高速公路红黏土路床强夯置换处理应用实例

王孟哲，杨仁生 （中交第三航务工程局有限公司交建工程分公司，上海 200000）

1 工程概况

望东长江公路大桥高速项目15+550～K15+770段为深路堑挖方段，路床表面为高液限黏土夹块石（石笋或孤石），软土区域地基承载力不能满足要求。现场施工发现该段高液限红黏土透水性较差。红粘土路基具有干硬时强度高，坚硬不易挖掘，不易压实，但吸水后能长时间保持水分，承载力小、稳定性差、具有较大的可塑性、弱膨胀性和粘性。导致该段路床弯沉检测无法满足设计要求，需对其进行处理。

2 方案选择

为缓解该段路床软硬不均的状况，采取超挖换填的处理工艺进行试验段施工。对该段路床采取挖至路床顶面以下80cm（孤石需要挖除），采用石方回填夯实50cm（压实后再采用液压夯补强），再填筑30cm级配碎石至路床顶的处理方式，同时两侧路堑边沟下设置渗沟，渗沟底标高应较换填底标高再加深不少于30cm。处理完后按照96区路床标准进行弯沉检测，检测发现处理完后弯沉代表值为388.3（0.01mm），不能满足设计要求。

通过多方论证，认为该段路床溶蚀现象发育显著，以土石混杂分布，有突出地面的石笋、溶蚀后的孤石、高液限黏土以及含砾黏土，经路床换填处理，处理效果及深度有限，无法满足高速公路路床要求。如果增加处理深度，属于深基坑作业，需增加安全防护措施，安全施工难度大，且无法完全确定换填深度，无法满足工期和质量要求。最终通过专家论证，确定对15+550～K15+770段高液限红黏土路床采用强夯置换碎石桩处理。

3 施工方案

3.1 设备选择及相关参数

根据试验段施工。强夯锤高2.2m，直径1.2m，重21t，提锤高度10m。采用正方形布点，夯点间距2.5m。第一遍为主夯点，第二遍为副夯点，副夯点按规定间距在各主夯点位中间穿插进行，强夯置换范围超出路床范围外至少1m，坡脚外至少设置一排强夯点。第三遍为低能量满夯，夯时搭接1/4夯锤直径。

强夯置换机械采用带有自动脱钩装置的履带式起重机，夯锤的质量不应超过期中机械额定的起重质量，且的履带式起重机臂杆端部设置辅助门架及其他安全措施，防止在施工时机架倾覆。本次施工采用宇通QH600，设备满足安全和施工要求。

3.2 验收控制标准

强夯置换设备采用21t夯锤，提锤高度10m，单击夯能2100kN.m。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ-79-2012）中6.3.3.2.1规定，采用最后两击的平均沉降量进行验收控制。因单击夯击能E＜4000，以连续两次夯击沉降差不大于5cm为控制标准。

3.3 强夯置换施工步骤

①清理现场，对路床部分的红粘土全部清除，路床范围内突出孤石全部挖出，并采用块石回填50cm，块石粒径不大于30cm，要求质地坚硬且未分化，用重型压路机压实；

②用灰线标出主副夯点位置，并测量场地高程；

③起重机就位，夯锤置于夯点位置，保证每一次夯锤中心与夯点中心重合，误差不超过10cm，夯击前检测夯锤重量及落距，保证夯击能；

④测量夯锤顶高程，每一次夯击前需测量锤顶高程，以便计算每次夯击沉降量，同时需在夯击前计算好吊锤钢丝绳长度，保证起吊高度；

⑤每次夯击前对夯点进行复测，夯完后检查夯点位置，如果发现偏位或者漏夯及时纠正；

⑥先夯击主夯点，待满足间歇时间，待超静孔隙水压力扩散后进行副夯点施工，不可主副夯点连续施工；

⑦强夯置换施工时需保证夯坑垂直，保证夯击时不会因为夯锤晃动而减少夯击能力。夯击并逐击记录夯击次数及夯坑深度，当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，用挖机或者人工向坑内回填块石直至与坑顶平，并记录填料数量，如此重复直至满足规定的要求（主夯点：连续夯击沉降高度不大于5cm；副夯点：连续夯击沉降高度不大于5cm；满夯夯击沉降高度不大于3cm）及控制标准完成；

⑧由内向外，隔行跳打原则完成全部夯点施工，强夯置换施工在路基坡脚外至少设置一排夯点，地面不能有过大的隆起，隆起高度不得超过40cm，并对隆起部分全部挖出，当地下水位较高时，采用人工降低地下水位，施工前宜将地下水位将至坑底面以下2m，施工时，坑内或场地积水应及时排除；

⑨点夯施工完成后测量场地标高，超出设计高程部分将顶面块石挖除，清除底部土质部分，然后用块石回填。

⑩沿线路中心线方向设置一条0.5m×0.5m纵向块石渗沟，每隔50m设置一道0.5m×1.0m横向渗沟，渗沟接两侧路堑边沟底部渗沟，严格控制渗沟底标高，做到排水通畅，地下水能通过横、纵向渗沟流至路基范围以外；

[11]推土机推平场地，用低能量满夯，将场地表层夯实，压路机压实，同时测量夯击后场地高程，铺设级配碎石垫层，并分层碾压密实。

3.4 注意事项

强夯置换填料采用未分化块石，块石粒径控制一般在40cm以内，最大粒径不大于60cm。施工过程若发生夯锤斜歪，应暂时停止夯击，并及时将夯坑底整平再夯。在靠近涵洞、挡墙等构造物附近施工时，强夯置换施工一定要远离结构物外6m作业，以保证结构物安全。测量仪器架设在距离夯点30m远处。夯机操作室前应安装牢固的安全防护网，在每次施工前需认真检查滑钩、钢丝绳等使用状况。夯锤下落时，机下施工人员应距夯点30m外或站在夯机后方，不可在夯击作业范围内活动。

4 效果检测

在完成段落主副夯点，并在路床全断面满夯完成后的一定时间才对路基进行检测，因考虑到超孔隙水压力扩散时间，对于渗透性较差的黏性土间歇时间不应少于21d，并结合以往工程经验，在第4周对该段路基进行弯沉检测。检测设备采用5.4m贝克曼梁，配合BZZ-100弯沉车，经检测发现处理完后弯沉代表值为104.3（0.01mm），满足设计要求。该段路基目前已通车3年，路面无反射裂缝及网状裂缝，处理效果良好。

5 效果原因分析

5.1 形成碎石墩增加承载力

强夯置换利用重锤高落差产生的高冲击能将块石强力挤入路基中，在路基中形成一个一个的碎石墩，置换形成一个个碎石墩，以提高地基承载力，减小沉降。在强夯置换过程中，土体结构破坏，地基土体产生超孔隙水压力，但随着时间的增加，土体结构强度会得到恢复。在利用块石夯入路基中形成碎石墩，利用碎石墩的增加路床的承载力，可以有效解决路床弯沉不合格状况。

5.2 强夯碎石桩体具有良好透水性

强夯置换通过夯入块石形成了一个个块碎石墩，夯入土中的块碎石墩体由于夯击粉碎已具有较好的级配，是红粘土地基一个良好的排水通道，它能起到类似袋装砂桩的效果，能够缩短强夯产生的超静孔隙水压力的水平向渗透途径，加速夯间土的固结。同时通过在路基增加横向及纵向块石渗沟，为从强夯置换桩中的水排出路基提供条件，保证路基干燥，解决了红粘土吸水后能长时间保持水分、吸水后承载力小、稳定性差的问题。

6 结论

15+550～K15+770段溶蚀现象发育显著，以土石混杂分布。通过对突出的石笋凿除或爆破至路床顶面以下30cm，对发现的孤石予以挖除，并通过采用强夯置换法处理红粘土路床，块石与土体形成墩柱状，对路基承载力进行了加强，同时增加了地下水排水通道，保证了路床干燥，充分利用高液限红粘土干硬时强度高特性，进一步增加路床承载力，其经济效益显著。

强夯置换适用于红粘土及回填土，可以减少路床的范围类换填开挖工程量。相比其他桩类处理工艺，降低了工程造价和大幅度缩短了施工工期。因块碎石桩体可以形成竖向排水通道，有利于长期保持路床干燥，大大减少了路基遇水承载了不足的问题。