红泥岩施工技术总结

济源至邵原高速公路工程 JSTJ 7 合同段 路 基 填 筑 施 工 方 案 邢台路桥建设总公司 济邵高速 JSTJ 07 项目经理部 2006 年 10 月 18 日 目目 录录 一 利用红泥岩强夯填筑路基施工总结 二 路基各填筑方案工程量汇总 三 路基各填筑方案工程造价分析 利用红泥岩强夯填筑路基施工方案总结利用红泥岩强夯填筑路基施工方案总结 一 编制依据一 编制依据 1 现行的公路工程设计及施工规范 标准 规程 2 济邵高速公路两阶段设计施工图 3 济邵高速公路业主及监理的函件 指令 纪要等 4 国内外已有的强夯填筑路基科研成果及施工经验 5 利用红泥岩强夯填筑路基试验段及小范围推广施工情况及数 据采集成果 6 我单位拥有的技术能力和相关资源 二 工程概况二 工程概况 济邵高速 JSTJ 07 合同段起止桩号为 K30 500 K34 700 全长 4 21 公里 全线总挖方量约 88 3 万方 总填方量约 47 6 万方 本合同段所经地区主要为剥蚀丘陵地貌 相对高差大 地质复杂 表层覆盖层为强风化红色粉砂质泥岩及黄河台阶地少量低液限粘土 下部是强度较高的黄色砂岩 分布较少 和红色砂质泥岩 分布较 多 为互层状 与线路成 135 175 斜向 坡度 10 22 分 布 节理比较发育 三 强夯的作用三 强夯的作用 由于红泥岩 刚爆破出的红泥岩强度较高 具有极强的风化崩 解 遇水软化 强度降低等特性 不宜作为路堤填筑材料 否则将 不可避免会出现路基沉陷 边坡滑坍等严重的工程质量病害 济邵高速线路及周围此类岩石分布范围较广 除我标段外 其 他标段也存在此类情况 若将沿线施工开挖的红色粉砂质泥岩全部 弃置不用 而远借其它材料填筑路基 则会大大增加工程造价 同 时弃方及借方还会破坏植被及占用大量耕地 不利于环境保护 为了确保工程质量 有效处理利用红泥岩 从而降低工程造价 保护生态环境 我项目经理部在中国公路工程咨询总公司红泥岩路 基课题研究组的指导下 设立了专业施工队伍 组织专门实施试验 段的人员和机械设备 对红泥岩填筑路基进行了强夯处理试验段施 工及小范围推广 四 施工概况四 施工概况 我标段于 2006 年 7 月 25 日 2006 年 8 月 5 日在中资公司课题 组的指导下 在 K34 510 K34 670 段进行了强夯试验段的施工 并 根据审批的总结方案 在 K32 535 K32 817 段进行了小范围的推广 应用 每层填筑松铺厚度按 1 5m 进行控制 五 强夯主要参数的确定五 强夯主要参数的确定 1 夯击能 夯锤自重 10T 夯锤直径 2 3m 夯锤落距 10m 每击的夯击能 为 1000KN m 2 夯击遍数 夯击遍数一般通过每夯坑的夯沉压缩量来确定 我国目前已有 地基处理强夯控制标准 为两击的夯沉量平均值 5cm 为了更好的 确保路基的填筑质量 我们按照每夯点的夯击遍数依据最后两击的 夯沉量平均值 3 5cm 及单值 5cm 来确定 一般夯击 9 遍左右即可 达到标准要求 3 夯点布置 合理的夯点间距可大大提高强夯的加固效果 夯点间距的布置 是否合理与夯击效果和施工费用直接相关 夯击点间距一般根据路 基土性质和要求加固的深度而定 夯点间距过大 使各夯点间的土 体得不到有效加固 夯点间距如果过小 在夯击时上部土体向已经 夯成的夯坑中侧向推挤 从而造成坑壁塌陷 夯锤歪斜或倾倒 进 而影响夯实效果 采用夯点搭接的方法往往使后续强夯扰动前期强 夯已形成的固结稳定状态 从而降低加固效果 根据国内外已有的 工程经验 夯点间距一般为 1 5 2 5 倍夯锤直径 强夯施工中我们 采用夯点间距为 3 3m 梅花形布置 根据国内外多年来的强夯理论研究 在一定深度范围内 强夯 的有效加固范围呈 45o角度向下向外扩散 如下图 两夯点之间未 夯实部分为三角形 阴影部分 最大深度约为 35cm 因填筑上层 时是以下层夯坑标高为基准 故未夯实部分实际全部位于上层的有 效加固范围内 另上下层的夯点布置应错开 不能上下重叠 使上 层夯点位于下层两夯点间隙部位 从而更充分保证了整体夯实效果 夯 锤 七 强夯施工检测结果 一 试验段检测成果 在试验段检测时 为了可以收集更多的数据 以证实强夯方案 的可行性 在强夯施工完成后 进行了表面整平 并进行了相对沉 降量 动力触探 弯沉 固体体积率 虚铺系数各项指标的检测 结果如下 1 夯沉量 检测记录每夯点每击的相对沉降量 最后两击夯沉 量平均值不大于 3 5cm 及最后二击每击夯沉降量极值不大于 5cm 达到上述要求 虚铺 1 5m 的夯击次数约为 9 击左右 总夯沉量约 50cm 左右 2 相对沉降量 采用 20T 振动压路机强振 2 遍 观测各布置点 前后的高差 所有检测点均 2mm 检测记录表后附 3 动力触探 采用锤重为 63 5kg 的重型触探仪进行检测 锥 入 10cm 的锤击数为 14 21 之间 4 弯沉值 平均弯沉值为 94 4 10 2 代表弯沉值为 142 2 10 2 5 固体体积率 挖坑检测 颗粒嵌挤密实均匀 由上至下进行 固体体积率检测 上下层差值不明显 平均固体体积率达到 85 虚铺 1 5m 固体体积率平均值为 85 2 虚铺 1m 固体体积率为 85 15 6 虚铺系数 虚铺 1 5m 平均为 1 37 二 K32 535 K32 817 段路基强夯检测结果 自 2006 年 9 月 20 日路基强夯试验段总结技术方案审批后 即 开始在 K32 535 K32 817 段小范围进行推广 每层松铺厚度按照 1 5m 控制 在推广段检测时进行了夯沉量及重型动力触探的检测 各夯点的夯沉量均按照最后两击的夯沉量 3 5cm 及极值 5cm 进行控制 一般夯击遍数 9 击左右即可达到要求 否则增加夯击遍 数 每夯点总夯沉量为 50cm 左右 重型动力触探值以 63 5Kg 锤锥入 10cm 的锤击次数为检测标准 检测部位为距离夯坑边部 10cm 的范围内进行 因为在同一个点的重 复夯击过程中 不可避免存在机械及夯锤晃动偏差 实际夯坑直径 尺寸比夯锤底面尺寸要偏大 20cm 左右 距夯坑边 10cm 范围为夯击 有效范围的薄弱环节 动力触探检测均在距离夯坑边部 10cm 范围内 薄弱部位进行 根据检测结果 全部满足 N63 5 10 击的标准要求 N63 5 10 20 密实状态 证实强夯路基已达到了密实固结状态 八 强夯成果总结八 强夯成果总结 根据强夯试验段及小范围推广应用 对强夯施工的初步总结如 下 1 包边土 试验段在距路基边线 2m 位置采用粘性土包边 包边土每侧宽度 为 2m 每层压实厚度为 20cm 包边土的作用主要为防止路基填筑施工过程和路基填筑完成后 路基内部进水 导致红泥岩遇水崩解软化 从而影响路基稳定 由 于在试验段施工过程中发现包边土和路基整体施工极不协调 主要表 现在 1 包边土与红泥岩不能同步施工 包边土每层压实厚度为 20cm 而强夯红泥岩每层夯实厚度为 100cm 左右 即填筑 5 层包边 土后方可强夯 1 层红泥岩 由于粘性土天然含水量较大 很难达到 最佳含水量 2 范围内 严重制约路基整体施工进度 2 包边土 宽度仅为 2m 且不能与红泥岩同步 对于高填方施工来说 施工的 安全隐患较大 基于以上包边土施工的作用及缺点 在强夯工艺推广阶段采用 彩条布覆盖及用浆砌片石护坡代替粘性土包边 在施工过程中采用 彩条布对路基边坡进行覆盖防水 在路基填筑完成后 边坡采用浆 砌片石护坡或其它更适宜形式 并在边坡护坡上设置一定数量的仰 斜式排水口 不仅能防止边坡水进入路基内 而且保证路基内一旦 有水能及时排出路基 比粘性土包边效果更佳 为了更好的保证边坡位置的密实 路基边部夯点间距空隙进行 补夯 2 3 击或按满夯布置 2 虚铺厚度控制 试验段虚铺厚度有1 0m与1 5m两种 在单位夯击能相同的条件 下 虚铺1 5m比虚铺1 0m在同一夯点上多夯2 3次左右 即可达到同 样的夯击效果 各项检测指标接近并符合规范及设计要求 在试验 段施工完毕后 对1 5m虚铺和1 0m虚铺路段分别挖开垂直断面 根 据目测观察虚铺1 5m和虚铺1 0m的密实程度沿坑壁上下均比较均匀 密实 分层固体体积率检测上下无明显差距 均能达到设计要求 所以采用1 5m虚铺强夯填筑既能保证工程质量 又可以降低工程成 本 加快工程进度 通过以上综合考虑强夯虚铺厚度确定为1 5m较 适宜 根据松铺厚度和运输车的装料数量计算每车的铺筑面积自卸车 的装料数量为8m3 车 划格尺寸虚铺1 5m按照2 3 2 3m一车控制 在下承层上放样划格 由专人指挥卸料 每个格网内卸一车填料 3 夯点布置及夯击遍数 1 夯击点布置 试验段采用了两种布点方案 一是正三角形布点 梅花形 夯 点间距 3 3m 二是正方形布置夯点 夯点间距为 3 3m 经试验段 试验 三角形布点优于正方形布点 同一面积内三角形布点与正方 形布点比较点数多布 5 平均单位面积夯击能要大 另三角形布点 的机械施工效率高于正方形布点 相对可减少强夯机械移位频率 故在后期大面积推广施工中采用正三角形布点 梅花形 夯点间距 3 3m 在强夯大面积施工中 布点时应在边坡位置设置夯击布点的控 制桩或采用对边线位置布点的坐标进行记录 相邻两层的夯点不重 叠 应错开位置 保证上层的夯点位置在下层夯点中间 更好的确 保路基的均匀稳定性 2 夯击遍数确定 强夯时同时满足夯击最后二击平均下沉量不大于 3 5cm 及最后 二击每击相对沉降量极值不大于 5cm 两个条件 根据强夯施工记录 虚铺 1 5 米一般需要对每夯点强夯 9 10 击 大部分夯点在夯击 9 遍 后可以满足要求 4 机械组合和适合的作业段长度 根据试验段施工情况 挖运最佳挖运机械组合为每 1m3挖掘机 一台配 8m3自卸车四辆 采用划格备红泥岩 铲车配合推土机进行 推平 在推平后的路基表面按 3 3m 梅花形进行夯点布置 采用夯 击能为 860 KN m 1000KN M 夯锤重 10T 落距 10m 的强夯机 按顺序对布点逐点进行夯击 直至完成所有夯点的夯击作业 试验段施工中为了采集检测试验段各项指标数据 强夯完成后 用推土机推平夯坑 利用推土机的来回走动进行粗平 暴露潜在不 平整 利用平地机精平后 用 20t 振动压路机强振 2 遍 然后进行 试验段相对沉降值及弯沉等指标检测 由于夯击完成后 采用进行 推土机进行推平会挠动破坏强夯路基得密实结构 采用振动压路机 振动碾压 由于振动压路机振动碾压的能量远远小于夯击能量 振 动碾压不仅不会提高路基密实程度还会挠动破坏强夯路基的密实结 构 甚至出现路基反弹 对夯击效果产生不利影响 所以正式路基 强夯填筑过程中 强夯完成并检验夯沉量及重型动力触探值合格后 直接进行下一层路基填筑 不需进行推土机整平及压路机碾压 以 本层夯坑顶面标高作为上层填筑的基准标高 直接进行下一层路基 强夯填筑 同时采用控制桩等形式对每层布点进行控制 保证每层 布点的不重叠 可以很好的保证夯点之间的密实 结合我标段地理 地形条件 我标段土石方工程填方段长度都 比较短 且多涉及纵 横向半填半挖段 根据试验段的数据 并考 虑到机械使用的经济性 确定强夯作业段长度为 50m 100m 不划 分过长施工段 主要考虑施工准备工作易于集中精力考虑和安排 便于施工工作紧凑 劳力 机具设备 物资材料便于供应和管理 质量监督方便等 5 施工组织管理及人员配置 试验段施工中的施工技术人员配置基本能够满足试验段施工的 需要 在今后的施工过程中 每一路基填筑施工段的人员配置如下 施工负责人 1 名 负责施工现场的总体安排和机械材料的调度 施 工员 1 名 负责施工段的现场施工 测量技术人员 2 名 负责施工 过程中的虚铺厚度 夯点布置及夯击沉降量控制等测量工作 试验 员 2 名 负责施工段的试验检测 质检员 1 名 负责施工段的质量 检测控制 民工 20 人 负责辅助配合现场施工技术人员搞好施工 6 施工质量控制标准 1 虚铺厚度及夯点布置 对强夯处理利用红泥岩填筑路基施工 强夯每层虚铺厚度按 1 5m 控制 距路床顶 2m 以下范围 夯点间距按 3 3m 正三角形布 置 上下两层的夯点不能重叠 保证上层夯点布置在下层夯点中间 距路床顶 2m 以上范围 建议采用满布夯点 且夯点重合面积不小于 1 3 进行强夯处理 2 强夯处理利用红泥岩填筑路基质量控制标准 在试验段施工中 为了试验段总结的全面 可靠 对强夯试验 段进行了 动力触探 弯沉 固体体积率 相对沉降量等各项指标 的检测 经检测试验段各项检测指标均满足设计规范要求 由于固体体积率检测时对路基破坏较大 挖坑直径 80cm 深 度 100cm 检测耗时较长且检测程序复杂 红泥岩的天然含水率会 影响检测精度 故固体体积率不宜作为常规检测项目 弯沉检测规 定在路基完成后才需进行检测 施工填筑过程中无具体控制指标 况且弯沉及相对沉降量观测需在平整的作业面上方可进行 推平碾 压会对强夯路基的密实结构产生挠动 故弯沉与相对沉降量也不宜 作为强夯路基施工的常规检测项目 同时在试验段施工中已经证明 采用此总结的施工工艺和方法施工 此种指标检测结果达到规范设 计要求 在大面积红泥岩路基填筑过程中 从保证工程质量和施工 进度方面考虑取消固体体积率 弯沉及相对沉降量三种检测指标作 为路基施工过程中的常规检测指标 施工过程中采用夯击沉降量和 重型动力触探两种检测指标作为强夯路基的常规检测指标 夯击沉降量 采用最后二击平均下沉量不大于 3 5cm 及最后二击每击相对沉 降量极值不大于 5cm 的双控指标控制 重型动力触探 重型动力触探的验收位置在各夯点中心的连线位置上 距离夯 坑边部 10cm 的坑内进行 检测频率为每 2000m2 每压实层不小于 4 处 且每一独立段不小于 10 处 距路床顶面 2 0m 以下层次以 N63 5 10 击作为强制性指标 路 床顶 2m 以上范围以 N63 5 20 击作为强制性指标 对收集的数据按单边置信区间的上限进行控制 如代表值不能 满足要求 应对这层提高夯击能进行重夯 如有单个点不能满足要 求 则对单点夯坑提高夯击能进行重夯 3 粒径控制 填筑材料采用挖方爆破的红泥岩 爆破后的最大粒径不宜超过 压实层厚的 1 2 50cm 否则进行剔除或进行二次破碎 对于个 别运到现场的超粒径填料 进行人工破碎 人工破碎困难的采用人 工配合铲车清除出路基 根据强夯后挖坑观测坑壁断面情况 填料 经强夯后均匀密实 无明显空隙 填筑过程中控制岩石最大粒径不 超过层厚的 1 2 50cm 7 施工注意事项 1 根据强夯的应力分布规律 强夯应力分布约是 45 度 角 向下扩散 设计结构物两侧台背回填与填方路基的衔接处也为 45 度 角 1 1 且台背下部是从涵洞外 2m 位置开始放坡 桥梁下部是 从桥台外 8m 开始放坡 根据强夯的应力分布及台背回填的设计情 况 结构物两侧台背回填范围内不宜强夯 台背回填范围以外路基 强夯施工并不会对涵洞造成影响 由于强夯的有效影响深度 6m 故涵洞顶 6m 范围内不宜采用强 夯 涵洞顶 6m 高范围内填筑按台背回填方法和标准进行施工 2 挡土墙台背回填范围内及其上 6m 范围内采用台背回填 方法和标准进行填筑 原理同上述 1 所述 3 结构物台背回填与路基强夯施工可同步进行 以利于扩大 强夯的施工作业面 从而加快工程施工进度 4 路基防水处理 路基填筑推平过程中注意形成 3 4 左右的路基横坡 以 利于路基排水 一般情况下施工横坡应比设计横坡大 1 2 且保证 路基横坡不小于 3 以利于排水 现场准备足量的彩条布 做好随时覆盖的准备 雨前应及 时停止施工 并对路基进行覆盖 为防止半填半挖处坡面