强夯法在湿陷性黄土基底处理中的应用研究

李 本 鹏

(山东省交通规划设计院有限公司，山东 济南 250000)

我国的高速公路经历着飞速的发展和深刻的变革，截至2019年，中国公路总里程已达484.65万km、高速公路达14.26万km，居世界第一；“十三五”期间全国高速公路将新增通车里程4.6万km，2020年高速公路通车里程将达16.9万km，增长率为37%。70多年来，中国公路交通总体上经历了从“瓶颈制约”到“初步缓解”，再到“基本适应”经济社会发展需求的发展历程，一个走向现代化的综合交通运输体系正呈现在世界面前。根据《山东省高速公路网中长期规划(2014—2030年)调整方案》，山东省将形成“九纵五横一环七连”高速公路网布局，总里程约8 830 km。提出以青岛至夏津(鲁冀界)高速公路支线形成“济南绕城高速二环线”，同时明确2020年建成济南绕城高速二环线东环段。

1 项目概况

济南大东环项目路线起自济青高速的唐王枢纽立交，顺接济南绕城高速公路二环线北环段青银高速；路线终点位于曹范互通接京沪高速，并顺接规划济南绕城高速公路二环线南环段。本项目作为济南绕城高速二环线的组成路段，同时兼有京沪高速公路济南东绕城并行线功能，其建设对优化、完善区域路网布局，满足城市“东拓”战略发展需求，强化新旧动能转换先行区与济南东部城区连接，消除京沪高速济南段的交通瓶颈，发挥路网整体效益，促进区域经济及社会发展具有重要作用。路线全长23.594 km，全线主线共设桥梁4 133.62 m/12座，其中特大桥1 482.5 m/1座，大桥2 319.12 m/5座，中桥332 m/6座，共设涵洞34道；互通立交6处，其中枢纽互通2处，一般互通4处；分离立交10处，其中与铁路交叉3处，与公路交叉7处；共设通道桥8座；服务区1处、养护工区1处、监控通信分中心1处、匝道收费站4处，章丘连接线1处。

2 湿陷性黄土路段地质概况

根据地勘报告，本项目沿线K13+055～K13+300，K13+600～K13+850，K15+900～K16+900，K19+400～K23+100，局部分布一层3.0 m～5.8 m厚度的黄土层，通过调查周边工程黄土层湿陷性试验，湿陷性系数δs为0.016～0.107，湿陷性轻微～中等，湿陷起始压力20 kPa～186 kPa；该层黄土部分具湿陷性，湿陷等级为Ⅰ级～Ⅱ级[1]。

高速公路、一级公路通过湿陷性黄土和压缩性较高的黄土地段时，可根据路堤高度、受水浸湿的可能性、湿陷后危害程度和修复的难易程度，按表1确定湿陷性黄土地基最小处理深度。

表1 湿陷性黄土地基最小处理深度

3 强夯法施工

济南市位于季节性流水地区，对于Ⅰ级～Ⅱ级非自重性湿陷性黄土，要求地基处理最小深度为0.8 m～2 m。因此，对湿陷性黄土路段路基段地基表层处理采用强夯，对于距离村庄较近(<120 m)不能采用强夯处理的路基段，选用25 kJ三边形冲击压路机，清除表土后冲击碾压20遍，压实度不小于90%。冲击压实遍数推荐值10遍～20遍，具体遍数应根据试验段确定，若不能达到压实度要求，需增加压实遍数[3]。

1)横向处理范围：处理至路基坡脚外侧3 m处。

2)参考参数：强夯开始正式施工前，应根据初步确定的参数，在现场选择有代表性的地段进行试夯，根据试夯结果及时调整强夯的各项参数。a.单击夯击能。夯锤选用重量10 t、底面直径2.25 m的圆柱形铸铁或在钢壳内填充混凝土制成的锤，单击夯击能为1 500 kN·m。b.夯击遍数及夯点布置。施工时，分3遍夯实，第1遍，2遍为点夯，夯点呈正方形分布，夯点间距6.0 m；第3遍为满夯，夯点彼此搭接1/4连续夯击，目的是加固表层，夯击能为800 kN·m。按由内向外逐点的原则，先夯击路中线处的夯点，然后平行于路中线由内向外向路两侧夯击，完成强夯区域全部夯点的施工。点夯时，应对每一夯点的夯击能、夯击次数、每次夯击的沉陷量等进行量测和记录。夯击时夯坑周围地面不应发生过大的隆起，不应因夯坑过深而发生起锤困难。c.单点击数。夯击次数应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定。单点击数参考值为：第1，2遍点夯为8次夯击，第3遍为2次夯击。d.强夯收锤标准。止夯条件为满足下列条件之一：最后2击平均夯沉量不大于5 cm，夯坑周围地面不发生过大的隆起，不因夯坑过深而发生起锤困难。e.间歇时间。两遍夯击间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间，以超孔隙水压力消散75%以上所需时间为两遍夯击的间歇时间。根据有关实测资料，对渗透性较小的粘性土地基，间歇时间宜取3周～4周。本项目地基土层多为粉土、粉质粘土、粉砂、细砂，渗透性相对较大，间歇时间应不低于3 d，施工时根据试夯参数最后确定。第二遍夯击结束后，根据孔隙水压力的检测结果确定点夯与满夯之间的间隔时间[2]。

3)地基承载力要求：强夯完成一个月内应对地基承载力进行检验，一般不小于220 kPa，不符合设计要求时应补夯。K22+340～K22+581湿陷性黄土路基网格化处理及湿陷性黄土路基试夯见图1，图2。

4 强夯止夯标准探究

在项目强夯试夯过程中，出现了最后两击的平均沉降量大于5 cm、最后两击反弹值较大等情况，对于强夯的止夯产生影响，具体情况如表2所示。

表2 原地面部分夯实记录表

为消除最后两次夯击平均沉降量反弹对止夯的影响，项目办组织施工二标在该路段进行了两种方案的试夯试验：第一种，填筑0.5 m建筑垃圾砾料后进行强夯试夯作业；第二种，填土2.0 m后再进行强夯试夯作业如表3，表4所示。

表3 0.5 m填筑建筑砾料试夯记录表

表4 2.0 m填土后试夯记录表

湿陷性黄土路基在填筑0.5 m建筑垃圾砾料后，最后两击平均夯沉量满足不大于5 cm止夯条件，填土2.0 m的方案，最后两击平均夯沉量较大，且仍存在反弹现象，证明采用0.5 m建筑砾料进行回填强夯的湿陷性黄土路基基底处置方式是可行的。

5 结语

强夯结束后，大东环项目办对处理后的该段路基进行了静载试验检验(见图3)，处理后的路基承载力大于220 kPa，符合设计要求，说明经建筑砾料与强夯组合处理过的地基，可以把上部荷载扩散到下面的下卧层，以满足上部建筑所需的地基承载力和减少沉降量的要求。证明该方法是有效的，质量控制是可靠的，具有在全线推广应用的价值。