強夯置換法在福建閩北地區(qū)高速公路軟基處理中的應(yīng)用

(南平京臺高速公路有限責任公司，南平 353000)

強夯置換法在福建閩北地區(qū)高速公路軟基處理中的應(yīng)用

■王余鵬

(南平京臺高速公路有限責任公司，南平 353000)

強夯置換作為一種軟基處理的有效措施。本文結(jié)合某高速公路工程實例，通過對工地現(xiàn)場強夯置換軟基處理施工方面的分析研究，總結(jié)完善類似地質(zhì)條件下的施工經(jīng)驗，量化了相關(guān)工藝參數(shù)，得到較好的加固效果，經(jīng)濟優(yōu)勢顯著?？晒╊愃乒こ添椖繀⒖寂c借鑒。

軟基處理 強夯置換 高速工程 施工工藝

0 引言

自上世紀80年代強夯置換法成功用于處理軟土地基以來，在飽和軟土分布地區(qū)強夯置換軟基處理技術(shù)得以廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。強夯置換法(圖1)是利用夯錘較大的沖擊能將碎石、塊石、礦渣等物理力學性能較好的粗粒料強行擠入軟弱地基，在地基中形成碎石墩；由于碎石墩具有較高的強度，因此與周圍的軟粘土構(gòu)成復(fù)合地基。該法施工簡單、所用材料容易獲得，對軟弱土體擠密的效果明顯，同時所形成的碎石墩兼有復(fù)合地基和豎向排水通道的作用。經(jīng)強夯置換法處理后的地基，既提高了地基強度，又改善了排水條件，有利于軟弱地基的固結(jié)。

圖1 強夯置換法

1 工程概況

浮山1號隧道位于福建省西北部，屬剝蝕丘陵地貌單元，地貌形態(tài)為呈近東西向的帶狀陡峻山嶺與山間溝谷相間分布，山巒起伏，地勢陡峭，支溝發(fā)育。而隧道進口的K55+065～K55+170路基填方段位于“W”型山坡溝谷間，兩側(cè)溝谷常年積水沖刷和淤積，形成了深厚的淤泥和淤泥質(zhì)粘土軟層。經(jīng)現(xiàn)場鉆探勘察揭露淤泥及淤泥質(zhì)粘土層厚度為9.9～10.8m，呈流塑～軟塑狀。

具體地質(zhì)條件如下所述：

(1)第一層為淤泥：灰色，流塑，埋深6.2～7.8m。切面較光滑，干強度、韌性中等，稍具腥臭味，含植物根系。

(2)第二層為淤泥質(zhì)粘土：灰色，軟塑，埋深9.9～10.8m。切面較光滑，干強度、韌性中等，含少量碎石。

(3)第三層為全風化片麻巖：埋深11～13m?；野咨?，原巖結(jié)構(gòu)基本被破壞，巖芯呈砂土狀，少量碎塊狀。

(4)第四層為強風化片麻巖，灰白—灰黃色，砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，個別短柱狀。

2 設(shè)計與施工

2.1 施工方案的選定

因受施工工期限制，要求盡快處理隧道進口的K55+ 065～K55+170段的軟弱地基，根據(jù)設(shè)計要求和現(xiàn)場實際情況，并經(jīng)過比選最終確定采用具有設(shè)備簡單、施工速度快、加固效果好、契合現(xiàn)場實際情況的強夯置換法。具體方案確定如下：該段路基需要強夯置換處理面積為3481m2；強夯置換墩直徑2.0m，單根置換墩長度平均約6.0m，間距2.5m，呈等邊三角形布置；設(shè)計處理后單墩承載力不小于300kPa，復(fù)合地基承載力不小于180kPa。

2.2 施工機具及粗粒料選擇

強夯置換施工的機具主要有：起重能力大于錘重1.5倍以上、帶有自動脫鉤裝置的履帶式起重機；經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理過磅，重量滿足夯擊能要求的夯錘 (與夯機統(tǒng)一編號管理，防止混用)，此外尚需配備挖掘機、推土機、壓實機等輔助機械。

考慮該段軟基位于浮山1號隧道進口附近，其隧道洞渣質(zhì)地堅硬且儲量相對充實的實際情況，故施工中所用的強夯置換材料來源選定為堅石、次堅石的隧道洞渣，其粒徑不大于夯錘底面積直徑的0.2倍；而且粒徑大于300mm的顆粒含量不超過30%，含泥量要求小于10%，級配良好。

2.3 施工順序

(1)清理表層深度3.5m左右的淤泥，并平整施工場地，當表層土松軟時可鋪設(shè)一層1～2m厚的砂石施工墊層。

(2)測量場地標高，并放樣出夯點位置。

(3)起重機就位于夯點位置，進行填料夯擊并逐擊記錄夯錘深度。

(4)按由內(nèi)到外，隔行跳打原則完成全部夯點的施工。

(5)推平場地，用低能量滿夯，將場地表層松土夯實，并測量夯后場地高程。

(6)強夯處理完畢，回填透水性材料至原地面，分層碾壓密實。

施工順序流程見圖2。

圖2 強夯置換施工順序流程圖

3 施工質(zhì)量控制要點

3.1 施工“首檢制”控制

為保證強夯置換施工質(zhì)量，務(wù)必在處理區(qū)域強夯施工前進行試夯工作，需要通過試夯確定施工夯錘高度及夯擊次數(shù)，選定實際施工中的各項參數(shù)為全面施工提供依據(jù)，并通過試夯確定正常施工時所需機械設(shè)備及人員配置，以便指導(dǎo)施工。

從現(xiàn)場試夯點的相對沉降差 (N-1次與N次強夯沉降量的差值)與夯擊次數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖(圖3)，可得出：

⑴施工現(xiàn)場夯擊次數(shù)可按照單點夯擊15次左右進行參照(最后兩擊的夯沉量差小于50mm)。

⑵從圖3中可以看出隨著夯擊次數(shù)的增加，夯錘的沉降差逐漸變小。這表明隨著夯擊次數(shù)的增加，軟基受到強夯置換碎石墩的壓實、擠密作用，使得軟基自身密實度有所增強，同時淤泥軟基又借助碎石空隙進行排水固結(jié)，改善土體的物理力學性能。

⑶因本項目在場地平整后，對局部表層松軟位置鋪設(shè)一定厚度的碎石墊層，從圖可看出鋪設(shè)碎石墊層區(qū)域的相對沉降量及夯擊次數(shù)皆優(yōu)于未鋪設(shè)墊層位置。分析其原因是碎石墊層能更有效的擴散夯擊能，并加快軟基的排水固結(jié)。

圖3 相對沉降差與夯擊次數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖

3.2 施工夯擊次序控制

進行強夯置換施工時，必須嚴格按照“先主夯、后全幅滿夯”的次序進行，其中主夯點按等邊三角形布置，其中主夯點必須隔行跳打，不可依次夯擊(如圖4)，夯點先從道路中軸線起，分別向兩側(cè)依次夯擊；主夯之后用推土機整平場地，然后采用夯擊能為1000～1500kN·m的全幅滿夯，其中全幅滿夯夯點彼此務(wù)必重疊搭接。

圖4 強夯主夯點布置圖

3.3 施工夯擊次數(shù)控制

強夯置換施工主要控制主夯點的夯擊次數(shù)，其控制標準必須同時滿足以下條件：

(1)碎石墩體穿透軟弱土層。

(2)累計夯沉量為設(shè)計墩長的1.5～2.0倍。

(3)最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm。

(4)夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起。

(5)不因夯坑過深而發(fā)生提錘困難(不出現(xiàn)“翻漿”或“橡皮土”)。

4 施工中問題處理

4.1 偏夯

在強夯置換施工過程中常常因環(huán)境因素或人為操作不當造成起重設(shè)備的夯錘與夯點對位不準產(chǎn)生偏差，造成偏夯。

建議采用圓形夯錘，每次夯擊前都應(yīng)重新放線復(fù)核夯點位置，夯錘中心和測放的夯點移偏差應(yīng)小于15cm，必要時以夯點為中心畫出夯位輪廓線，提高夯錘就位準確度。

4.2 歪夯

強夯施工過程中，由于原地基強度分布不均勻，夯擊場地平整度不夠，或墊層壓實不均勻，夯擊后出現(xiàn)碎石墩的垂直度偏離較大，造成歪夯現(xiàn)象。會導(dǎo)致后續(xù)夯擊能降低，置換墩體不良等影響。

建議實時監(jiān)控每次夯擊效果，發(fā)現(xiàn)夯點坑底歪斜度較大，應(yīng)立即用填料將坑底墊平后重新夯擊。

4.3 地表過大隆起或翻漿

強夯施工過程中，由于夯點周圍軟土被擠出或因夯擊能過大原因，往往造成夯點周圍地表隆起開裂，甚至會出現(xiàn)翻漿冒泥等現(xiàn)象。

若地表隆起過大或土層發(fā)生嚴重的翻漿冒泥現(xiàn)象，建議立即停止夯擊，在夯點周圍鋪墊碎石后方可再次夯擊；或可適當增加填料的次數(shù)而每次填料量也不宜過多，同時重新夯擊時應(yīng)適當調(diào)整夯點間距、落距。

4.4 “橡皮土”的處理

“橡皮土”產(chǎn)生的原因是由于軟基中粘性土含水量趨于飽和或者是夯擊間隔時間不夠，孔隙水壓來不及消散。

建議在“橡皮土”周圍設(shè)置排水通道，加快土體的排水固結(jié)；或者將局部的“橡皮土”挖除換填處理。

5 強夯置換效果評價

強夯置換施工結(jié)束2～4周后對地基質(zhì)量進行檢驗，檢驗碎石墩的點數(shù)不少于總數(shù)的1%，且不應(yīng)少于3個。本項目以靜荷載試驗為主,并通過重型動力觸探試驗進行校驗，經(jīng)檢驗強夯置換后的地基承載力與處理前相比有了顯著提高，且滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)論

(1)對于京臺高速公路K55+065～K55+170軟基段分布的淤泥軟土地層采用了強夯置換法處理方案，經(jīng)實踐驗證淤泥和淤泥質(zhì)粘土軟層適宜采用強夯置換的加固處理方法。

(2)因碎石墊層具有高效擴散夯擊能及加速軟基排水固結(jié)的特點，經(jīng)本項目實踐驗證鋪設(shè)碎石墊層位置的強夯置換施工效果明顯優(yōu)于其他區(qū)域。故建議類似工程中，在強夯置換前鋪一層0.5～1m的碎石墊層。

(3)根據(jù)京臺高速浮山1號隧道進口段強夯置換施工實踐和檢測結(jié)果表明，在隧道進出口附近進行強夯置換碎石墩施工，可就近利用隧道洞渣，有效節(jié)約工程成本，其經(jīng)濟優(yōu)勢相對明顯，建議在類似工程中推廣應(yīng)用。

(4)任何一個工程的施工工藝是保證其最終質(zhì)量的關(guān)鍵，而《福建省高速公路施工標準化管理指南》是在現(xiàn)行高速公路工程設(shè)計、施工、驗收等相關(guān)標準、規(guī)范基礎(chǔ)上，總結(jié)福建省多年來高速公路建設(shè)實踐經(jīng)驗編制而成，實踐證明只有嚴格按照標準化的施工工藝流程進行強夯置換施工，才能有效克服質(zhì)量通病，消除安全隱患，提高管理水平，保證工程的質(zhì)量與安全。

[1]福建省高速公路建設(shè)總指揮部.福建省高速公路施工標準化管理指南［M］.北京:人民交通出版社,2013.

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[3]徐至鈞.強夯和強夯置換法加固地基[M].北京:機械工業(yè)出版社，2004.

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[5]鄭穎人,陸新.強夯加固軟粘土地基的理論與工藝研究[J].巖土工程學報,2000,22(1):18-22.