浅谈强夯法处理高速公路软土地基方法.doc

浅谈强夯法处理高速公路软土地基方法工程管理部青兰6标 王雷2010-03-11青兰高速公路陕西境LJ6标合同段项目部位于黄龙山林区，植被茂盛、冬季寒冷干燥。项目区域不良地质现象主要有三种：滑坡，过湿土和湿陷性黄土。对于不良地质的处治，项目本着就地取材、因地制宜、经济合理的宗旨，综合考虑工程的重要性、对公路的危害程度及维修难易程度等因素进行合理处治，已安全稳定为本，加固为主，排水、防护并重的综合处理措施，确保施工中的临时稳定和通车后的长期稳定。软土地基处理方法较多，按其处理原理与效果大致可分为改变路基结构形式，换填法、灌浆法、强夯法等类型。下面主要就强夯法处理软土地基方面简要阐述如下：1强夯法作用机理 强夯法是法国某技术公司于1969年提出的一种地基加固方法。其主要工作原理是将起重机械830t的夯锤起吊到630 m高度后自由落下给地基土以强大的冲击能量（一般为5008 000 kNm)的夯击。经过几十年来的实践，目前已广泛应用于素填土、碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土地基的处理。该处理方法适用于塑性指数IP10的土质，对饱和度较高的粘性土、淤泥和淤泥质土地基不适用，突出的表现为：表层土易出现橡皮土土体抗剪强度丧失，不能承载同时不能起压实作用，需要以高的代价挖除换填处理；深层不能完成固结，导致工后沉降很大，有效处理深度不能满足现场要求。 在施工中，先用大能量加固深层土体，再用小能量加固浅层土体；对于含水量过大的地段，采用挖盲沟降底水位，加快土体中孔隙水压力消散，随后再进行强夯施工；在施工K65+560涵洞、K65+160涵洞施工中，因林地区域地下水位距地表仅1.2m左右，开挖后均出现积水，经过方案比选，现场采用一边抽水，一边向基坑内回填块石、强行夯入并挤出软土最终形成强夯挤淤。但强夯法的缺点是施工时噪声的振动较大，对周边结构物安全有影响，施工时要密切注意观察，确保施工顺利。2强夯设计2.1施工参数确定 现场加固地基的超重设备采用履带式超重机。其优点是重心低，稳定性好，行走方便。强夯法加固路基效果的好坏与夯锤重量、落距、夯击能、夯点间距、击数、遍数、间歇时间等施工参数有关。施工前，根据经验及相关设计要求初步确定强夯参数后，进行强夯试验段分析实验，进行现场试夯，试验段面积不得小于3030m，并通过测试含水率、压实度等相关数据与夯前测试数据进行对比，检验强夯处理效果，处理效果应能消除该范围内的湿陷性为原则，并确定施工中采用的各项施工参数。2.2夯锤、落距（1）夯锤 现场采用夯锤12.5 t以钢板为外壳内灌混凝土的锤，夯锤底面为圆形，圆形定位方便，稳定性和重合性好，可克服方形锤由于上下2次夯击着地不完全重合，而造成夯击能量损失和着地时倾斜的缺点。夯锤中设置了14个直径250 mm上下贯通的气孔，有利空气迅速排走，减小起锤时与土面问形成真空产生的强吸附力和夯锤下落时的空气阻力，保证夯击能的有效性。（2）落距 夯锤确定后根据需要的单点夯击能量就能确定夯锤的落距。设计情况为单点夯击能量为2000 kNm，满夯实能量时能量较小为1000 kNm。对相同的夯击能量，常选用大落距的施工方案。夯击时重锤高落，则单击能量大，夯击击数少，夯击遍数相应减少能将大部分能量有效地传到地下深处，增加深层夯实效果减少消耗在地表土层塑性变形的能量，加固效果和技术经济效益均较好。（3）夯击点布置及夯距夯击点布置视建筑物结构类型、荷载大小、地基条件等情况而定，一般为三角形或正方形。按照设计规定要求，施工现场均采用矩形均点布点。夯距通常为1.55m，一般情况下根据地基土的性质和设计加固深度及夯击能量的大小等因素而定,根据设计要求，现场夯距采用4m。夯距过大，会出现部分地方夯击效果差。夯距过小，相邻夯击点的加效应将在浅处叠加而形成硬层，影响夯击能向更深土层传递；还可以使土的侧向挤密作用加剧，延长孔隙水压力的消散效果。在施工现场，第一遍夯距间隔4m设置，下一遍夯击点布置在上一遍夯击点的中间。从而使得深层土得以有效加固，（4）夯击击数和遍数夯击击数应按现场试验段试夯得到的夯击击数确定。但应满足最后2击的夯沉量不大于50 mm，当单击夯击能量较大时不大于lOO mm；夯坑周围地面不发生大隆起，不因夯坑过深而发生起锤困难等条件。夯击遍数根据地基土的性质和平均夯击能确定，一般为18遍，现场湿陷性黄土地段及砂砾土地段，按设计要求夯击4遍，第五遍低能量“满夯”，锤印彼此重叠搭接。确保表层土的均匀和较高的压实度。（5）间歇时间 各遍夯击间的间歇时间根据加固土层中孔隙水压力消散时间而定。对砂砾土地段，孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间，消散时间约24 min，可连续夯击。对粘性土。由于孔隙水压力消散较慢，当夯击能逐渐增加时，孔隙水压力也相应的叠加，一般为715天才能消散。3施工方法3.1施工步骤 清理并平整场地：现场标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程：超重机就位，使夯锤对准夯点位置；测量夯前锤顶标高；将夯锤起吊到预定高度，并在起重杆上标画出标志，测量锤顶高程：若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；完成第一遍全部夯点的夯击：用推土机将夯坑填平，并测量场地高程：在规定的问隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数最后用低能量满夯将场地表层土夯实，并测量夯后场地高程。如果夯坑内或场地内有积水应及时排除。3.2施工控制要点（1）在正式施工前作强夯试验，以校正各设计施工参数，考核施工设备的性能，为正式施工提供依据。试夯应有单点及小片试区，试区面积不得小于3030m，必要时应有不同夯击能的对比，以提供合理的选择。（2）在了解研究强夯设计意图及设计方案的基础上，提出意见，使方案更趋完善、合理。（3）上场的施工机具：吊车、夯锤、自动脱钩装置及辅助施工的推土机。（4）夯实过程的记录和数据包括：每个夯击点的每击夯沉量、夯坑深度、开口大小、夯坑体积和填料量场地隆起、下沉记录：每遍夯后场地的夯沉量及填写料量记录：附近建筑物的变形量监测：满夯前根据设计基底标高，考虑夯沉预留量并整平场地，使满夯后接近设计标高。（5）对每个夯点的最后一遍夯击及满夯，应控制最后2击的贯入度符合设计或试验要求值。（6）在饱和软弱土地基上施工，应有一定厚度的砂砾石等粗粒料垫层，以保护吊车的稳定。（7）注意吊车、夯锤附近人员的安全，为防止飞石伤人，吊车驾驶室应加防护网，起锤后，人员应在10 m以外并戴安全帽，严禁在吊臂前站立。4质量检验4.1质量检验 强夯施工结束后间隔7d时间方能对地基加固质量进行检验。在夯坑内、夯坑外和夯击区边缘，根据场地复杂程度的重要性，确定检测点数量。检验深度应不小于设计处理的深度。质量检验方法：室内试验(检测抗剪强度指标压缩模量或压缩系数、孔隙比、重度、含水量等)；动力触探试验(包括标准贯入试验)；静力触探试验等。4.2现场测试 现场的测试工作是强夯施工中的一个重要组成部分。测试工作包括地面及深层变形、地面沉降观测、孔隙水压力等内容。在大面积施工之前应选择面积不小于900m2的场地进行现场试验。取得设计数据，以确定夯距、夯击影响范围、间歇时问等参数了解压力增量沿深度的分布规律以及施工时的振动对现有建筑物的影响等，检验、检查强夯施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其他有效措施。5工程实例5.1工程概况 青岛至兰州公路陕西境壶口至雷家角高速公路是国家高速公路网规划“7918”网中一条东西横向线，全长185km。沿线主要分布在川道及河谷，由于局部地段地下水埋深较浅，地表排水不畅，在低洼处长期积水，形成过湿土路基。地质情况复杂。根据勘测报告，青兰LJ6标合同段自上而下分别为：湿陷性黄土发育，共三层，上更新统新黄土，中更新统老黄土及下更新统老黄土，下更新统老黄土仅在勘察区边缘地带局部出现。另外全新统发育冲击及崩坡等新近堆积的黄土状黄土。新黄土几乎全线分布，颜色以浅黄色为主，有灰黄、褐黄等色；含大量粉粒，一般在55%以上；具有肉眼可见的大孔隙；富含碳酸钙成分及其结合；无层理，垂直节理发育，均具有湿陷性和易容蚀、易冲刷、各向异性等特征。 依据该地区软弱层厚、粘土土质的特点，根据目前中国许多高速公路地基处理后都有不同程度的沉陷，桥头跳车普遍存在的现象，本区段长度小于150m 的I级轻微非自重湿陷性填方地段采用强夯处理。5.2施工情况本标段强夯施工的参数为：（1）锤径1.5 m：（2）锤重200kN：（3）夯锤提升高度10m，夯锤落距10m；（4）夯击能2000kNm；（5）夯点布置，按矩形均点布置，夯点间