高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体效果研究

覃潜

摘要：利用高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体已经成为目前大粒径碎石填筑体处理中的主流技术。文章以国道G355线大化统城公路为例，研究高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体的效果。通过夯沉体积反映点夯过程中大粒径碎石填筑体的压密幅度，并根据各测点的p-s曲线，得出大粒径碎石填筑体静力荷载的计算公式;通过在国道G355线大化统城公路上设置监测点，分析高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体场地自然下沉的效果，并采用解耦分析方法，构建大粒径碎石填筑体强度FWD模型，计算强度与多个变量参数的响应关系，实现高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体弯沉强度效果分析。研究结果表明：高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体能够有效提高大粒径碎石填筑体的加固效果，控制大粒径碎石填筑体静力荷载，避免大粒径碎石填筑体自然下沉，确保大粒径碎石填筑体处理施工安全，增加大粒径碎石填筑体弯沉强度。

关键词：高能级强夯技术;大粒径碎石;填筑体效果;国道G355线大化统城公路

中图分类号：U416.214文献标识码：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.025

文章编号：1673-4874（2021）01-0090-03

0引言

大粒径碎石填筑体处理是建筑工程领域中具有一定挑战性的施工问题，其主要原因在于大粒径碎石填筑体通常是在软土上进行，软土材质具有较高的压缩性、固结时间较长等特性，因此不利于工程施工[1]。随着各领域研究的不断深入，近几年出现了一种高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体。高能级强夯技术的施工原理是按强夯置换工艺，能够通过高能级强夯联合疏桩劲网复合地基，因此，可充分应用于大粒径碎石填筑体处理方面，有效提高大粒径碎石填筑体施工的可靠性。

目前我国针对高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体方面的研究仍处于起步阶段，尤其是对于高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体应用效果方面的研究。国外针对高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体效果研究表明，与传统施工技术处理的大粒径碎石填筑体效果相比，应用高能级强夯技术处理可提高大粒径碎石填筑体质量，减少施工中产生的成本，因此，高能级强夯技术逐渐受到相关学者的重点关注，被广泛应用于大粒径碎石填筑体处理当中[2]。

为更好地将高能级强夯技术应用于大粒径碎石填筑体处理方面，本文以国道G355线大化统城公路为例，展開高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体效果研究，致力于通过研究高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体效果，促进高能级强夯技术在大粒径碎石填筑体的应用方面向着高能级的方向发展。

1高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体效果研究——以国道G355线大化统城公路为例

根据大粒径碎石填筑体的应用特点，在本文提出的高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体效果研究中，针对大粒径碎石填筑体压密幅度、大粒径碎石填筑体静力荷载、大粒径碎石填筑体自然下沉以及大粒径碎石填筑体弯沉强度的应用效果进行研究，具体研究内容如下。

1.1大粒径碎石填筑体压密幅度

通过高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体后，可以将有效夯沉体积作为高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体的主要应用效果[3]。通过夯沉体积反映点夯过程中大粒径碎石填筑体的压密幅度。本次应用将国道G355线大化统城公路从中心点分为A、B两个区域的高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体，针对填筑体压密幅度方面的处理效果如表1所示。

通过表1可以看出，高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体压密幅度会随着夯击能的提高而提高，大粒径碎石填筑体压密幅度数值越大，则大粒径碎石填筑体的紧实度越高，大粒径碎石填筑体加固效果越好。

1.2大粒径碎石填筑体静力荷载

在国道G355线大化统城公路上选取2个位置、8 个测点，研究高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体静力荷载的应用效果[4]。根据各测点的p-s曲线，得出大粒径碎石填筑体静力荷载的计算公式。设大粒径碎石填筑体静力荷载的表达式为E，则其计算公式如式（1）所示：

（1）

式中：I——大粒径碎石填筑体回弹模量;

v——夯击能;

s——刚性承压板的形状系数;

p——测点的压力值，单位为MPa;

b——大粒径碎石填筑体的直径，单位为m。

通过式（1）可以看出，控制高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体过程中的夯击能，能够控制大粒径碎石填筑体静力荷载，进而取得大粒径碎石填筑体的应用效果。

1.3大粒径碎石填筑体自然下沉

应用高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体过程中，本文通过在国道G355线大化统城公路上设置监测点的方式，分析高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体场地自然下沉的效果。为保证监测点的观测精度，设每公里偶然中误差评定水准线路观测精度为M，则其计算公式如式（2）所示：

（2）

式中：c——测段往返测高差不符值，单位为mm;

R——测段长度，单位为km。

结合式（2）计算结果，统计大粒径碎石填筑体自然下沉量[5]。大粒径碎石填筑体自然下沉量如表2所示。

从表2中可以看出，通过高能级强夯技术对大粒径碎石填筑体的多次处理，能够避免大粒径碎石填筑体自然下沉。由于大粒径碎石填筑体自然下沉需要一定的时间积累，因此在高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体施工过程中，可使用有限单元递增法，计算每一段假定时间内的地面沉降位移，记录地面沉降位移发生时刻，探索其发生的沉降规律，将沉降范围控制在允许范围内[6]。若处理大粒径碎石填筑体中未考虑到自然下沉，会对施工安全会造成一定程度上的消极影响，可以通过高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体，避免自然下沉对施工安全造成的隐患，在最大程度上确保大粒径碎石填筑体处理施工安全。

1.4大粒径碎石填筑体弯沉强度

为了研究高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体效果，采用解耦分析方法，构建大粒径碎石填筑体强度FWD模型。首先，分析路面上的载重力学性能，将路面受力分为横向力与纵向力两种，同时进行路面分层结构的分析[7]。然后，通过自定义Q为路面强度受力面，x为Q面受到垂直方向的力，c为Q面受到平行方向的力，结合强度力学分析法，采用有限元方程公式[8]，计算高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体后填筑体的强度值。设填筑体的计算表达式为P，则其计算公式如式（3）所示：

（3）

式中：M——大粒径碎石填筑体受到强度的总矩阵;

α——矩阵量的变量参数;

K——大粒径碎石填筑体强度刚性矩阵量;

β——强度的加速度矢量。

采用式（3）计算强度与多个变量参数的响应关系，结合路面的阻尼系数大小与大粒径碎石填筑体强度之间的响应关系，在解耦分析中发现，高能级强夯技术使用中，存在影响大粒径碎石填筑体强度值的外界因素相对较多[9]，多种变量参数均可作为大粒径碎石填筑体弯沉强度分析的具体特征，结合FWD在弯沉强度分析中的应用，实现高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体弯沉强度效果分析。

在进行弯沉强度效果分析过程中，提取对应大粒径碎石填筑体弯沉强度具体特征，将收集的数据或样本值进行统一的集中化处理。分析国道G355线大化统城公路上不同位置、多种方向的大粒径碎石填筑体弯沉强度数值，结合力学分析理论，计算高能级强夯技术处理后的大粒径碎石填筑体弯沉强度应力场。设高能级强夯技术处理后的大粒径碎石填筑体弯沉强度应力场表达式为η，则其计算公式如式（4）所示：

（4）

式中：k——弯沉强度因子;

n——弯沉强度因子个数，为实数;

θ——产生强度与国道G355线大化统城公路路面之间的夹角角度;

h——大粒径碎石填筑体弯沉强度发生的高度，计算单位为m。

根据式（4）可知，大粒径碎石填筑体弯沉强度与高度及因子均呈现正相关关系，即通过高能级强夯技术处理高度值越大，大粒径碎石填筑体弯沉强度应力场越大。依照上述计算公式及有限元计算方程[10]，推导大粒径碎石填筑体弯沉强度。假定国道G355线大化统城公路路面垂直于平行对称轴，自定义对称轴上随机4组对称点为参与大粒径碎石填筑体弯沉强度计算的动力约束值，结合FWD在大粒径碎石填筑体弯沉强度测量中的应用，忽略国道G355线大化统城公路路面的阻尼系数对大粒径碎石填筑体弯沉强度测量造成的影响，随机选取7组检测点，采用边界约束的方式，测试传感器测量的FWD弯沉数值。设置两组使用高能级强夯技术处理前后的大粒径碎石填筑体弯沉强度应力值。基于FWD的大粒径碎石填筑体弯沉强度数值如表3所示。

通过表3中的数据可知，使用高能级强夯技术处理后的大粒径碎石填筑体弯沉强度应力值明显高于使用前。由此可知，高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体能够增加大粒径碎石填筑体的弯沉强度。

2结语

本文以國道G355线大化统城公路为例，研究高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体效果，认为高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体能够有效提高大粒径碎石填筑体压密幅度，控制大粒径碎石填筑体静力荷载，避免大粒径碎石填筑体自然下沉，增加大粒径碎石填筑体弯沉强度。因此，应加大高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体的应用力度，以高能级强夯技术为核心，全面推进大粒径碎石填筑体处理方面的进一步发展。尽管本文进行的研究已经趋于完善，但未详细阐述运用高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体的具体流程，这一点可以作为高能级强夯技术处理大粒径碎石填筑体领域未来的研究方向，并通过高能级强夯技术的科学运用，帮助国道G355线大化统城公路更好的建设。

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