浅议强夯处治高填方路基

杨建斌

1 强夯原理及适用范围

高填路堤一般情况下处于山岭重丘区,且地形狭窄复杂多变地段。其一般填土深度较高,分层碾压有时机械不能正常有效作业,致使该处路基稳定性程度略低。在外部荷载特别是长期荷载作用下,填土的沉降变形较大,极易破坏其上路基的稳定性并影响行车质量。强夯原理在于通过重物夯击对路基填料施以强大的外部作用力,减小填料的孔隙比,排除填料中孔隙水,降低其含水量;填料在排水固结后结构得到改善,承载力提高,承受外界荷载时填料的沉降量较小,从而有力保证了路基的稳定性和行车质量。强夯适用于含水量较高的粘性土、湿陷性黄土地基施工,此外还可用于碎石、砂土及人工填筑地基施工。

2 强夯所用机械设备

2.1 履带式起重机

一般采用起重能力在15 t以上的履带式起重机,具有行走方便、稳定性好等优点。起重机要有一定的起落高度,多在10 m～15 m。

2.2 夯锤

夯锤通常采用钢铁材料制作,现实施工中普遍用厚钢板作外壳,内部焊接骨架后再浇筑混凝土制成。忻保三标路基施工现场地表土为粘性土,设计要求锤重 10 t～12.5 t,锤底静压力值25kPa～35kPa之内。

2.3 自动脱落装置

夯锤可采用两种落地方法:1)高处脱落,在自重作用力下加速下落;2)不脱落,由起重机吊钩适当牵引坠落。相比而言,第一种方法夯锤落地速度较快,夯击效果最好;且夯锤下落时与起重机分离,能有效避免损伤起重机,保证施工安全。现实生产中多采用第一种落地方法,设置自动脱落装置,在重锤起到规定高度时自动放开夯锤。自动脱落装置应具备一定的钢度,确保安全,且要施工灵活,操作方便。

3 施工工艺

3.1 平整场地

夯锤脱落后起重机会自动产生轻微振颤。由于夯锤较重、提升较高,夯击设备整体重心较高,为防止生产中起重机颠覆,除增设必要的安全装置外,还应该用推土机将施工现场进行整平处理。

3.2 测量放样

首先对路基中桩进行放样,然后依据图纸准确放出夯点位置,同时用白灰将夯点标记清晰。

3.3 夯点布置及要求

夯点位置可根据现场实际地形情况,采用三角形、梅花形或正方形布置,夯点间距和夯击次数应由试夯取得。忻保工地高路堤强夯设计处理有两种:1)基底处理单点夯击能为2000kN◦m,单点击数为8击,夯点间距4 m,主、副夯完成后进行全幅满夯,满夯能量1000kN◦m,单点击数1击。满夯时夯点彼此搭接1/4(对圆夯锤,可按夯锤直径的1/4进行搭接)。2)分层处理单点夯击能为 1500kN◦m,单点击数为 6击,夯点间距 3.5 m,主、副夯完成后进行全幅满夯,满夯能量800kN◦m,单点击数1击。

等腰三角形布置夯点,夯点间距为1.8倍锤径;夯击分两遍,第一遍夯击偶数编号的主夯点,第二遍夯击奇数编号的主夯点,最后满夯(满夯夯击能分别为1000kN◦m,800kN◦m),满夯每点一击,夯点以梅花状排布,夯痕间以1/4d搭接。

3.4 夯击

1)起重机就位,夯锤对准夯点位置;

2)测量夯前夯点原地面标高;

3)根据夯击能和锤重算出夯锤落距。起重机吊锤,在起重机倾覆临界角丈量落距,并用红油漆画出警戒标记;

4)将夯锤吊到预定高度后脱落重锤进行夯击;

5)测量夯击后夯点地面标高,计算每锤沉降量,达到设计要求时停止夯击。观测时仪器要远离夯点,避免强夯引起的振动影响测量效果。

3.5 夯击标准

各个工程项目设计止夯标准不尽相同。忻保工地单点夯击同时满足下列1)或2)条件中a,b两项便可止夯,完成一个点的夯击:

1000kN◦m(1500kN◦m)强夯 。

1)a.同一夯位最后两击的平均夯沉量小于10cm;b.单位面积累计夯击能大于1000kN◦m(1500kN◦m)。

2)a.单点夯击次数不小于8(6)击;b.夯坑深度大于60(80)cm;c.重复以上工序,完成所有夯点夯击。

4 施工注意事项

1)强夯处理范围应比路基稍大,忻保工地设计强夯范围为高路堤基底护坡道之内区域。

2)夯击产生的振动力较大,应避免对附近结构物的振动影响。

3)夯击时锤底要保持平稳,夯点准确,如错位或坑底倾斜过大,应用砂土或其他透水性材料将坑底整平。

4)为减少工后沉降,确保路基的稳定性,对填土高度大于16 m的路段进行强夯处理,路床地面以下每填筑4 m强夯补强一次。为保证施工质量,在正式施工前应选取试验段进行试夯,以确定最佳夯击能量、夯击次数等指标,以正确指导施工。

5 强夯施工总结

山西省忻州—保德段路基桥涵工程第三合同段RK21+395～RK21+470段为高填方路基,最初设计采用 2000kN◦m,1000kN◦m,1500kN◦m,800kN◦m四种强夯。后因强夯施工周期太长,无法满足整体工期要求而变更。变更后仅部分路段采用1000kN◦m,1500kN◦m 强夯。

强夯施工于基底铺设碎石垫层前曾在某一地段进行了1000kN◦m的点夯,夯锤重12.5 t。从几个试夯点来看,第 1,2击沉降较大,为18cm～20cm,以后逐渐增加;至第8,9击时沉降最小,仅为4cm～6cm,总沉降量有 28cm～35cm。分析认为是高填方路堤基底承载力较高,原地地表土松散,需采取强夯补强夯处理;至第6击后沉降趋于稳定,每击沉降量5cm～8cm左右,尚达不到设计止夯标准(前后两击沉降值差5cm);10击左右时夯坑深达0.5 m～0.7 m,因夯坑过深起锤困难未再夯击。铺筑30cm厚碎石渣垫层后,按变更后的止夯标准(见上),基本上6击便可达到止夯条件1)。

强夯7 d后从夯击终止时的夯面起至其下5 m深度内,竖向每隔50cm采取土样进行试验,发现强夯后地表4 m内土质结构得到了较好的改善,土的孔隙比大大减小,含水量明显降低,路基基底土的容许承载力增大,超过上部路基产生的压力(路基填筑高度约为23 m),按设计要求不再采取预留沉降量。

总而言之,路堤沉降不论地基和路堤都是难免的。试验研究成果表明,高路堤地基沉降在路基施工结束时基本完成,而堤身的沉降则要在施工结束后缓慢完成,且路堤越高沉降时间越长。过去大多预留沉降量使路堤沉降后仍能符合设计要求高度,但高速公路纵坡要求严格,不可能由于预留沉降量使路面纵坡在短距离内起伏变化,也不可能在其沉实后再调整路面高度,沉降量的调整难度相当大,因此不采取沉降量,要在施工填筑过程中,严格控制分层填筑的厚度,填料的强度应达到要求,压实度达到压实标准,做好施工计划,对高填方路段提早施工,或采取强夯手段等有效措施,可使其快速自然沉降,尽量减少工后沉降量。

[1] 付晓光,薛相涛,闫小兵.强夯技术在湿陷性黄土路基施工中的应用[J].山西建筑,2009,35(8):302-303.