分层填筑强夯技术在山区公路路基工程施工中的应用研究

2023-08-04雷荣军

黑龙江交通科技 2023年8期

雷荣军

(陇南通途公路养护工程有限公司,甘肃陇南 742500)

1 工程概况

为了方便甘肃省M山区居民的日常出行,在M山区开展公路路基的建设施工,此公路段路基长为3.5 km,路基宽为24.5 m。结合项目周围环境与自然条件等实际情况,充分考虑山区公路路基的安全性与稳定性,选择分层填筑强夯技术开展施工。分层填筑强夯施工是通过相关设备与地面的接触与作用而产生冲击力,以减少土体结构内部的孔隙,从而达到增强山区土体结构的密实性和整体强度的效果。为了设计合理的施工参数,根据对该区段地质因素的勘察结果,确定了该区段土层的主要参数指标,如表1所示。

表1 路基施工项目主要土层的参数指标值

结合上述项目概况,确定M山区公路路基工程施工中分层填筑强夯技术的具体施工参数,为施工提供可靠的数据基础。

2 确定施工参数

按照M山区公路路基建设项目的周围环境与土层参数指标,选择纵向分5层层数进行填筑面施工并结合分层强夯技术作为基础施工,其中,填筑料的选取直接决定了路基的强度与稳定性。根据本项目的需求,选择颗粒级配不低于10 mm,均匀系数不低于13 mm的填料作为施工材料,以保证每一填筑层具有足够的支撑作用。为了保证项目的推进,还需要确定合适的施工设备及其应用参数,以达到最佳的施工效率与施工效果。施工所用到的主要设备有推土机、起重机、压路机以及夯锤,其中压路机的相关参数设计如表2所示。

表2 分层填筑强夯路基施工压路机应用参数设计表

因为上述振动碾压参数在具体施工中前两次碾压时竖向位移增长速度较快,在结合路基强夯施工的经验上,设计采取静压1次、弱振2次及强振2次的强夯技术方法,有效稳固地压实路基。根据M山区公路施工标准及施工路段现场情况,设计了上述分层填筑强夯技术在路基建设中的施工工艺参数。

3 分层填筑强夯施工工艺

3.1 分层填筑施工工艺

在施工开始之前,根据设计方案与施工参数对现场进行实地勘察与杂物清理工作,再确定施工中线、中桩以及跛脚桩的具体位置,并布设具体标高。检查路面土质,保证土方松铺厚度保持在35～45 cm范围以内,保证路基强夯施工的均匀性与平整度,对路基横断面全宽和纵向分层填筑强夯施工。根据工程设计要求,对松铺好的路基分5层进行填筑,每一层的填筑材料分两个步骤施工。先要从最底层的台阶填起,逐步向上层部分填筑。在每一层路堤上要先填筑粗颗粒的石子石料,厚度为松铺路堤总厚度的3/4。考虑山区降雨排水设施不完善的现状,为了保证路基的排水畅通,要在路基边坡两侧填筑比路堤厚20 cm的填料,以形成5%坡度的路拱。填筑完成一层之后即开始卸土工作,要根据路堤两侧的标高来控制填筑的厚度,利用推土机推平填料,再进行填筑层的预压施工。结合水准仪对填筑路层进一步找平,提高路基的平整度与均匀度,为后续的强夯压实提供平整均匀的工作环境。要保证填筑层填料的含水度不超过最佳含水量的±2%,在每一层路基完成填筑后要对路面进行清理,按照设计参数沿着设立好的边桩位置,利用压路机从填筑高度10 m左右处进行精准夯击密实作业。按照静压1次,弱振2次、强振2次的强夯方式不断调整压路机的振动强度,循序渐进地完成对每一填筑层的碾压与夯实。随着夯实次数的增加,要求夯实高度要逐渐变低直至趋于平缓。在夯实中要确保每一层路基的平整度。

3.2 分层强夯施工工艺

对路基进行强夯之前,应先对施工所用机械进行检查,强夯所使用的机械主要为起重机与夯锤,其中起重机应选用起重能力在20 t以上的单缆履带式起重机,钢锤的质量应控制在10 t或以上,其直径应设置为1.8～2.0 m。对强夯处理范围、夯点排列和间距的设置,应按照设计要求提前进行仪器放点。第一次强夯前应划出20×20 m或选择纵向长度为10 m的路堤作为试夯场地,通过试夯以确定落锤的夯击高度、夯锤平均深度、单点夯击次数以及夯击间歇时间等施工参数的设置。强夯施工过程中,第一层强夯高度要以填方高度8～12 m的范围开始,上路堤每填高8 m时需要进行一次强夯,直到强夯进行到路堤顶部,每次强夯完成后还需要对场地进行多次的整平作业,确保路基的平整度。

3.3 分层填筑强夯施工中的防水处理

要按照设计要求做好路基的排水以及施工场地附近的临时排水设施,保持路基处于干燥、坚固和稳定状态,路基项面做成2%～4%横坡,便于表面水及时排出。施工过程中,其路段压实度不得大于30 cm,构造物两侧的松铺厚度不得大于20 cm,不同类型的土料不能够混填,同一类型土填筑厚度不能小于50 cm(约两层)。路基填筑要采取全幅填筑且一次到位,严禁帮宽。在碾压过程中,在其压实度达到要求后才可以开展后续施工,路基最小填筑高度必须保证不会因为地面水、地下水、毛细水及冻胀作用的影响而降低其稳定性,确保路基最小填筑高度。当路基填筑高度受限制而不能达到规定时,应及时采取相应处治措施,比如换填砂砾、石渣等透水性材料设置隔离层或修筑地下渗透沟等以避免地面积水和地下水浸入路基,影响路基工作区内的土基强度与稳定性。土质挖方路基要换填不少于60 cm的砂砾;而石质挖方路基则要设置30 cm砂砾垫层。

4 施工质量检测与分析

4.1 检测准备

为了检测设计的基于分层填筑强夯技术在施工中的应用效果,在每一层填筑、强夯施工完成后,随机选择一处地点作为试验的检测点。分别应用不同的试验方法对该填筑夯实层的承载能力和填筑部分等效剪切波速值、压实度、干密度等压实度效果指标进行全面的检测分析,以检测结果是否满足实际工程项目的基本需求。试验的主要参数设计如表3所示。

表3 施工效果检测试验的主要参数设计表

4.2 检测结果与分析

为了保证不对施工路基土体造成损害,利用无线,面波仪并结合瞬态瑞雷波分析软件,探测基于分层填筑强夯技术的路基设定检测样点处的瑞雷波速,即筑体检测样点处的等效剪切波速,结果如表4所示。

表4 检测样点的等效剪切波速值统计表

由上表可知,每一层经过强夯施工后的筑体检测样点对应的等效剪切波速值均大于180 m/s,均处于高速区,表明其具有良好压实效果。为了更直观地体现分层填筑强夯技术的施工效果,将所测等效剪切波速值代入下述公式计算,得出每一层经过强夯施工后筑体的压实度等相关参数。计算公式表示为

(1)

(2)

式中:δ为等效剪切波速值;ρ为土体自身的密度;ω为筑体层的压实度;η为筑体层对应的泊松比;φ为筑体层对应的动剪切模量;x分别为工程土体结构自身的相关系数,与土体的密度、泊松比等参数相关,是一种固定常数;ρa为筑体层对应的最大干密度。根据上述公式与基本数值可以得出M山区公路路基工程施工中分层填筑强夯技术的应用效果的具体指标,包括每层筑体结构的压实度、干密度以及含水量等参数指标,结果见图1、图2、图3。

图1 经过强夯施工后每层筑体的含水量指标值

图2 经过强夯施工后每层筑体的干密度指标值

图3 经过强夯施工后每层筑体的平均压实度指标值

由上图可知,经过强夯施工后每层筑体结构的含水量与设计最佳含水量18%非常接近,干密度值均大于2.1 g/cm3,平均压实度均大于控制标准90%。可以看出,本次山区公路路基工程施工中分层填筑强夯技术的应用效果指标均在实际工程要求的标准范围内。分层填筑和强夯技术的应用有效保证了路基土体结构的压实度与稳定性并满足设计要求,具有可靠的路基施工参考价值。