强夯置换法在岛状冻土特殊路基处理中的应用

赵福宁，赵雨军

(中铁十五局集团第七工程有限公司，河南洛阳 471002)

1 工程概况

内蒙古省道203线一级公路位于呼伦贝尔市，所在区域为连续多年冻土与季节冻土的过渡带，属于大小兴安岭高纬度冻土带，是古代冰河期转为间冰期的产物，形成于第四纪冰川气候时代。ADTJ-06标段全长17 km，软基3.94 km。本线路沿途存在湿地及季节性冻土地段，夏季湿地积水、土壤饱水会形成软弱路基病害，冬季大范围结冰则形成路基冻胀病害，属典型的严寒地区特殊路基。冻土多呈岛状零星地分布于融区中，多见于沼泽区的塔头草或泥岩层下，特别是在山区背风坡处和阴坡处。岛状冻土面积不大，含冰量大［1］。

该线路地处高寒地区，纬度47°～53°，施工期短，只有5月至9月能施工，年平均气温－1.5℃。地貌主要是草原、林地和农田，地下水位偏高，湿地、塔头、水甸地段非常多，该地区公路施工中特殊路基处理得当与否影响着公路的使用寿命。

K101+400—K101+900，K109+550—K110+180，K116+655—K116+810三段岩性为沼泽沉积和湖泊沉积的淤泥质粉质黏土和软塑～流塑黏性土等，黑灰色、灰色，强度低。岛状冻土厚度一般为0.5～3.5 m。地表水丰富、水草茂盛，土体中腐植质含量大。由于地表水较发育，地下水埋深较浅，路段内的软弱土体含水量大，呈软塑状态、力学强度低、具高压缩性和蠕变性，工程地质性能较差。需要对其进行加固处理。

2 强夯置换法施工

强夯置换法在呼伦贝尔市公路特殊路基施工中首次使用，是高寒地区针对岛状冻土施工的一个新措施。K101+400—K101+900等三段地质条件比较复杂，岛状冻土较多。原设计用片石抛填或挖换，如果采用抛石挤淤，冻土层会发生溶沉对整个路基的质量产生影响，而挖除冻土工期长施工难度大。通过对冻土路基融沉机理研究后决定采用强夯置换法。

强夯置换区段岛状冻土的上限在1.0～1.7 m，下限在2.5～4.5 m，厚度为1.5～3.5 m。冻土层较薄，埋深较浅，处于退化阶段，极不稳定［2］。岛状多年冻土处理前工程地质剖面见图1。

图1 岛状冻土工程地质剖面

2.1 施工工艺

强夯置换法施工前消除地表草皮将原地面50 cm范围内软弱土层挖除，然后抛填厚1.0～1.5 m片石形成工作面，布点钻孔至传力层后，通过强夯形成片石墩对地基进行加固处理，桩径1 m，处理深度7 m［3］，见图2。要求强夯桩体穿透地基下部冻土、软土层，形成片石支撑墩。强夯结束后铺设3层土工格栅，每层土工格栅上面填铺30 cm厚天然级配砂砾。每次夯击前均应采用片石回填夯坑。回填片石粒径不大于15 cm，采用不易风化的片石，强度不小于4级［4］。

图2 强夯置换剖面(单位:cm)

施工时采用了点夯与满夯结合的方式，点夯夯能为3 000 kN·m，每个夯击点总夯击不小于10次，一般在13次左右，具体根据现场试夯确定次数。点夯完成后进行满夯，满夯夯能为1 000 kN·m，夯击3遍。点夯采用直径1.2 m夯锤，锤重为17.5 t;满夯采用直径2.0 m 夯锤，锤重为 12 t［5-7］。

2.2 施工步骤

1)清理并平整施工场地，表土松软铺设一层厚度为1.0～1.5 m的片石施工垫层。

2)标出夯点位置，并测量场地高程。

3)起重机就位，夯锤置于夯点位置。

4)测量夯锤距离地面高差，根据锤重计算夯击能。

5)夯击并逐击记录夯坑深度。当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，向坑内填料直至与坑顶平，记录填料数量，如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准，完成一个墩体的夯击。

6)按照路基中线由内向外，隔行跳打原则完成全部夯点的施工。

7)推平场地，用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。

8)强夯结束后铺设3层土工格栅，每层土工格栅上面填铺30 cm厚天然级配砂砾，并分层碾压密实。

3 施工质量控制要点

强夯置换施工时应注意以下几点:①片石墩必须穿透地基下部冻土、软土层;②最后两击平均夯沉量＜5 cm;③夯坑周围地面不发生较大隆起，满夯锤印搭接不小于1/4锤径;④垫层材料粒径≤5 cm，含泥量不超过5%;⑤土工格栅搭接长度≥20 cm，上、下层接缝错开铺设，错开长度＞50 cm。土工格栅采用单向型聚乙烯格栅，拉伸屈服强度≥60 kN/m。

4 结语

岛状冻土段特殊路基采用强夯置换法处治后，由于置换材料采用天然片石，起到阻断毛细水上升的作用，防止了路基冻胀及盐对路面结构层的腐蚀。从观测结果来看，经该方法处治后岛状冻土路基具有强度高、冻胀系数小、地基土固结迅速、侧向变形范围小等特点。在施工过程中具有施工机械简单、施工速度快、质量容易控制、检测方法简单的优点。值得类似工程借鉴。

［1］杨洁铭，杨平.冻土冻涨融沉的研究进展［J］.南京林业大学学报:自然科学版，2004，28(4):105-108.

［2］王铁宏.新编全国重大工程项目地基处理工程实录［M］.北京:中国建筑工业出版社，2005.

［3］水伟厚.冲击应力与10 000 kN·m高能级强夯系列试验研究［D］.上海:同济大学，2004.

［4］王铁宏，水伟厚，王亚凌，等.强夯法有效加固深度的确定方法与判定标准［J］.工程建设标准化，2005(3):27-38.

［5］徐华轩，范强慧.京沪高速铁路某路段强夯置换碎石墩地基加固工艺的试验研究［J］.铁道建筑，2009(7):125-127.

［6］侯芸.季节性冰冻地区土基冻胀力的理论计算研究［D］.哈尔滨:哈尔滨建筑工程学院，2000.

［7］徐玉胜，赵有明，高明显.强夯置换法处理软土地基的模型试验研究［J］.铁道建筑，2011(1):77-80.