质上，我们真正关心的是竣工后运营阶段的沉降变形，它直接影响路基、路面的稳定。竣工近1年，路面总沉降最大为68 mm，约为填土总高度的3.2‰，未对路面质量、外观及其他附属工程产生不良影响，行车舒适性也未受影响，取得了较好的预期效果。

4 结论与建议

1)规范规定的填土路基区域压实度要求，主要依据车辆荷载对路面以下一定范围内持力层受力而定。但对于高填方路基，影响路基沉降变形的主要因素是填土本身，它既是承重结构，又是主要荷载。对高填方路基的检测验收数据表明，经过重锤技术处理的高填方路基，填料密度得到显著提高，加快了土体初始沉降和固结沉降，对减少后期路面沉降，保证路基稳定十分关键。所有高填方地段的路基弯沉值全部一次性检测合格。

2)重锤施工速度通常较慢，单台重锤设备每台班夯击面积一般在600 m2～800 m2，因此，应开辟足量的工作面，以保证填方施工与重锤施工有序衔接，交替进行，以提高施工效率。相反，适当延长施工周期，有利于固结沉降的基本完成，本工程实际施工工期是同规模道路工期2 倍。

3)地质情况不良时，尤其是位于山体上部的挖方路段，也可以采取对道路基层进行重锤处理，效果显著。

4)广阳路2012年9月25日竣工通车后，截止目前未见明显病害，实践证明此施工工艺基本满足要求，值得借鉴。