强夯法加固处理土石混填路基的施工参数分析

贺志彬

强夯法加固处理土石混填路基的施工参数分析

贺志彬

（安阳市恒达公路发展有限责任公司，河南 安阳 455000）

针对强夯法加固处理土石混填路基压实质量控制的实际需要，通过大量的现场强夯试验，采用瑞雷波测试技术，分析强夯对路基冲击压实的实际效应和主要影响因素，探讨不同的击实功和虚铺厚度与路基密实程度的相关关系，确定强夯的有效加固处理影响深度，并采用动力触探方法对强夯加固效果进行验证分析。在此基础上，给出该试验路段强夯施工的合理夯击能和虚铺厚度等施工参数，并优化强夯施工方案。

强夯；土石混填路基；有效加固深度；瑞雷波；动力触探

在山区修筑干线公路填方路段多采用土石混合料作为路基填料，由于土石混填路基填方料颗粒粒径范围大且难以控制，加之其含水量极不均匀，在实际工程中，路基施工困难、施工质量得不到可靠保证。为了保证施工质量和减少工后不均匀沉降，在路基修筑过程中一般采用强夯法施工。

强夯法是建筑工程、水利工程、公路工程地基处理中比较常用的方法之一。赵炼恒等［1］进行了土石混填路堤强夯加固的大型现场动应力测试试验，采用量纲分析结合选取修正系数的方法给出了土石混填路堤强夯加固深度的计算公式。贾学明等［2］采用测量瑞雷波速度的方法来评价强夯加固处治措施的效果，并且应用该方法对部分梁长高速公路的路基压实度进行了评价。何长明等［3］结合现场实验，通过建立强夯土体变形的理论分析模型，得到了夯沉量与孔隙率、压实度和夯距的关系。王金学等［4］在土石混填路基强夯施工过程中，利用多道瞬态瑞雷波勘探技术对夯击有效加固深度参数进行了定量测试。王金学［5］利用多道瞬态瑞雷波勘探技术，研究了土石混填路基在进行强夯施工的过程中不同夯击能下的最佳夯击次数和最佳夯间距，改进了土石混填路基的强夯施工工艺。马清文等［6］通过大量的现场强夯试验，分别采用瑞利波、动力触探和固体体积率检测等手段进行检测，得到强夯加固快速检测评价的方法。王清洲等［7］应用瑞雷波波速检测、弯沉检测、承载板试验等无损检测技术对超大粒径土石混填路基强夯试验段施工质量进行检测，确定了山区超大粒径土石混填路基施工的工程经验法施工的参数和指标。宋杨等［8］用多道瞬态瑞雷波检测技术对土石混填路堤进行检测，确定不同夯击能的有效加固深度，优化了原有土石混填路堤的施工方案。严稳平等［9］通过对3种夯击能下不同夯点间距和土石比的组合，对土石混合填筑地基进行了强夯试验研究。

为了研究在强夯过程中强夯的夯击能量和夯击次数对填方路基压实效果的影响，分析在不同的夯击能量时强夯的影响范围和有效加固深度，本文在强夯施工的试验段，针对不同的夯击能量（或夯击次数）和虚铺厚度，分别在选定的试验点依次进行瑞雷波检测和动力触探检测试验，对强夯的加固效果及影响范围进行评价分析，从而为制定合理的强夯施工方案提供技术依据。

1 试验方案

由于施工现场的路基填料来源主要是附近山区路段挖方段的弃料，其土石比较难控制。根据现场情况，将石料的最大粒径以不超过30cm作为主要控制标准。通过选择有代表性的土石混填路基段作为试验路段进行强夯试验，并采用瑞雷波和动力触探分别检测强夯路段的压实效果。

1.1 强夯参数

试验方案的虚铺厚度设定为1.2m和1.5m两种情况，根据现场施工条件，选择使用10t的重锤，落距分别选为8.5m（夯击能量为850kN·m）和10.5m（夯击能量为1 050kN·m）。夯点按三角形布置，夯点设计间距为3m。试验布置如图1所示。

图1 夯点及瑞雷波测线布置示意图

1.2 检测手段

采用瑞雷波和动力触探试验对强夯处理地基的密实效果分别进行检测。

1.2.1 瑞雷波法。瞬态瑞雷波法测试原理如图2所示。选用合适大小的力锤在震源位置进行锤击激发信号，通过对传感器拾取的时域信号进行综合分析后转换为频域信号，瑞雷波频率的不同所对应的波长也不同，其影响深度也不同，反映的是介质在不同深度范围内的特性。不同频率与波长的关系构成了测点位置的频散曲线，通过对频散曲线的分析，确定各分层介质的分层界面及对应的波速，再将瑞雷波波速与分层介质的物理力学参数之间建立相关关系，就可实现基于瑞雷波方法进行公路质量无损检测。本次测试采用河南省道路检测工程技术研究中心基于虚拟仪器技术开发研制的瑞雷波测试系统。

图2 瞬态瑞雷波法测试原理示意图

对于每个夯击点均布置了5个瑞雷波测试点，相邻两个瑞雷波布置点间距2m，具体布置情况如图3所示。在现场试验过程中，对这些瑞雷波测试点分别在夯击前、3击后、5击后、7或8击后（夯击完成后）进行了瑞雷波测试，从而确定强夯冲击影响范围（纵向和横向），检测不同夯击能对路基密实度的作用效果，进而做出分析评价。

图3 瑞雷波测点布置示意图

1.2.2 重型圆锥动力触探。由GB50021-2001《岩土工程勘察规范》可知，动力触探在岩土勘察中应用广泛，分为轻型、重型和超重型三种。根据土石混填路基特点，现场选取重型圆锥动力触探，其技术指标见表1。

严格按试验方法先将圆锥打入土中10.0cm，然后再记录每贯入10.0cm的锤击数作为触探指标，一直贯入到下一层顶面为止。贯入时使穿心锤沿钻杆自由落下，触探杆最大偏斜度不应超过2%。打入过程中尽可能连续锤击，同时防止锤击偏心、探杆倾斜和侧向晃动，保持探杆垂直度。

表1 重型圆锥动力触探技术指标

1.3 试验步骤

在不同夯击能量和夯击次数的试验点依次进行瑞雷波、固体体积率和动力触探方法进行相关的检测试验。具体步骤如下：

①虚铺厚度为1.5m时，要求场地尽可能平整，以便开展测试工作。首先，选定检测试验测点，布置瑞雷波检测线，强夯前先用瑞雷波测试仪进行检测。②选用单击夯击能850kN·m的重锤，对选定的夯击点进行夯击。3次夯击后，用瑞雷波进行检测。然后继续进行夯击，在第5、7次夯击后用瑞雷波进行检测试验。在此过程中需及时测定其每一击的沉降差，判定其是否满足相关要求（最后两次夯击的平均沉降差不大于3.5cm），同时分别用沉降观测仪、数码相机和摄像机记录夯击点周围的变形情况。如果不满足相关要求，则进行第八次夯击，以后每次夯击之后都要进行相关检测，直到满足要求为止。③重复以上过程，共选择6个夯击点进行测试，并选取其中3个点做标记，在沉降差满足要求后进行动力触探试验，并观察其大粒径岩石的破碎情况。④选定另外6个夯击点，采用单击夯击能1 050kN·m进行夯击，步骤如上。⑤虚铺厚度为1.2m时，重复上述步骤进行测试。

2 试验结果及分析

2.1 瑞雷波法

为了研究不同夯击能在不同虚铺厚度情况下对路基的压实效果，在满足夯击试验要求的情况下，经过统计分析，在试验区第一次的虚铺厚度为1.5m，分别得到了前6个夯击中心点在夯击能为850kN·m时和后6个夯击中心点在夯击能为1 050kN·m时不同深度的平均波速值；在第二次的虚铺厚度为1.2m，也分别得到了前6个夯击中心点在夯击能850kN·m时和后6个夯击中心点在夯击能为1 050kN·m时下不同深度的平均波速值，其测试结果见表2。

根据表2的现场测试结果，可以得到以下结论：

①对于同一虚铺厚度，当夯击能从850kN·m提高到1 050kN·m时，夯击后路基不同深度的平均波速整体上都有所增大，增加夯击能量可以提高路基的压实效果。

②当虚铺厚度从1.2m增加到1.5m时，在同一夯击能作用下，路基不同深度的平均波速整体上都有所减少，减少幅度大致在15～30m/s。可知，虚铺厚度对路基的压实效果影响较为明显。

表2 不同夯击能及虚铺厚度情况下不同深度处平均瑞雷波波速

③对于以上4种工况，夯后路基大约在夯坑下2m深度处的平均波速达到最大值，在4m深度范围内其不同深度处的平均波速基本都能够达到300m/s，在6m深度范围内其不同深度处的平均波速值都能够达到250m/s以上。理论计算表明，剪切波速大约为瑞雷波波速的1.1倍，所以夯坑中心点不同深度处平均剪切波速大都超过250m/s。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）所提出的土的类型划分和剪切波速范围（见表3），可判定夯后的试验场地都能够达到中硬场地土的密实程度。因此，当夯击能为850～1 050kN·m和虚铺厚度为1.2～1.5m时，该路段强夯处理的有效加固深度大致为4～6m。

表3 场地土的类型划分和剪切波速范围

④与夯击能为1 050kN·m，虚铺厚度为1.5m的情况相比较，当夯击能为850kN·m，虚铺厚度为1.2m时，夯坑中心点同一深度处的平均波速都有所增大，最大增幅达到20m/s。这也表明，大的夯击能不一定就比小的夯击能施工效果好，虚铺厚度对施工效果也存在着较大的影响。因此，在制定强夯施工方案时要综合考虑夯击能和虚铺厚度等因素的综合影响。

由于土石混填路基材料的质量差异较大，现场的施工质量很难控制。为了保证路基压实的施工质量，建议采用夯击能为850kN·m和虚铺厚度为1.2m的施工方案。

2.2 动力触探法

为了保证试验路段的施工质量，在强夯试验完成后，选择部分夯坑测点进行动力触探测试。对于夯击能为850kN·m和虚铺厚度为1.2m的施工方案，动力触探测试结果如表4所示。

表4 动力触探现场测试结果

由表4中的试验结果可以看出，圆锥动力触探打入土石混填路基中10cm的锤击数均大于10。由《岩土工程勘察规范》GB50021-2001可知，强夯段土石混填路基密实度基本都能够达到中密程度，符合路基施工质量的相关要求。

3 结论

①通过理论分析和现场检测试验，重点探讨了土石混填路基在不同的夯击能量和虚铺厚度对强夯的有效加固范围的影响。结合现场实测结果，当夯击能为850～1 050kN·m、虚铺厚度为1.2～1.5m时，强夯的有效加固深度约为4～6m。②通过采用瑞雷波和动力触探检测技术对强夯效果进行现场检测，并对检测结果进行对比分析，该强夯段宜采用夯击能850kN·m和虚铺厚度为1.2m的施工方案。③由于土石混填路基的材料特性非常复杂，瑞雷波测试技术能够实现对土石混填路基压实质量进行有效的检测评价，且简便易行，快速高效，值得推广应用。

［1］赵炼恒，李亮，何长明，等.土石混填路堤强夯加固范围研究［J］.中国公路学报，2008（1）：12-18.

［2］贾学明，杨建国.土石混填路基强夯法施工质量无损检测技术［J］.重庆交通大学学报（自然科学版），2008（增刊）：945-947.

［3］何长明，李亮.强夯法补强加固土石混填路堤施工参数的确定［J］.路基工程，2009（1）：65-76.

［4］王金学，张国杰.土石混填路基强夯施工方案研究［J］.公路，2009（5）：235-239.

［5］王金学.多道瞬态瑞雷波在土石混填路基强夯施工中的应用［J］.公路，2009（2）：74-76.

［6］马清文，乐金朝，黄江华.瑞利波法在土石混填路基压实度检测中的应用［J］.路基工程，2010（2）：103-105.

［7］王清洲，刘淑艳，马士宾，等.超大粒径土石混填路基无损检测技术的应用研究［J］.公路，2011（1）：192-197.

［8］宋杨，魏连雨，冯雷.高填方土石混填路基夯实及检测技术研究［J］.河北工业大学学报，2014（5）：88-92.

［9］严稳平，王鸿运.土石混合填方地基强夯试验研究［J］.施工技术，2015（13）：47-50.

Construction Parameters Analysis of Dynamic Consolidation Method Reinforced the Rock-Soil Mixture Embankment

He Zhibin
（Anyang City Hengda Highway Development Co.,Ltd.，Anyang Henan 455000）

In order to ensure the construction quality of the soil and rock mixture embankment,the dynamic consolidation method is applied during the construction of a highway engineering in Anyang.In this paper,the dynamic consolidation mechanism of soil and rock mixture embankment is studied.Based on a large number of on-site dynamic consolidation test and using Rayleigh wave method,the actual compaction effect and main influencing factors of dynamic consolidation on the soil and rock mixture embankment are analyzed,and the relationship between different tamping energy,virtual height of the soil and rock mixture and degree of compaction of embankment is discussed comprehensively.The effective reinforcement range of dynamic consolidation is obtained and the compaction effect is verified by using dynamic penetration method.According to the test results,the reasonable tamping energy and the virtual thickness of the soil and rock mixture embankment were proposed and the original dynamic schemes were optimized.

dynamic consolidation；soil-rock mixture embankment；effective reinforcement depth；Rayleigh wave；dynamic penetration

U416.1

A

103-5168（2017）09-0113-04

2017-08-02

河南省交通运输厅科技项目（2013K32）。

贺志彬（1962-），男，本科，高级工程师，研究方向：道路桥梁施工管理。