探讨强夯参数对路基加固效果的影响

2022-07-20张开兴

交通科技与管理 2022年14期

张开兴

（贵州佳源建设工程有限公司,贵州贵阳 550001）

0 引言

强夯法是在重锤夯实法的基础上发展而来的一种新的地基处理方法，又称为动力固结法，工艺原理是利用起吊设备，将夯实锤提升至一定高度，由夯实锤自由下落夯基土层，使地基夯实固结[1-6]。该方法广泛应用于道路路基、房建地基等工程地基加固，可有效夯实碎石土、沙土、湿陷性黄土等地基。锤底半径、夯击能量是强夯工艺核心参数，对路基夯实加固效果具有重要影响[7-8]。该文以某高速公路路基加固工程为依托，探讨强夯参数对路基加固效果的影响，可为后期路基强夯施工参数设计提供依据。

1 工程概况

高速公路工程，全长1 671 991 m，起讫桩号LK2+840～LK20+711.991，双向四车道的设计，设计车速100 km/h，路基宽26 m，工程建设所在地土体以素填土、黏土、粉土、粉质黏土为主，力学性质较差，拟定采用强夯法加固路基。

2 数值建模

2.1 数值模型及材料参数

地质勘测报告揭露的场地土层分布自地表向下依次为：素填土、黏土、粉土、粉质黏土，平均层厚约为2 m、1 m、2 m、10 m[9]，以地质报告揭露的土层分布、土层厚度为基准，建立土层分布数值模型，模型长长（X 轴）30 m，宽（Y 轴）30 m，高（Z 轴）15 m，原点坐标（0，0，0）位于模型底部中心，夯点位置坐标为（0，0，15），见表1（a）；夯锤模型见图1（b），锤径取1.0 m，1.25 m，1.5 m。场地各土层土体力学指标见表1。

表1 土体的力学指标

图1 数值模型图

2.2 本构模型及网格划分

该文采用摩尔-库伦本构模型模拟土体性质。该模型网格数目为13 500 个，按照模型中各土层厚度分布，素填土层、黏土层、粉土层、粉质黏土层网格数分别为1 800、900、1 800、9 000 个；按照图2 所示接触力时程曲线，模拟锤重为10 t、15 t、20 t 时的夯击能量。

图2 接触力时程曲线

2.3 强夯工艺参数

锤径、锤重、下落高度是影响强夯工艺效果的核心参数，该文为降低研究难度、减少控制变量，采用夯击能量等效替换锤重、下落高度，由此，确定该次研究的强夯工艺参数为锤底半径、夯击能量；通过不同锤径、夯击能量下土体竖向位移、竖向应力、地表位移、夯坑体积变化特征，评价两项工艺参数对路基夯实效果的影响[10]。

3 数值结果分析

3.1 锤底半径影响

不同锤径下不同深度土体竖向变形数据见表2。

表2 不同锤径下土体竖向变形随深度变化数据统计表

由表2 可知：（1）同一锤底半径下，土体竖向变形量随土体深度增加而减小。

（2）0～3 m 范围内，同一土体深度下土体竖向变形随锤底半径增加而减小；相较于1.0 m 锤底半径，锤底半径为1.25 m、1.5 m 时，相同土体深度下土体竖向位移分别减少43.7%、62.5%。

（3）土体深度在4～6 m 范围时，锤底半径变化对土体竖向位移影响一致，表明土体深度在0～3 m 范围时对锤底半径变化敏感。

不同锤径下土体竖向应力峰值随深度变化曲线见图3。

图3 不同锤径下土体竖向应力峰值随深度变化关系

由图3 可知：（1）三种不同锤底半径下，0～3 m 土层深度范围内，竖向应力峰值减小速度较大。

（2）土层深度在4～6 m 范围时，竖向应力峰值均在0.5 MPa 以内，减小速度较小。

（3）土层深度在0～3 m 范围时，竖向应力峰值变化对锤底半径变化较为敏感；相较于1.0 m 锤底半径，锤底半径为1.25 m、1.5 m 时，该土层深度范围内，竖向应力峰值分别减少18.5%、37.0%。

地表土竖向变形随锤径变化关系见图4。

图4 不同锤径下地表土体竖向变形

由图4可知：锤底半径分别为1.0 m、1.25 m、1.5 m时，地表土体竖向变形影响宽度分别为1.3 m、1.5 m、1.8 m；锤底中心区域地表竖向位移值分别为0.28 m、0.17 m、0.10 m，可知随锤底半径增加，地表位移随之减小，夯击影响区域宽度随之增加，约为锤径的1.2～1.3 倍。