软岩路基强夯加固

软岩路基强夯加固（共4篇）

软岩路基强夯加固 篇1

根据湖南省南部某高速公路已填筑路基的施工情况来看,由于路基填筑采用的红黏土含水量高、透水性极差,其压实效果不理想。在填筑过程中,拟通过翻晒将路基填料天然含水量降到最佳含水量的±2%的范围内,但效果不明显,而且大部分的路基填筑已有一定高度。为此,提出强夯处治方案进行处理,并通过现场试夯和相应的室内外检测对强夯处治效果进行评价。故有必要对路基强夯处治技术进行较为系统的研究。

1 路基强夯试验及效果检测

1.1 现场强夯试验

现场强夯试验路段选择在K40处B匝道BK0+250～BK0+330共80 m区域,该路段填方路基高度范围6 m～8 m左右,路基顶面宽度为17 m,填方路基填料以红黏土为主。采用正方形布置夯点。本次试验通过结合现场测试和室内土工试验对试夯路基进行检测,以查明红黏土路基的强夯加固效果。

1.2 有效加固深度检测

根据前文钻芯取样室内土工测试试验数据,得到红黏土路基强夯加固前后地基土物理力学性质的变化。强夯前后压实度及压缩模量随深度变化及其拟合情况如图1,图2所示。由图1可得,

强夯有效加固深度为6.502 m。由图2可得,强夯有效加固深度为6.274 m。综合两者,可得夯区Ⅱ-2强夯加固有效深度为6.4 m。

根据夯区Ⅱ-2已知条件有:夯锤重量Q=100 kN,落距H=10 m。按Menard修正公式:

$h=\alpha \sqrt{\frac{Q{\rm H}}{10}}$。

由上式可得修正系数α=6.4。根据国内外多项强夯工程或试验,统计得到α值一般在0.40～0.70之间[1,6]。对比本文测试结果可得,红黏土路基在强夯作用下有较大的加固深度。

1.3 侧向加固范围

现场检测过程中,在夯坑内、夯坑边缘及夯坑之间布置了钻孔点。通过在各钻孔点内进行标准贯入试验和取样,得到路基强夯前后土体性质在深度和宽度方向的变化情况,发现强夯作用下路基的侧向加固范围较小。结合前文对有效深度的检测,得到如图3所示的加固模式。图3中虚线范围为加固范围等效圆柱体,其截面积等同夯锤底面积,高度为有效加固深度。

2 路基强夯加固程度理论研究

2.1 计算原理

地基强夯时,夯锤对土层施加巨大的冲击能量,使地基土体受到很大的冲击并以波的形式传播开来,地基发生强制压缩和振密,从而提高强度,减少沉降等。冲击能量在土中的传播过程是强夯法处理地基的基础,故强夯理论研究可从能量角度出发。

通过室内试验发现,红黏土土体密度与土体压缩模量之间有较好的相关性,如图4所示。

由图4可得拟合公式如下:E=0.031 9e3.064 9ρ。由此可知,当路基土密度达到一定程度后,土体模量显著增长。

土体模量是影响强夯加固效果的一个主要因数。土体颗粒排列紧密程度与宏观物理量——土体模量密切相关,为此,下文拟建立强夯加固效果与土体模量间的关系式。

2.2 公式推导

设锤重为Q,落距为H,夯沉量为Δh,则重锤具有的势能E0为:

E0=QH (1)

由于振动和回弹等损耗,使得能量传播至地基并使其发生变形的能量折减。设折减系数(或效率系数)为η,则冲击能E1为:

E1=ηQH (2)

根据日本学者坂口的研究,折减系数η=0.5～1.0。

另一方面,重锤下落夯实地基,有效加固范围内土体消耗能量。首先,强夯作用下土体加固范围内土体体积变化ΔV为:

ΔV=πR2Δh (3)

其中,R为夯锤半径。根据前文分析,有效加固范围总体积为:

V=βπR2h (4)

其中,h为强夯加固有效深度;β为侧向加固范围扩大系数,取值近似为1。根据前文分析有:

$h=0.64\sqrt{\frac{Q{\rm H}}{10}}$ (5)

地基中单位体积能量消耗w为:

$w=\frac{1}{2}E\epsilon {}_V^2$ (6)

其中,E为地基的模量,本文用压缩模量代替,其大小与土体的密度有关;εV为体积应变,其计算式为:

$\epsilon {}_V=\frac{\text{Δ}V}{V}$ (7)

其中,ΔV=πR2Δh;V=βπR2h。这样,强夯加固范围内地基体积变化吸收的能量E2为:

E2=∫VwdV (8)

通常,工程实践中关注强夯加固范围内地基土体的平均性状。为此,假定强夯加固范围内地基的能量消耗相同,则将式(8)积分得到:

$E{}_2=\frac{1}{2}E\frac{A\text{Δ}h{}^2}{\beta h}$ (9)

其中,A=πR2。

根据能量守恒原理,重锤下落夯实的能量应等于在有效加固范围内地基土体耗散的能量,即E1=E2。由此有:

$\eta Q{\rm H}=\frac{1}{2}E\frac{A\text{Δ}h{}^2}{\beta h}$ (10)

本文建立了夯击能(锤重与落距)、锤尺寸、地基土性和有效加固深度h之间的换算关系。

若已知地基土力学性质和强夯基本条件情况下,可由式(10)计算有效加固深度h。若通过现场试夯确定了有效加固深度公式,则由式(10)可计算地基土体夯后的加固程度。联立式(5)可得强夯参数和地基土体密度之间的关系式,进而得到地基土体加固程度,如:

$E=k\frac{(Q{\rm H}){}^{\frac{3}{2}}}{A\text{Δ}h{}^2}$ (11)

其中,$k=\frac{2\eta \beta \alpha }{\sqrt{10}}$。

2.3 计算与分析

为检验公式的合理性,对夯区Ⅱ不同夯击功下夯后土体的模量进行计算,并与实测值进行对比分析。计算中参数取值如下:α=0.64,η=0.75,β=1.0,D=2.0 m。不同夯区计算结果及其误差情况如表1所示。

由表1可得,由于强夯作用机理的复杂性,以及公式推导中进行的简化,计算值与实测值间存在一定误差,但总的误差不大,计算结果基本能满足工程需要。

3 结语

1)介绍了山区填方路基试夯情况,通过相应的室内外试验检测,查明了强夯前后路基土体物理力学性质的变化情况,获得了路基强夯处治加固效果。2)通过对试验数据的整理,获得夯后土体密实度提高情况和有效加固深度情况,发现红黏土路基加固模式为椭球体,其有效加固深度较大,侧向影响范围较小。3)从粒间相互作用及能量守恒原理出发,建立了强夯加固程度理论计算式。

摘要：在介绍某高速公路填方路基现场强夯试验的基础上,通过整理室内外检测数据,得到对填方路基夯后的加固效果,然后从粒间相互作用及能量原理出发,建立了确定强夯加固程度的理论公式,以达到指导实践的目的。

关键词：路基,强夯法,现场检测,加固程度,理论分析

参考文献

[1]徐至钧.强夯置换法加固地基[M].北京:机械工业出版社,2004:17-90.

[2]左名麟,朱树森.强夯法地基加固[M].北京:中国铁道出版社,1990.

[3]阎明礼.地基处理技术[M].北京:中国环境科学出版社,1996.

[4]吴铭柄,王钟琪.强夯机理的数值分析[J].工程勘察,1988(3):1-51.

[5]罗嗣海.软弱地基强夯与强夯置换加固效果计算[D].杭州:浙江大学博士学位论文,1999:27-28.

[6]Menard L,Boroise Y.Treoretlod and Pratice aspects of dynamicconsolidation[J].Geotechnique,1975,25(1):3-18.

软岩路基强夯加固 篇2

作为国民经济基础建设的重要内容, 铁路建设具有重大现实意义, 尤其是当前物流和人流急剧增加, 铁路安全备受重视。路基是基础支撑, 直接影响着上部结构, 若路基承载力不足, 或发生沉降塌陷等事故, 必然会破坏铁路稳定, 甚至引发安全事故。所以在铁路建设前, 必须先对路基进行加固处理, 特别是软土地基, 势必要保证其强度和承载力达到要求, 然后才能开展其他工作。加固方法有很多, 在此就强夯法及其在施工中的应用加以分析。

1 强夯法及其应用

强夯法是在一定高度使重锤自由下落, 对土层进行夯击, 进而提高地基稳固性的一种加固方法。其高度通常在6m到40m之间, 夯锤的重量则为100KN——400KN, 在下落夯击土层时, 强大的冲击力会改变土层原来的结构, 使土粒重新排列。同时原来土层内部的空气和水会迅速排出, 土粒结合更加紧密, 密实度和强度增加。该技术工艺简单, 容易操作, 无需太多设备, 加固效果良好, 且整个施工过程中不会对周围环境产生较大的污染。加上总体造价较低, 在当前很多建设中都有着广泛应用。

铁路是目前最为重要的交通工具之一, 强夯技术应用于其路基加固中, 可为上部结构提供足够的技术和安全保障。具体施工大致要经过测量放样、现场整理、夯点定位、夯实、质量检查等环节。每一环节都颇为关键, 务必要保证其质量达到规定要求, 然后才能保证整体质量。

2 实际案例分析

某铁路干线是当地交通网的关键, 也是旅客运输的重要通道。其中, A段属于软土地基地带, 总长度6.8Km, 需要加固处理。尤其是DK175+540——DK180+360以及路桥等过渡地段, 必须充分考虑其地基加固、施工程序、质量控制、进度安排、养护工作等因素。工程于2009年开始, 浸水路基、软土路基、过渡路段等都是难点, 为实现质量、进度和经济三方面的协调, 决定采用强夯法对路基进行加固。

3 强夯法在铁路路基加固中的实际应用

3.1 准备工作

首先是施工设备和人员, 主要设备包括2台履带机、2台振动压路机和洒水车、4个夯锤、1台吊车, 另外还有水准仪、静力触探仪、标准贯入仪等测量仪器。施工前对其仔细检查, 性能符合要求, 且处于正常状态, 没有任何损坏。施工人员共有16人, 包括管理、技术、质检、测量、试验多个方面, 且提前都进行了专业培训。

其次是测量放样, 根据设计图纸确定线路的桩位和加密水准点等关键要素, 并标明主夯点的位置。同时还对路基基底做了全面检测, 包括岩土强度、含水率等, 获得所有信息后, 以此为依据进行科学分析, 然后做出相应的具体安排。因为天然含水率偏高, 采取有排水措施。场地整理也是重点工作, 保持现场路面的平整, 将杂物、垃圾等彻底清除, 否则会影响机械的稳定。

3.2 强夯施工

正式施工时, 用吊车将夯锤调至12m高空, 然后使夯锤脱钩坠落。为保证夯击的准确度, 先进行一次短距离的试夯, 确定在指定地点后才进行高空夯击。每次夯击后, 中心位移偏差不得超过130mm, 如果夯击处的倾斜度超过了30度, 则需要将坑底填平。夯击次数要合理控制, 如果一次夯击便可达到规定标准, 则可一次就过, 否则要连续夯击2-3次。整个夯击过程要做好详细记录, 包括锤顶高程、夯击量、位置偏差等。在对全部夯点进行第一遍夯击后, 填平夯坑, 间隔10天左右, 开始第二遍全夯点夯实。最后使用低能量满夯, 夯实表层松土, 并作好最后一次测量。

3.3 质量检测

在所有夯击工作完成后大概3周, 需开展标准贯入试验, 借助相关仪器检查路基的强度、含水量、密实度和承载力, 看其是否符合标准。若检测结果达不到规定的标准, 需修正试验参数。经检测人员检测, 该工程的路基强度高出了标准值, 完全符合要求。

3.4 安全措施

提前请铁路相关管线单位对现场线进行确认, 双方签字, 再展开其他施工;轧路机在施工过程中, 应严格按照规范操作, 技术、安全做详细施工交底, 对每一位施工人员进行安全教育。严禁施工机械、器具侵入铁路限界, 严禁在铁路钢轨上放置杂物;在施工过程中, 派铁路防护人员专门对铁路线进行防护, 发现问题做出及时反映。施工人员穿过铁路时应遵守一站、二看、三通过的原则;施工场地各电器设备应符合一机一闸的要求, 并有可靠的接地及防漏保护措施;起锤后人员应在10m以外并戴好安全帽, 严禁在吊臂前站立;当强夯加固施工附近存在桥涵等构筑物、复合地基加固桩时, 应先进行强夯施工后, 方可进行相关构筑物及其他地基加固措施的施工。

3.5 环境保护措施

在强夯施工前根据表土干燥情况采取洒水措施防止飞尘污染;试验区地表种植土挖除后, 拉运至弃渣场集中堆放。在工程结束后用于临时场地复耕。弃渣场按规划要求设置防护措施;选用低噪音设备, 加强对机械设备进行定期维修和保养, 降低施工噪声对施工人员和附近居民区得影响。对操作人员进行噪声防护 (戴耳塞等) , 防止噪声污染。

4 结束语

该工程最终顺利完成, 自2009年运行以来, 未出现任何问题, 说明强夯法的应用创造了巨大的经济效益和社会效益。在今后的推广应用中, 除了协调质量、成本和进度的关系, 更应对此技术进一步完善, 以满足高难度的施工条件。

摘要：铁路建设的作用不言而喻, 质量安全为第一, 所以铁路路基加固施工越来越受重视。在此先简单介绍了强夯技术, 然后结合实例, 从准备、施工、质检、安全等方面对其实际应用进行了分析。

关键词：强夯技术,铁路路基加固,安全防范

参考文献

[1]程平均.高速铁路路基基底强夯加固施工工法[J].科技视界, 2012 (19) :109-110.

[2]李静.强夯技术在德大铁路路基加固施工中的应用探析[J].科技创新与应用, 2012 (30) :132-134.

[3]褚文生, 王力君.浅谈矿区铁路路基施工技术与要求[J].科技资讯, 2008 (02) :165-167.

软岩路基强夯加固 篇3

绵阳至遂宁高速公路绵延段是国家重点公路网成渝地区环线的重要组成部分, 北接已建成的成绵广 (成都-绵阳-广元) 高速公路, 南连成南 (成都-遂宁-南充) 高速公路和遂渝 (遂宁-重庆) 高速公路, 是我国西部公路主骨架网的重要组成部分, 是四川省重点工程。路线全长77.941公里, 双向四车道, 设计行车速度80km/h, 路基宽度24.5m。

其中K73+245~K73+395高填方段设计平均填高22m, 最大填高27m, 为全线最高填方段, 地基处理尤为关键, 原设计为强夯处理地基, 鱼塘处采用清淤换填。经现场踏勘, 采用开挖探坑方式, 发现此段原地表以下4m范围内存在大面积淤泥质软土, 仅仅采用强夯的方式很难达到质量标准, 经业主、设计、监理、施工单位确定, 在原强夯方案基础上增加水田、池塘段抛填片块石挤淤, 然后对基地进行强夯置换, 强夯夯击能4000KN.m, 以加强地基处理效果, 设计处理后地基承载力300k Pa。

2抛石挤淤强夯施工原理

抛石强夯加固软基原理, 是重要的是要采用坚硬的片块石对水田和池塘段进行抛填, 将湿地软弱淤泥挤出, 然后在采用点夯对置换的片块石进行强夯, 压缩、密实填料形成强夯置换墩。墩柱底端穿透腐质淤泥层, 这样就可以起到挤密、承力、排水固结加固软基的作用。

3抛石挤淤强夯施工过程控制

3.1工艺流程 (图1)

3.2施工准备

3.2.1技术准备

要组织施工人员学习, 从而熟悉设计图纸及施工规范、规程;收集地质、水文、气候相关资料;编制施工方案、质量计划及各项施工保证措施, 对施工人员进行技术交底和安全交底;熟悉主要施工机械及其配套设备的技术性能, 主要是强夯机、夯锤、压路机等。

3.2.2施工现场准备

在开工前要先对现场进行调查研究, 对施工范围内各类地上、 地下障碍物清理;组织测量人员复测导线点, 设置控制桩;根据机械设备配载重量修建施工便道, 保证施工道路安全畅通;设置安全警戒线, 禁止闲杂人员进入施工现场;为避免强夯施工所产生的振动对邻近建筑物及建筑物内人员或设备可能产生有害的影响, 采取挖减振沟等隔振或防振措施。

3.2.3修建临时排水设施

施工前组织工程技术人员排查和完善排水设施, 施工时在强夯区四周设置临时排水沟, 以便及时排除雨水。

3.3试验段施工

为验证了最优工艺加固软基处理的可行性, 确定了最佳的施工机械组合、施工顺序, 选定优化的施工参数和施工方法, 指导大面积施工, 根据设计要求确定的参数, 选取K73+300~K73+350为试验段, 编写初步的试验方案, 进行试验性施工。

通过试验段施工, 对质量进行检测结果合格, 最终确定: (1) 施工顺序为:抛石挤淤-振动压路机初步碾压-强夯施工。 (2) 机械组合见表1抛石挤淤强夯施工主要机械表。 (3) 强夯间距按照设计要求为3m正方形布置, 夯击能为4000KN.m。 (4) 夯击次数:点夯按现场试夯得到的夯击次数 (一般为5-15次) 与夯沉量关系曲线确定, 最终最佳夯击数确定为13次, 最后两击的平均夯沉量不大于100mm, 每遍间隔时间3d;夯坑周围地面不发生过大的隆起;不因夯坑过深而使起锤困难。

3.4抛石挤淤泥

3.4.1抛石挤淤材料

选用K73+080~K73+200段路基石方爆破的开山块石混合料, 在填筑混合料时候, 严格控制混合料的含泥量在5%以内。

3.4.2挤淤

自卸汽车将混合料运输至路基设计线路范围内, 直接用推土机将堆料沿前进方向有序推进, 先沿线路中线铺挤出一定的工作面, 然后再由中间向两侧挤淤, 这样就不容易造成太多夹淤, 并且将淤泥清挤干净。抛填料顶面高程处的宽度须在两边分别大于其上路基填料坡角1m。

3.4.3整平碾压

待挤淤填料抛掷完成后, 采用推土机整平, 用压路机均匀碾压2遍后, 测量场地高程。

3.5强夯置换

3.5.1机械设备

强夯施工采用W1001型带有自动脱钩装置的履带式起重机。 在臂杆端部位设置辅助门架或采取其他安全设施, 防止落锤时机架倾覆。夯锤锤重按照设计要求采用25T, 锤径2.5m。夯锤中对称设置4个上下贯通的气孔。自动脱钩采用开钩法。

3.5.2夯击点的布置及夯击遍数

夯击点布置与夯击点位置采用间距3m正方形布置, 见图2夯点布置示意图。夯击遍数设计为3遍, 第Ⅰ遍隔1点跳夯, 第Ⅱ遍补第Ⅰ遍空隙, 第Ⅲ遍补第Ⅰ、Ⅱ遍空隙, 点夯结束后, 以低能量满夯, 达到锤印彼此搭接。

3.5.3夯锤落距

按照设计要求, 基底强夯处理能量为4000KN·m, 夯锤重量为25T。

计算落距:H=4000KN·m/250KN=16m, 确定提升16m对基底进行夯实。

3.5.4夯击次数

按照试验段施工总结出的点夯13次进行点夯, 每个夯击点一定要安排专人检查和记录击数。

3.5.5夯击遍数间隔时间

间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间, 由试验段施工总结每遍间隔时间取3d。但凡产生超孔隙水压力、夯坑周围出现较大隆起时, 就不要继续夯击, 要等到超孔隙水压力大部分消散以后, 再夯下一遍。在同一遍中若干夯击次数后出现上述情况, 也要遵循这一要求, 停止夯击, 等超孔隙水压力大部分消散后, 再继续夯实。施工时首先保证夯击遍数间隔时间, 并做详细记录, 杜绝间隔时间没有达到就强行施工, 这样才能确保强夯质量。

3.5.6强夯施工

对夯击点依次夯击完成为第一遍强夯施工。在第一遍强夯完成后, 再用推土机将场地进行推平, 压路机碾压两遍后测量布置夯点位置及水准测量。第二次按设计选用已夯点间隙中间, 依次补点夯击为第二遍, 第三遍补第一、二遍空隙, 点夯结束后采用低能量满夯, 达到锤印彼此搭接, 表面平整。强夯施工按试验确定的技术参数进行, 以单夯夯击能、夯击遍数和各个夯点的夯击次数为施工控制数值, 并采用试夯确定的地表平均沉降量控制。满夯可采用轻锤或低落锤多次夯击, 锤印搭接不小于1/4夯锤的直径。

4施工过程质量控制

(1) 现场对控制桩树立明显的标志加以保护, 并定期检查。

(2) 在施工中发现夯锤偏离夯坑中心, 立即调整对中。

(3) 夯锤气孔保持畅通, 如遇堵塞, 立即将塞土清除。

(4) 认真做好施工记录, 对每击的沉降量都进行观测和记录, 并掌握好停锤标准。

(5) 密切观注异常现象, 对夯沉量异样、夯锤反弹、地表隆起要加强监测, 一定要如实记录, 同时要及时上报。

(6) 回填材料质量必须符合设计要求。

(7) 夯实完的夯坑及时推平, 不积水。

(8) 及时办理有关质量文件, 如场地定位测量成果、现场施工记录、工序质量评审等, 加强原始资料整理、归档管理工作。

5质量检测

5.1重型动力触探试验检测

采用重型触探仪对K73+245~K73+395高填方段抛石挤淤强夯置换后的地基进行触探试验, 本次触探试验检测数量为13个点, 试验结果见表2静力触探试验检测结果表, 根据检测结果平均承载力为404.5k Pa, 大于设计要求300k Pa, 检测结果符合设计要求。

5.2平板载荷试验

强夯处理后由业主委托西南交通大学结构工程试验中心进行承载力检测, 本次载荷试验检测数量为4个点, 现场检测于2009年12月9日-12月17日完成, 由荷载试验检测结果所得的地基承载力特征值为303k Pa, 满足设计要求的300k Pa, 见表3载荷试验结果, 处理后检测结果符合设计要求。

6结束语

通过在本项目中抛石挤淤强夯置换淤泥质软土地基的成功运用, 地基承载力检测结果符合设计要求, 充分证实了抛石挤淤强夯处理软土地基具有技术先进, 操作简便, 施工效率高、加固效果好等特点, 并且施工费用低、污染小, 既节约资源又可节省投资, 在保证质量、加快进度、节约成本方面都是比较先进和可行的。进而提出抛石挤淤强夯置换在处理路基淤泥质软基方面的推广应用。

摘要：通过在绵遂高速公路K73+245K73+395高填方段应用抛石挤淤强夯加固淤泥质软土地基, 依据检测结果, 结合实际施工经验, 具体探讨抛石挤淤强夯施工过程技术控制和质量控制, 并提出在公路软基中的推广应用。

关键词：淤泥质软土,抛石挤淤,强夯置换

参考文献

[1]JTJ 017-96.公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].人民交通出版社.

[2]GB50007.建筑地基基础设计规范[S].人民交通出版社.

[3]JTGF10-2006.公路路基施工技术规范[S].人民交通出版社.

[4]高等级公路地基处理设计指南[S].人民交通出版社.

软岩路基强夯加固 篇4

关键词：土木建筑工程施工,强夯,高填方路基,山区公路

随着公路建设的不断发展, 高速公路修建由平原逐步向山区推进, 给高速公路高填方路基的设计、施工提出了更高的要求, 尤其是对高填方路基的稳定性和工后沉降提出了新的要求, 施工记录不断被刷新, 与此同时给山区高填方施工提出了新的攻关课题。针对河北省保阜高速公路, 设计起点是河北保定市, 终点河北与山西交界的长城岭, 海拔由120米高的平原上升到1260米高的山区, 沿线设计了很多半填半挖高填方路基, 采用强夯加固具有显著的技术创新和独特性, 经济效益明显, 对于山区高填方路基施工具有广泛应用价值和指导意义。

1 强夯施工的工艺原理

采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理, 即冲击型动力荷载使土体中的孔隙体积减小, 土体变的密实, 从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程, 就是土中的气相 (空气) 被挤出的过程, 其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起的。

根据大量国内外试验资料, 从土动应力场、干密度变化、土位移场及孔隙水压变化可归纳为如图1强夯法加固地基模式图。

由于巨大的冲击力远超过土的强度, 使土体产生冲击破坏, 土体产生较大的瞬时沉降, 锤底土形成土塞向下运动, 因锤底下的土中压力超过土的极限强度, 土结构破坏。由于土结构破坏, 使土软化, 侧压力系数增大, 侧压力增大, 土不仅被竖向压密而且被测向挤密, 这一主压实区就是图2-1中的A区。这一区的土应力δ (动应力加自重应力) 超过土的极限强度δf, 土被破坏后压实。由于土被破坏, 侧挤作用加大, 因此水平向加固宽度加大, 故加固区不同于静载土中应力椭圆形分布而变成水平宽度大的苹果形;在该区外为次压实区, 该区土应力小于土的极限强度δf, 而不大于土的弹性极限δL, 即图1中B区, 该区土可能被破坏, 但未被充分压实, 或仅被破坏而未被压实, 其原位测试结果表现为数据波动 (增长、下降或不变) , 故也可称为破坏削弱区;由于动应力远大于原来土的自重应力, 坑底土在侧向挤出时, 坑侧土在侧向分力作用下将隆起, 形成被动破坏区, 这就是图2-1中的C区。夯坑越深, 则被动土压力越大, 在B区外为D区, 这一区由于土动应力影响小, 已不能破坏土结构, 故不再压密或挤密。但强夯引起的振动可使这一区产生效应, 对黏性土, 因其具有内聚力, 土粒在振动影响下难以错动落入新的平衡位置, 故振动影响不足以改变土的结构而产生振密作用。

A为主压实区σ>σf;

B为次压实区σ<σf, σ>σL;

C为压密、挤密、松动区;

D为振动影响区;

σ为土压力, σf为土极限强度, σL为上强性极限;

ZA为主压实区深度范围, ZB为次压实区深度范围;

Pd为锤底动应力。

对砂土、粉土及少黏性土, 其内聚力低, 在振动波的作用下, 土粒受剪而错动落入新的平衡位置, 松砂类土可振密, 而密砂可能变松。因此这类土除夯点加固深度较大外, 临近的地面也可振陷, 甚至危害临近建筑, 使其产生振陷或裂缝。

2 工艺流程及操作要点

根据强夯原理和试验段来制定强夯施工工艺, 对于填方高度大于等于10m的土质或土石混填路堤每填筑4m进行一次强夯处理, 填够宽度与高度后 (注意预留强夯时的沉落量和侧移) 撒放灰线确定夯击点位准备强夯。要求每50m划分为一段, 第一遍 (主夯) 强夯点位应当沿线路纵向布设, 从线路中心线往外逐排进行夯击。根据填土性质和土层厚度每个夯击点需要夯击9~10锤用水准仪测量每一锤的沉落量, 当最后两锤的沉落量小于5cm该点视为合格。第一遍 (主夯) 夯击合格后, 及时用推土机推平, 若存在预留强夯沉落量不够的地方, 需要重新补土并推平后进行第二遍 (副夯) 夯击点图1强夯加固地基模式图图2强夯工艺流程图位的布设。第二遍强夯点位的布设原则与第一遍相同, 夯击点位中心布置在第一遍夯击点位交接处。第二遍夯击合格后 (最后两锤的沉落量小于5cm) , 若预留强夯沉落量不够的严禁重新补土, 及时用推土机推平夯坑准备第三遍 (满夯) 夯击, 第三遍采用满夯, 要求夯点搭接三分之一保证顶面浮土密实, 满夯沉落量不大于2cm。

如图2所示。

2.1 施工参数的确定

依赖于施工前试夯所得的数据, 并依此来决定正式施工的夯击次数、夯击能量、夯击点间距及前后两遍夯击的间隔时间。

2.1.1 夯击能的计算与确定

从理论上讲, 在最佳夯击能作用下, 地基土中出现的空隙水压力达到土的自重压力, 这样的夯击能称为最佳夯击能。在黏性土重, 由于空隙水压消散慢, 当夯击能逐渐增大时, 空隙水压力相应叠加, 因此可根据空隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。在砂性土中, 孔隙水压力增长及消散过程仅为几分钟, 因此孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加, 可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数的关系来确定最佳夯击能。

夯点的夯击次数, 可按现场试夯得到的夯击次数和夯击沉量关系曲线确定。应同时满足下列条件:

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;

每击夯沉量不能过小, 过小无加固作用。

夯击次数也可参照夯坑周围土体隆起的情况予以确定。就是当夯坑的竖向压缩量最大, 而周围土体的隆起最小时的夯击

表1第一遍强夯施工原始记录数, 为该点夯击次数。对于饱和细粒土, 击数可根据孔隙水压力的增长和消散来决定。当被加固的土层将发生液化时的击数即为该点数, 以后各点击数也按此确定。

根据设计图纸计算需要强夯加固的深度4m。本工程拟采用不小于1500kN·m的夯击能, 则强夯加固深度为H:

式中:W为落锤重 (kN) ;

h为落距 (m) 。

考虑到修正系数:0.4~0.6在之间, 则修正后的加固深度在 (4.9m~7.3m) 之间。

2.1.2 夯击遍数及夯击点间距的确定

根据试夯效果本工程需要夯击三遍, 第一遍夯击:按设计点位逐点进行, 根据填土性质和土层厚度每个夯击点需要夯击9~10锤, 用水准仪测量每一锤的沉落量, 当最后两锤的沉落量小于5cm该点视为合格。然后, 移动强夯机进行下一点夯击, 确保两夯坑边间距不大于15cm;第二遍夯击:在第一遍夯击合格后, 推平夯坑按第一遍的要求进行强夯, 每个夯击点需要夯击5~6锤;第三遍夯击:第二遍夯击合格后, 推平夯坑, 夯锤起吊高度不小于4.5m (保证夯击能不小于1000kN·m) 进行满夯, 每个夯击点夯击一锤, 夯点需要有三分之一的搭接。

2.2 施工要点

正式施工前应进行强夯试验, 埋设有关测试仪器, 获取强夯参数, 并提出施工作业指导。总的来说, 强夯施工要点如下。

(1) 平整场地。预估强夯后可能产生的平均地面变形, 并以此确定地面高程, 然后用推土机平整。

(2) 铺设垫层。遇地表层为细黏土, 且地下水位高的情况, 有时需在表层铺0.5m~2m左右厚的砂、砂砾或碎石。这样做的目的是在地表形成硬层, 可以支承起重设备, 确保机械通行、施工。另外, 可加大地下水和表层面的距离, 防止夯击效率降低。

(3) 夯点放线定位及测量高程。宜用石灰标出夯点, 并测量场地高程。

(4) 强夯施工。强夯机就位, 测量夯前锤顶高程, 按规定夯击次数及控制标准, 完成一遍夯击。场地推平, 测量场地高程, 按规定的间歇时间完成全部夯击遍数, 最后用低能量满夯, 将场地表层松土夯实, 并测量夯后场地高程。

3 质量控制

本工程现场质量控制主要根据设计图纸要求和试验段通过观测得到的数据确定如下。

(1) 夯击遍数:根据设计图纸规定, 本工程按三遍控制。

(2) 夯击点位布置:根据设计图纸规定, 第一遍与第二遍夯击时, 夯坑间距小于15cm, 第三遍要求满夯, 夯点需要有三分之一的搭接。

(3) 夯击能要求:根据设计图纸规定, 本工程强夯夯击能不小于1500kN·m。

(4) 强夯起吊高度:根据选定的设备, 计算起吊高度不小于6.5m。

(5) 夯击锤数与沉落量:第一遍夯击锤数不小于8锤, 最后两击沉落量不大于5cm, 第二遍夯击锤数不小于5锤, 最后两击沉落量不小于5cm。

(6) 为了保证强夯质量, 强夯时要求分段进行, 每段长度不大于50m, 夯击时必须从线路中心开始往两侧进行。防止雨水进入路基, 要求及时推平夯坑。

(7) 强夯施工结束后2周对路基加固质量进行检验。检验频率为100m一个断面, 每个断面检验3个点, 检测根据填土性质采用重Ⅱ型动力触探试验。

4 结语

保阜高速公路第LJ-19合同段位于线路终点, 位于河北省阜平县龙泉关镇黑崖沟村, 起讫里程为K143+550~K147+724.16, 本标段路线全长4.17km, 是保阜高速公路工程项目的控制性项目之一。路线横穿太行山脉, 地形地质复杂, 路基为高填方路堤和深挖方路堑。本管段除去桥梁和隧道后路基全长为868.36m, 其中填方115.07万m3、挖方50.12万m3。线路中线处填土高度为3 1.3 4 m, 起坡点距离路肩填土高度为62m。高路堤主要位于山岭区沟谷内, 地形呈鸡爪型, 基底以强——全风化基岩为主。为取得合理的施工参数, 本工程选取K145+600~K145+700作为强夯试验段。通过对试验段的观测, 来确定夯击遍数, 及每个夯击点的夯击锤数。绘制强夯测量记录表, 记录夯击点每锤的沉落量, 直至最后两击沉落量小于5cm来确定每个夯击点的夯击锤数。试验段从2008年2月15日至2008年6月20日结束。

如表1, 表2所示。

通过试验段的观测, 该段路基的强夯施工参数确定为:在起吊高度不小于6.5m, 夯击能大于1500kN·m时, 第一遍强夯每个夯击点的夯击锤数不小于8锤, 累计沉落量在400mm~600mm之间。第二遍强夯每个夯击点的夯击锤数不小于5锤, 累计沉落量在200mm~400mm之间。夯击沉落量与夯击击数关系见图3、图4。

参考文献

[1]公路工程质量检验评定标准[M].人民交通出版社, 2004 (1) .

[2]公路路基施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2003, 9.

[3]河海大学.交通土建软土地基工程手册[M].北京:人民交通出版社, 2001, 3.