強(qiáng)夯法加固鐵路路基的具體應(yīng)用探討

李志華

摘要：我國(guó)地域遼闊，各個(gè)區(qū)域的地形地貌具有很大的差異。鐵路工程作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，對(duì)促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高交通運(yùn)輸效率、改善人們出行環(huán)境具有重要意義。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)鐵路形成了八橫八縱的鐵路網(wǎng)絡(luò)。鐵路工程具有施工范圍廣、施工環(huán)境復(fù)雜、建設(shè)周期長(zhǎng)、施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)，一條鐵路線可能跨越十幾個(gè)城市，由于每一個(gè)區(qū)域的地質(zhì)條件不同。鐵路施工過(guò)程中，可能遇到軟土地基。由于軟土的含水量比較大，土層自身承載力比較低。所以路橋施工之前，必須對(duì)這些軟土路基進(jìn)行加固處理，提高軟土路基的承載力。常見(jiàn)的方法有換填法、強(qiáng)夯法、真空預(yù)壓法等特點(diǎn)。由于強(qiáng)夯法施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)范圍廣、施工成本低、加固效果好、土粒結(jié)合緊密、變形沉降量小、施工周期短，強(qiáng)夯法是換填法施工周期的一半，所以強(qiáng)夯法在軟土地基加固工程中廣泛使用。本文闡述了強(qiáng)夯法施工法的原理以及特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際的工程，分析了強(qiáng)夯法在加固鐵路路基工程的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯法；加固鐵路路基；施工工藝

1 強(qiáng)夯法加固法原理和特點(diǎn)

1.1強(qiáng)夯加固法原理

強(qiáng)夯法是利用重達(dá)100噸以上的重錘從高空幾十米的高度自由下落，對(duì)軟土地基進(jìn)行反復(fù)夯實(shí)，提高土地的密實(shí)度，減少軟土地基的壓縮性，從而改變軟土路基的性能，達(dá)到提高軟土路基的承載力。這種處理方法主要是將重錘的重力轉(zhuǎn)換為沖擊能量，通過(guò)重錘瞬間產(chǎn)生的動(dòng)能作用在路基上，從而壓縮土層的空隙，將空隙中的水分子排除到土層外部，達(dá)到壓縮和密實(shí)土體的作用。一般情況下，強(qiáng)夯法適合顆粒直徑大于0.05mm的粗顆土粒，如砂土、粉煤灰、雜填土、碎石土、回填土、低飽和度粉土、粘性土以及濕陷黃土等軟脫土體加固效果比較明顯。非飽和性黏土地基，一般采用連續(xù)夯實(shí)或者分遍間歇夯實(shí)的方式，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定夯實(shí)的次數(shù)和夯實(shí)的深度。

1.2強(qiáng)夯加固法特點(diǎn)

強(qiáng)夯加固法具有以下特點(diǎn)：第一，施工所需設(shè)備比較簡(jiǎn)單，施工成本比較低。比換填法節(jié)省60%的費(fèi)用，與預(yù)壓法節(jié)省50-70%的費(fèi)用，與砂樁施工法節(jié)省40-50%的費(fèi)用，極大地節(jié)省了施工的人力成本和物力成本。第二，加固效果明顯，可以提高地基的承載能力，可提高地基2-5倍的承載能力。第三，土粒結(jié)合效果好，有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，變形沉降量小，土地壓縮性可降低2-10倍，加固深度達(dá)到6-10米。第四，施工周期短。夯實(shí)加固法一套設(shè)備每個(gè)月加固面積可以達(dá)到5000-10000平方米的地基，比換填法和樁基施工工期減少一半以上。

2 強(qiáng)夯法加固鐵路路基的具體應(yīng)用

2.1工程概況

某鐵路引入線無(wú)砟軌道綜合試驗(yàn)段全長(zhǎng)12.65千米，其中DIK131+420—DIK132+500段的路基總長(zhǎng)度為700米。通過(guò)勘察，發(fā)現(xiàn)該施工路段屬于丘陵地貌，基層巖石裸露，自然坡度為15-30°，局部區(qū)域地勢(shì)比較陡坡；山坡植被發(fā)育比較茂盛。該施工地段的土層分別為粉質(zhì)黏土、碎石土、泥夾砂巖、灰?guī)r等土體。根據(jù)調(diào)查情況，發(fā)現(xiàn)該地段為軟土地基，為了提高鐵路路基的承載力，確保鐵路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。對(duì)DIK131+420—DIK132+500段的DIK131+785～888—DIK132+332～256（m）段的路基進(jìn)行加固，加固線路總長(zhǎng)度為256米，加固范圍路基坡腳外3米加固深度為4-6米，強(qiáng)夯加固面積為5500平方米。為了確保路基的夯實(shí)強(qiáng)度符合鐵路的實(shí)際荷載要求，在路基夯實(shí)之前，將DIK131+785～888段作為路基加載試驗(yàn)段。

2.2強(qiáng)夯加固施工工藝

2.2.1確定施工工藝參數(shù)

在施工前，必須結(jié)合到鐵路路基的實(shí)際承載量，確定夯實(shí)加固的夯擊能量、壓強(qiáng)等參數(shù)。根據(jù)該工程的實(shí)際情況，確定使用25T履帶式強(qiáng)夯機(jī)，夯實(shí)錘重的直徑為2米，錘重為13.5噸，夯實(shí)錘的落距為14.8米。夯實(shí)的能量為點(diǎn)夯1958KN·m，滿夯能量為1000KN·m，靜壓為42KPa。夯實(shí)分三次進(jìn)行，第一、二遍為點(diǎn)夯，第三遍為滿夯；夯擊次數(shù)為點(diǎn)夯6-11次，以末次夯擊下沉量≤5cm作為控制依據(jù)，滿夯為1擊。夯實(shí)過(guò)程中，為了確保夯距和設(shè)計(jì)要求的夯坑距離一致，將夯點(diǎn)的間距控制為2.7米左右，夯點(diǎn)形狀為梅花形布置，滿夯則為四分之一環(huán)。夯擊的間隔根據(jù)工程的實(shí)際情況決定，該路段的路基按照設(shè)計(jì)要求，該路基路肩3米厚，底層為滲透性比較好的粘性土，針對(duì)滲透性比較好的粘性土層地基一般間歇時(shí)間控制在1-2個(gè)星期，兩遍之間的間隔時(shí)間縮短為7天。

2.2.2施工準(zhǔn)備

為了確保夯實(shí)效果，在夯實(shí)之前，施工單位必須對(duì)強(qiáng)夯路段進(jìn)行處理，清除施工現(xiàn)場(chǎng)的大的石塊、木頭等雜物，平整土地，放好征地線以后，用挖掘機(jī)或者推土機(jī)將地表的草皮、樹根以及清除，以滿足夯實(shí)的施工條件。由于軟土地基的含水量比較高，施工前在路基兩側(cè)做好排水溝，以利于土壤中的水分及時(shí)排除，并在DK131+780路段設(shè)置一條橫向排水溝。準(zhǔn)備好，彩條布，防止下雨天雨水浸泡強(qiáng)夯路段，從而影響到夯實(shí)效果。根據(jù)夯實(shí)路段的實(shí)際地質(zhì)條件，在夯實(shí)路基路面鋪設(shè)0.5米的砂礫墊層?？紤]到施工成本，墊層砂礫層采用砂礫石或者隧道棄砟石土。為了驗(yàn)證這兩者的實(shí)際效果，在施工路段DIK131+785～888，選擇15米長(zhǎng)的半斷面路基，在路基路面鋪設(shè)0.5米的砂礫墊層，然后進(jìn)行夯實(shí)。發(fā)現(xiàn)隧道棄砟石土作為墊層的夯實(shí)效果比較好，所以在實(shí)際施工路段，軟土地基鋪設(shè)0.5-0.8米的隧道棄砟石土墊層。

2.2.3強(qiáng)夯加固施工

鋪設(shè)好隧道棄砟石土墊層以后，并重新平整地面，整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的高程控制在261.54—261.87米之間，然后用石灰標(biāo)識(shí)出第一遍夯擊點(diǎn)的位置，起重機(jī)就位，將夯錘對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的夯點(diǎn)位置，測(cè)量夯前錘到頂高程的距離，如果不足則需要調(diào)高位置。將夯錘起吊到預(yù)設(shè)的14.8米的高度，夯錘脫鉤自由下落后，將吊鉤放下，測(cè)量錘頂?shù)礁叱痰木嚯x。測(cè)量得出第一擊的夯實(shí)沉量控制在0.1—0.3米；第二擊的夯沉量控制為0.2—0.25米；第三擊的夯沉量控制在0.1—0.15米；第四擊的夯沉量控制在0.1—0.15米；第5擊的夯沉量控制在0.08—0.1米；第六擊的夯沉量控制在0.05—0.08米之間；第七擊的夯沉量控制在0.05—0.07米之間；第八擊的夯沉量控制在0.04-0.05米之間；局部地區(qū)夯點(diǎn)打到了9—12擊才達(dá)到設(shè)計(jì)要求。夯擊點(diǎn)累計(jì)夯沉量大致在0.6—1.2米，夯抗周圍的隆起量控制在0.1米，隆起量不大。在夯實(shí)過(guò)程中，部分夯錘可能存在傾斜夯實(shí)的現(xiàn)象，所以需要用回填土將其坑底填平，確保整個(gè)夯錘的水平。按照上述施工步驟，將下沉量小于等于5厘米沒(méi)有夯錘的夯點(diǎn)進(jìn)行夯擊，分別夯擊完成設(shè)計(jì)的全部夯點(diǎn)，然后用推土機(jī)將這些夯坑全部填平。間隔一個(gè)星期以后，根據(jù)上述步驟進(jìn)行第二遍夯擊。第二遍夯擊完成以后，用推土機(jī)將夯坑全部填平，并用小夯錘進(jìn)行滿夯，從而進(jìn)一步調(diào)高整個(gè)地基表層土的夯實(shí)效果，確保夯實(shí)密度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.2.4施工監(jiān)測(cè)

由于鐵路工程施工地質(zhì)條件比較復(fù)雜，施工過(guò)程中可能由于操作不當(dāng)或者控制不當(dāng)，導(dǎo)致夯擊的位置沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置，從而影響到實(shí)際夯實(shí)的效果。所以夯實(shí)結(jié)束以后，需要檢查夯錘重和落距，確保夯擊的能量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以免影響夯實(shí)效果。為了避免夯實(shí)過(guò)程中夯點(diǎn)放線錯(cuò)誤，每一次夯擊之前，需要檢查夯點(diǎn)位置和每一個(gè)夯點(diǎn)夯擊次數(shù)以及夯擊的沉落量，發(fā)現(xiàn)漏夯時(shí)，需要及時(shí)補(bǔ)充。

2.2.5強(qiáng)夯施工檢測(cè)驗(yàn)收

2.2.5.1地基系數(shù)、壓實(shí)系數(shù)、孔隙率檢測(cè)

為了確保強(qiáng)夯加固效果，地基夯實(shí)以后還需要檢查實(shí)際夯實(shí)效果。夯實(shí)加固驗(yàn)收時(shí)，檢查各項(xiàng)指標(biāo)是否符合實(shí)際要求。地基系數(shù)K30≥110KPa，壓實(shí)系數(shù)Kh≥0.95，承載力≥200KPa，孔隙率n<28。強(qiáng)夯施工結(jié)束兩個(gè)星期以后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，檢查表層的地基系數(shù)K30、Kh、n等指標(biāo)，經(jīng)過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果如下：通過(guò)平板載荷儀檢查夯實(shí)地基的六個(gè)夯實(shí)點(diǎn)，得到地基系數(shù)分別為：128MPa、152MPa、144MPa、130MPa、126MPa、147MPa；將表層墊層挖開以后，用灌砂法檢查表層黏土的壓實(shí)系數(shù)，選擇六個(gè)夯實(shí)點(diǎn)夯實(shí)系數(shù)Kh如下：0.98、0.99、1、0.98、0.99、0.99；選擇六個(gè)夯實(shí)點(diǎn)，使用密度濕度儀器檢查夯實(shí)表層的孔隙率n，得到以下結(jié)果：19.5、16.2、15.7、18.6、16.4、14.2。

2.2.5.2重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

夯實(shí)路段施工前，在路基基底選擇3個(gè)點(diǎn)做重型動(dòng)力觸探測(cè)試，得到測(cè)試深度為6米，夯實(shí)17天以后，選擇3個(gè)點(diǎn)做重型動(dòng)力觸探測(cè)試，得到測(cè)試深度同樣為6米，檢測(cè)結(jié)果如下表：

2.2.5.3靜荷載試驗(yàn)

夯實(shí)結(jié)束17天以后，選擇5個(gè)點(diǎn)作為該路段路基基底的靜荷載試驗(yàn)，得到檢測(cè)結(jié)果如下表：

2.3夯實(shí)加固效果

通過(guò)對(duì)地基系數(shù)、壓實(shí)系數(shù)、孔隙率等指標(biāo)的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)效果符合進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，路基基底強(qiáng)夯面以下1.5米范圍，地基夯實(shí)以后承載能力提高了2倍多，夯實(shí)面以下1.5-2.4米地基承載能力比夯實(shí)后提高了1.4倍，強(qiáng)夯面以下2.4-4.3米范圍，地基承載力比提高了0.4倍，夯實(shí)加固深度達(dá)到路基施工要求。其中以強(qiáng)夯面以下2.4米以下的范圍內(nèi)加固效果最好。通過(guò)對(duì)軟弱基地加固后的靜荷載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)檢驗(yàn)荷載承載力大于200KPa，表明在靜荷載檢測(cè)深度在0.8-1.2米范圍內(nèi)，地基承載力滿足施工要求，所以地基表層土層可以作為路基基礎(chǔ)的主要持力層。

3 夯實(shí)加固常見(jiàn)問(wèn)題

夯實(shí)加固過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)下沉量達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、影響深度不夠等問(wèn)題。夯實(shí)加固以后達(dá)不到下沉量控制標(biāo)準(zhǔn)可能是由于淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)土在夯實(shí)過(guò)程中，產(chǎn)生液化現(xiàn)象或者地基土含水量過(guò)大，導(dǎo)致側(cè)向擠出現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，必須在強(qiáng)夯土層面上鋪設(shè)0.5-2米的砂石，然后進(jìn)行夯實(shí)。如果軟土含水量過(guò)多，則適當(dāng)降低夯實(shí)能量；強(qiáng)夯深度達(dá)不到影響深度問(wèn)題主要是由于土質(zhì)不均勻，下部存在砂卵石夾層，在夯實(shí)過(guò)程遇到孤石或者不成片的砂礫石，夯實(shí)點(diǎn)過(guò)密等原因?qū)е?。夯?shí)前，必須勘查地質(zhì)情況，及時(shí)清除土層的障礙物，進(jìn)一步優(yōu)化夯實(shí)方案。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)路基基底進(jìn)行夯實(shí)加固處理以后，發(fā)現(xiàn)夯實(shí)以后，路基基層系數(shù)、壓實(shí)系數(shù)以及孔隙率滿足施工各項(xiàng)要求，可將其作為鐵路路基其他地段軟土地基處理的參考系數(shù)。在強(qiáng)夯施工過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，不斷修正設(shè)計(jì)參數(shù)，從而更加符合實(shí)際施工要求。

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（作者單位：中鐵六局集團(tuán)北京鐵路建設(shè)有限公司）