高速公路紅黏土路床強(qiáng)夯置換處理應(yīng)用實(shí)例

王孟哲，楊仁生 （中交第三航務(wù)工程局有限公司交建工程分公司，上海 200000）

1 工程概況

望東長江公路大橋高速項(xiàng)目15+550～K15+770段為深路塹挖方段，路床表面為高液限黏土夾塊石（石筍或孤石），軟土區(qū)域地基承載力不能滿足要求?，F(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)該段高液限紅黏土透水性較差。紅粘土路基具有干硬時(shí)強(qiáng)度高，堅(jiān)硬不易挖掘，不易壓實(shí)，但吸水后能長時(shí)間保持水分，承載力小、穩(wěn)定性差、具有較大的可塑性、弱膨脹性和粘性。導(dǎo)致該段路床彎沉檢測(cè)無法滿足設(shè)計(jì)要求，需對(duì)其進(jìn)行處理。

2 方案選擇

為緩解該段路床軟硬不均的狀況，采取超挖換填的處理工藝進(jìn)行試驗(yàn)段施工。對(duì)該段路床采取挖至路床頂面以下80cm（孤石需要挖除），采用石方回填夯實(shí)50cm（壓實(shí)后再采用液壓夯補(bǔ)強(qiáng)），再填筑30cm級(jí)配碎石至路床頂?shù)奶幚矸绞?，同時(shí)兩側(cè)路塹邊溝下設(shè)置滲溝，滲溝底標(biāo)高應(yīng)較換填底標(biāo)高再加深不少于30cm。處理完后按照96區(qū)路床標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行彎沉檢測(cè)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)處理完后彎沉代表值為388.3（0.01mm），不能滿足設(shè)計(jì)要求。

通過多方論證，認(rèn)為該段路床溶蝕現(xiàn)象發(fā)育顯著，以土石混雜分布，有突出地面的石筍、溶蝕后的孤石、高液限黏土以及含礫黏土，經(jīng)路床換填處理，處理效果及深度有限，無法滿足高速公路路床要求。如果增加處理深度，屬于深基坑作業(yè)，需增加安全防護(hù)措施，安全施工難度大，且無法完全確定換填深度，無法滿足工期和質(zhì)量要求。最終通過專家論證，確定對(duì)15+550～K15+770段高液限紅黏土路床采用強(qiáng)夯置換碎石樁處理。

3 施工方案

3.1 設(shè)備選擇及相關(guān)參數(shù)

根據(jù)試驗(yàn)段施工。強(qiáng)夯錘高2.2m，直徑1.2m，重21t，提錘高度10m。采用正方形布點(diǎn)，夯點(diǎn)間距2.5m。第一遍為主夯點(diǎn)，第二遍為副夯點(diǎn)，副夯點(diǎn)按規(guī)定間距在各主夯點(diǎn)位中間穿插進(jìn)行，強(qiáng)夯置換范圍超出路床范圍外至少1m，坡腳外至少設(shè)置一排強(qiáng)夯點(diǎn)。第三遍為低能量滿夯，夯時(shí)搭接1/4夯錘直徑。

強(qiáng)夯置換機(jī)械采用帶有自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)，夯錘的質(zhì)量不應(yīng)超過期中機(jī)械額定的起重質(zhì)量，且的履帶式起重機(jī)臂桿端部設(shè)置輔助門架及其他安全措施，防止在施工時(shí)機(jī)架傾覆。本次施工采用宇通QH600，設(shè)備滿足安全和施工要求。

3.2 驗(yàn)收控制標(biāo)準(zhǔn)

強(qiáng)夯置換設(shè)備采用21t夯錘，提錘高度10m，單擊夯能2100kN.m。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ-79-2012）中6.3.3.2.1規(guī)定，采用最后兩擊的平均沉降量進(jìn)行驗(yàn)收控制。因單擊夯擊能E＜4000，以連續(xù)兩次夯擊沉降差不大于5cm為控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 強(qiáng)夯置換施工步驟

①清理現(xiàn)場，對(duì)路床部分的紅粘土全部清除，路床范圍內(nèi)突出孤石全部挖出，并采用塊石回填50cm，塊石粒徑不大于30cm，要求質(zhì)地堅(jiān)硬且未分化，用重型壓路機(jī)壓實(shí)；

②用灰線標(biāo)出主副夯點(diǎn)位置，并測(cè)量場地高程；

③起重機(jī)就位，夯錘置于夯點(diǎn)位置，保證每一次夯錘中心與夯點(diǎn)中心重合，誤差不超過10cm，夯擊前檢測(cè)夯錘重量及落距，保證夯擊能；

④測(cè)量夯錘頂高程，每一次夯擊前需測(cè)量錘頂高程，以便計(jì)算每次夯擊沉降量，同時(shí)需在夯擊前計(jì)算好吊錘鋼絲繩長度，保證起吊高度；

⑤每次夯擊前對(duì)夯點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，夯完后檢查夯點(diǎn)位置，如果發(fā)現(xiàn)偏位或者漏夯及時(shí)糾正；

⑥先夯擊主夯點(diǎn)，待滿足間歇時(shí)間，待超靜孔隙水壓力擴(kuò)散后進(jìn)行副夯點(diǎn)施工，不可主副夯點(diǎn)連續(xù)施工；

⑦強(qiáng)夯置換施工時(shí)需保證夯坑垂直，保證夯擊時(shí)不會(huì)因?yàn)楹诲N晃動(dòng)而減少夯擊能力。夯擊并逐擊記錄夯擊次數(shù)及夯坑深度，當(dāng)夯坑過深而發(fā)生起錘困難時(shí)停夯，用挖機(jī)或者人工向坑內(nèi)回填塊石直至與坑頂平，并記錄填料數(shù)量，如此重復(fù)直至滿足規(guī)定的要求（主夯點(diǎn)：連續(xù)夯擊沉降高度不大于5cm；副夯點(diǎn)：連續(xù)夯擊沉降高度不大于5cm；滿夯夯擊沉降高度不大于3cm）及控制標(biāo)準(zhǔn)完成；

⑧由內(nèi)向外，隔行跳打原則完成全部夯點(diǎn)施工，強(qiáng)夯置換施工在路基坡腳外至少設(shè)置一排夯點(diǎn)，地面不能有過大的隆起，隆起高度不得超過40cm，并對(duì)隆起部分全部挖出，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，采用人工降低地下水位，施工前宜將地下水位將至坑底面以下2m，施工時(shí)，坑內(nèi)或場地積水應(yīng)及時(shí)排除；

⑨點(diǎn)夯施工完成后測(cè)量場地標(biāo)高，超出設(shè)計(jì)高程部分將頂面塊石挖除，清除底部土質(zhì)部分，然后用塊石回填。

⑩沿線路中心線方向設(shè)置一條0.5m×0.5m縱向塊石滲溝，每隔50m設(shè)置一道0.5m×1.0m橫向滲溝，滲溝接兩側(cè)路塹邊溝底部滲溝，嚴(yán)格控制滲溝底標(biāo)高，做到排水通暢，地下水能通過橫、縱向滲溝流至路基范圍以外；

[11]推土機(jī)推平場地，用低能量滿夯，將場地表層夯實(shí)，壓路機(jī)壓實(shí)，同時(shí)測(cè)量夯擊后場地高程，鋪設(shè)級(jí)配碎石墊層，并分層碾壓密實(shí)。

3.4 注意事項(xiàng)

強(qiáng)夯置換填料采用未分化塊石，塊石粒徑控制一般在40cm以內(nèi)，最大粒徑不大于60cm。施工過程若發(fā)生夯錘斜歪，應(yīng)暫時(shí)停止夯擊，并及時(shí)將夯坑底整平再夯。在靠近涵洞、擋墻等構(gòu)造物附近施工時(shí)，強(qiáng)夯置換施工一定要遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)物外6m作業(yè)，以保證結(jié)構(gòu)物安全。測(cè)量儀器架設(shè)在距離夯點(diǎn)30m遠(yuǎn)處。夯機(jī)操作室前應(yīng)安裝牢固的安全防護(hù)網(wǎng)，在每次施工前需認(rèn)真檢查滑鉤、鋼絲繩等使用狀況。夯錘下落時(shí)，機(jī)下施工人員應(yīng)距夯點(diǎn)30m外或站在夯機(jī)后方，不可在夯擊作業(yè)范圍內(nèi)活動(dòng)。

4 效果檢測(cè)

在完成段落主副夯點(diǎn)，并在路床全斷面滿夯完成后的一定時(shí)間才對(duì)路基進(jìn)行檢測(cè)，因考慮到超孔隙水壓力擴(kuò)散時(shí)間，對(duì)于滲透性較差的黏性土間歇時(shí)間不應(yīng)少于21d，并結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，在第4周對(duì)該段路基進(jìn)行彎沉檢測(cè)。檢測(cè)設(shè)備采用5.4m貝克曼梁，配合BZZ-100彎沉車，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)處理完后彎沉代表值為104.3（0.01mm），滿足設(shè)計(jì)要求。該段路基目前已通車3年，路面無反射裂縫及網(wǎng)狀裂縫，處理效果良好。

5 效果原因分析

5.1 形成碎石墩增加承載力

強(qiáng)夯置換利用重錘高落差產(chǎn)生的高沖擊能將塊石強(qiáng)力擠入路基中，在路基中形成一個(gè)一個(gè)的碎石墩，置換形成一個(gè)個(gè)碎石墩，以提高地基承載力，減小沉降。在強(qiáng)夯置換過程中，土體結(jié)構(gòu)破壞，地基土體產(chǎn)生超孔隙水壓力，但隨著時(shí)間的增加，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)得到恢復(fù)。在利用塊石夯入路基中形成碎石墩，利用碎石墩的增加路床的承載力，可以有效解決路床彎沉不合格狀況。

5.2 強(qiáng)夯碎石樁體具有良好透水性

強(qiáng)夯置換通過夯入塊石形成了一個(gè)個(gè)塊碎石墩，夯入土中的塊碎石墩體由于夯擊粉碎已具有較好的級(jí)配，是紅粘土地基一個(gè)良好的排水通道，它能起到類似袋裝砂樁的效果，能夠縮短強(qiáng)夯產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力的水平向滲透途徑，加速夯間土的固結(jié)。同時(shí)通過在路基增加橫向及縱向塊石滲溝，為從強(qiáng)夯置換樁中的水排出路基提供條件，保證路基干燥，解決了紅粘土吸水后能長時(shí)間保持水分、吸水后承載力小、穩(wěn)定性差的問題。

6 結(jié)論

15+550～K15+770段溶蝕現(xiàn)象發(fā)育顯著，以土石混雜分布。通過對(duì)突出的石筍鑿除或爆破至路床頂面以下30cm，對(duì)發(fā)現(xiàn)的孤石予以挖除，并通過采用強(qiáng)夯置換法處理紅粘土路床，塊石與土體形成墩柱狀，對(duì)路基承載力進(jìn)行了加強(qiáng)，同時(shí)增加了地下水排水通道，保證了路床干燥，充分利用高液限紅粘土干硬時(shí)強(qiáng)度高特性，進(jìn)一步增加路床承載力，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。

強(qiáng)夯置換適用于紅粘土及回填土，可以減少路床的范圍類換填開挖工程量。相比其他樁類處理工藝，降低了工程造價(jià)和大幅度縮短了施工工期。因塊碎石樁體可以形成豎向排水通道，有利于長期保持路床干燥，大大減少了路基遇水承載了不足的問題。