强夯法结合抛石挤淤法在高速公路软基施工处理中的运用

孟学文

(山西路众道桥有限公司，山西 太原 030006)

1 工程简析

某一高速公路工程，总长度为45 km，路基宽度为25 m，设计车速为80 km/h。该高速公路K12+450～K13+650路段穿越水稻田，地表土层是淤泥层，淤泥土的下层是黏土层，其中，淤泥土层的厚度在3.1～6.1 m之间。在本路段中，路基最高填方高度为16.5 m，共处理软土面积约24 000 m2。其中，淤泥层的主要物理力学性能，如表1所示。

表1 淤泥层的物理力学性能

2 软基处理方案的确定

根据本高速公路施工现场的实际情况，可以选用以下4种方案来处理软基，即：抛石挤淤强夯法、振密碎石桩法、桩基础法、清淤换填法。第一，桩基础法，在施工路段地表中，具有3.1～6.1 m厚度的极软淤泥，无论是先填方后打桩还是先打桩后填方，其施工难度都是比较高的。第二，振密碎石桩法，这种施工方法现已十分成熟，从技术方面来说是可行的，不过选用这种施工方法的工程造价是比较高的。第三，清淤换填法，因为本高速公路工程的地下水位是比较高的，需要进行较大深度的清淤，假如均选用清淤换填方案，则其工程量是比较大的，并且施工场地面积并不是非常大，进而需要弃置极大一部分的淤泥，在极大程度上会破坏环境，另外，这种施工方法还存在一些其他缺陷，如工期较长、施工速度慢等。通过对过去类似工程施工成功经验进行借鉴，施工单位可以选择排水挖淤、整体式强夯置换抛石挤淤这两种方法来有效处理本工程穿越水稻田路段的路基。若淤泥深度<3 m，宜选用排水挖淤换填法，反之，宜选用整体式强夯置换抛石挤淤法。所谓强夯置换法，就是指在施工现场中，通过选用强夯施工工艺，能够形成一定深度的夯坑，将压缩性小、回填强度高的置换材料回填到坑中，将置换材料打入到软土层内，进而能够在软土地基中形成承载能力高、结构密实的置换体，然后对桩间土进行满夯，促使其充分排水固结，能够形成复合地基，进而能够对软土地基的物理力学性能起到有效改善的作用，强夯置换法施工工艺比较简单，便于操作，施工速度比较快，施工成本比较低，在对淤泥质土、淤泥等软土路基进行处理时，宜选用强夯置换法。综合考虑以后，施工单位决定选用强夯法结合抛石挤淤法来处理软土路基。

3 强夯法结合抛石挤淤的加固机理

通过分析可知，在实际中使用强夯法结合抛石挤淤这种方法过程中，需要先使用开山块石，进行抛石回填施工，回填的厚度应控制在5～7 m之间。因为高速公路软基的表层是淤泥土，土质不够坚硬，在进行抛石回填过程中，能够挤开很多的淤泥，进而能够有效置换淤泥。在抛石挤淤施工结束以后，通过使用强夯机械设备来夯实处理软基表层松散的块石，以进一步提高回填土的密实性。在进行强夯施工过程中，在淤泥土层中会挤压进去一些块石，进而能够获取动力置换与混合的施工效果。由此不难发现，强夯法结合抛石挤淤的加固机理为：第一，抛石挤淤置换(RDA)；第二，动力密实(DC)；第三，动力置换(DR);第四，动力置换与混合(DRM)。

与其他一些地基处理加固技术比较，强夯法结合抛石挤淤具有很多优势特点，如能够有效保证施工质量、便于施工、操作简单等，同时还具有非常强的适用性，在多种地质条件中均可以使用强夯法结合抛石挤淤。在本高速公路工程中，强夯施工机械设备是有限的，同时夯锤自重比较轻，进而会对强夯的能量造成极大的影响，所以这是造成施工后出现较大沉降量的一个重要原因。在未来其他类似高速公路工程施工过程中，一定要对这种问题给予高度重视，为提高强夯的动力置换(混合)效果与动力密实效果，有效减小工后沉降量，提高软土地基的强度，应尽可能选用分层强夯、能量递增的施工方式。

4 强夯法结合抛石挤淤法施工方案的确定

4.1 置换材料的选用

在置换材料方面，优先选用块石、碎石，其次可以选用粗砂与砾石。置换材料一定要满足颗粒级配要求。对于置换材料的最大粒径，不得大于锤底直径的1/5，并且置换材料最大颗粒含量不得超过总质量的30%，与此同时，一定要严格控制置换材料的含泥量，不得超过10%。

4.2 夯点的布设

选用等边三角形的方式来布设夯点。一般来说，在布设夯点过程中，夯点间距应控制在夯锤底面直径2～3倍范围之间，本高速公路工程的夯点间距为3.5 m。对于强夯点，选用正方形方式来进行布设，单击夯击能为2 000 kN·m，强夯点间距为3 m，锤直径为1.5 m，抛石挤淤+强夯单击夯击能为3 000 kN·m。对于强夯置换，选用正方形进行布设，桩间距为3 m，桩直径为1.5 m。选用块石作为施工垫层，当施工结束以后，在砂垫层上铺设碎石垫层，厚度为0.5 m。

4.3 夯击的参数

在进行夯击施过程中，大致包括两个施工步骤，即点夯、满夯。其中，点夯施工的夯击参数，如表2所示；满夯施工的夯击参数，如表3所示。

表2 点夯施工主要夯击参数

表3 满夯施工的夯击参数

5 强夯法结合抛石挤淤法的施工技术要点

在本高速公路工程中选用强夯法结合抛石挤淤法进行施工过程中，主要选用履带式起重机这种施工机械设备，其中，在该起重施工设备中应配置自动脱钩设备。在进行落锤施工过程中，为避免出现机架倾覆问题，需要在臂杆的端部布设辅助门架。与强夯法相比，强夯片石置换法与其之间具有相同的施工工艺，不过其中存在的区别就是，在强夯片石置换法施工方案中，在进行夯击过程中，应将散体材料持续填入其中，同时对其进行有效击实，最终形成复合地基。

第一，在进行施工之前，施工单位需要平整处理施工场地，同时需要彻底清理干净施工场地的表面，保证施工场地标高满足设计要求，然后在其上铺设1层1～2 m厚度的砂石垫层。根据施工处理范围，挖除沿线的表土，挖根砍树，同时需要回填处理低洼地段，如沟渠、水塘等，选用外购石渣作为回填材料，利用履带式推土机，对回填材料进行推平，将其回填到原地面标高为止。

第二，根据施工要求，在施工场地中测量放样夯点位置，选用白灰将夯点位置标示出来，然后精准测量施工场地的高程。根据软基施工处理方案，测量放样边桩，同时标记边桩位置，在路基边线上，对预先制成的百米里程桩进行埋设。

第三，为能够精准对夯点进行就位，需要利用施工机械来布设夯点。

第四，在进行夯击施工以前，需要测量锤顶高程，同时需要对其进行详细记录。

第五，在进行夯击施工过程中，如果夯坑过深，则会加大起锤的难度，在这种情况下，需要立即停止夯击施工，同时需要对夯坑进行回填施工，直到满足夯击施工要求为止。在进行夯击施工过程中，如果附近软土被挤出来，则会在极大程度上影响施工质量，施工单位需要及其清理淤泥，同时在夯点的周边铺设一层碎石垫层，然后才可以继续进行夯击施工。

第六，在本高速公路工程施工中，一定要按照由内及外的顺序来进行夯击施工；为避免对相邻孔位之间造成影响，施工单位需要对夯点进行隔打跳打，直到夯击完成全部的夯点为止。

第七，在经过规定时间间隔以后，施工单位需要推平处理施工场地，然后选用低能量方式来进行满夯施工，以夯击密实施工场地中的表层土，最后需要详细测量施工场地的高程。

第八，在夯击施工结束以后，需要继续铺设一层垫层，同时需要对垫层进行分层碾压施工，直到满足压实度要求。一般来说，垫层厚度至少要0.5 m，垫层材料的粒径大小不得超过0.1 m。

6 地基处理效果的有效检验

在使用强夯法结合抛石挤淤法，对高速公路软基处理完成以后，为能够对后续施工提高可靠的理论指导与数据支持，对软基处理效果进行有效检验，应全面系统得检测处理过后的地基。在对本高速公路软基进行抛石挤淤施工处理过程中，选用了级配差距、体积均较大的石块，如果选用STP、CPT等常规性检测方法，基本很难满足检测效率与检测精度要求。所以，本文决定选用现场静载试验法，对处理后的地基承载力进行检验。此外，本文还进行了现场堆载试验，以对处理后地基的变形特性进行深入了解。

6.1 静载试验

选用压重平台反力设备，使用油压千斤顶来进行加载，根据设计极限承载力的1.2倍来进行堆载，在尺寸大小为1 m×1 m的钢压板上设置试点，利用三只千分表来详细观测软基的沉降量，然后进行持续增加压力，根据极限承载力的1/12～1/8，进行分级加载。第1级的加载值为其它加载值的2倍，根据有关规范规定，合理确定终比加载条件。在本案例中进行静载试验过程中，共选取了3个试点，即1#、2#、3#试点。通过进行静载试验后发现，1#试点的极限竖向承载力是260 kPa，承载力特征值是130 kPa，2#试点的极限竖向承载力是260 kPa，承载力特征值是130 kPa，3#试点的极限竖向承载力是320 kPa，承载力特征值是160 kPa，本工程设计的承载力特征值是80 kPa，满足软基对承载力的要求。

6.2 现场堆载试验

将粗砂装入袋中，堆砌呈高度为6 m、面积为12 m×30 m的堆载物，堆载时间是180 d，平均荷载是120 kPa，对沉降量与其对应的时间进行详细记录。在120 kPa的荷载作用下，沉降量最大值是0.28 m。在经过180 d以后，地基的沉降量已经比较稳定，基本满足地基设计的规范要求。

7 小 结

综上所述，在现阶段中进行高速公路工程施工过程中，可以选用多种方法来处理软基，不过一定要根据工程的实际情况，选择最佳的软基处理方法。根据大量工程实践经验可知，选用强夯法结合抛石挤淤法，能够较好地处理淤泥质土或者淤泥。本文以某一高速公路工程为例，对强夯法结合抛石挤淤法在高速公路软基施工处理中的运用进行了详细阐述，以期对高速公路软基施工起到一定的借鉴作用。