三灵高速公路湿陷性黄土路堤基底强夯处理

三灵高速公路湿陷性

黄土路堤基底强夯处理中铁十三局四处牛希顺姜永军王沐寒池春生【摘要】本文结合三灵高速公路工程实例较为全面地介绍了用强夯法处理黄土状低液限粉土地基的试验、设计、施工以及质量控制。【关键词】粉土湿陷强夯处理1工程概况及工程地质三门峡至灵宝高速公路155+心59段，位于黄河二级阶地及黄土源过渡带。黄土冲沟发育，沟壑纵横地形起伏较大，多陡坎。地基土层为浅黄色黄土状低液限粉土。该地层厚度大（超过100米）颗粒不均匀，粗颗粒少，粉粒含量高，含少量钙质结核及蜗牛化石，土质干燥松散，结构疏松，且大孔隙，强度低，基底允许承载宠pa。具有自重湿陷性，湿陷等级II级，湿陷系80140.1355之间，自重湿陷系数在0.0015-0.088之间，湿陷土层厚度一般为〜12米，最小为4m，最大为15口。工程性质较差。2基底处理方案的确定湿陷性黄土对工程危害性很大。本段路堤填土高度太于米累计长954米，基底允许承载力低于车辆动力荷载和路堤自重压力，按承载力要求须对基底进行处理。1999年3月河南省交通厅主持召开了地基处理方案论证会多种地基处理方案比较后，决定K155〜K159填土路堤湿陷性黄土地基填土高度大于8.5米的地段进行强夯处理，降低地基土的压缩性提高土的承载力，消除6米范围内基底土的湿陷性。3地基处理方案的可行性研究强夯法加固非饱和土是基于动力压密概念，到目前为止，强夯设计方法基本是半经验性的，还没有形成一套成熟浣善的理论和设计计算方法因此，大面积施工前，选择在K155+23〜心55+250路基主线进行试验性施工试验的主要目的是确定强夯技术的适用性，然后选定合理的施工参数。1试验区的地质条件试验区土的物理力学性质见表—1。2确定夯击能及夯击遍数设计要求加固地基深度为米，按梅纳公式选择最佳夯击能相应的锤重和落距。H=aJ0.1wh试验区湿陷性黄土的物理力学性质探井编土编取样深度m天然含水量w%天然密度g/cm3密度Pdg/cm3比重Gs孔隙比饱和度Sr%压缩指标压缩系数a0.5〜1.0Mpa-1压缩系数a1.0〜2.0Mpa-1压缩模量EsMPa210.55.31.421.352.70.99714.50.0500.05337.721.59.01.521.402.70.93226.00.2110.4824.032.55.91.481.402.70.93017.00.1330.15212.743.57.21.451.352.71.00019.50.0820.07028.654.56.41.491.402.70.93118.50.1140.12116.065.55.81.451.372.70.96916.10.0770.10518.776.57.71.441.342.71.02220.40.0730.05437.7式中H--加固深度（cm）W--锤重（KN）h--落距（m）a--修正系数。湿陷性黄土取0.35-0.45由上式导出，w=10H2/a2h当H=6m，a=0.4，h=15m，w=150KN经计算采用2250KN・m的单击能量。每点夯击初步定为13-17击，以最后三击的平均夯沉量小于5cm时击数为控制击数。第一遍夯击主夯点（见图H），主夯点完工后，将夯坑推平。第二遍为夯点搭接（一夯压半夯）的满夯，以加固地表松动层。满夯采用1000KN-m的夯击能量，最后三击平均夯沉量小于5cm时击数为控制击数。3分遍夯击的间隔时间分遍夯击的间隔时间，取决于土中超静孔隙水压力的消散时间，针对湿陷性黄土状低液限粉土，孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间，消散时间仅为几分钟且渗透性好，可不考虑间歇时间，故可连续夯击。4夯点布置夯点中心间距为4米，成正方形布置，共布置5排每排5点共计25点。夯击面积400m2。试夯夯点布置详见图-1试夯夯点布置图 图-15夯锤夯锤:采用铸钢锤.锤的底面采用圆形，底面静压为30Kpa，锤重5夯锤夯锤:采用铸钢锤.锤的底面采用圆形，底面静压为30Kpa，锤重150KN，锤底面积5m2，直径D=2.523m。3.6试夯区场地总平均夯沉量总平均夯沉量270cm。其中

第一遍207cm，第二遍63cm。3.7夯击过程分析3.7.1夯沉量与夯击次数和夯击能的关系O（■）O-©©®（D®|rf广rf 产、-注：图示圆点的数码字为夯击顺序从各点测量的夯沉量情况来看：总夯沉量随夯击次数的增加而增加。夯击次数多，累计夯沉量大。单击的夯沉量随击数的增加而减少。说明土层随夯击次数的增加逐步加密。3从各点测量的夯沉量情况来看：总夯沉量随夯击次数的增加而增加。夯击次数多，累计夯沉量大。单击的夯沉量随击数的增加而减少。说明土层随夯击次数的增加逐步加密。3.7.2夯点以外处的土体变形试夯区各点在夯击过程中，夯点周围不仅没有隆起，反而随夯坑一起沉陷，使夯坑口面直径不同程度的增大。形成一个以夯坑为中心的锅底形沉陷，同时周围出现环状裂缝。缝宽在2〜5mm左右。这说明在夯击的过程中，所产生的冲击能量，主要消耗在土体的竖向压缩变形上，侧向挤出量不大。虽然深层加固较好，但夯间特别是地表层需要认真处理。7.3当夯击达15—17击时，每击夯沉量显著减小，为3-4cm/击，可见17击后夯沉量很小，据此，确定地基处理采用单点夯击数为17击。同时经测量地面没有隆起现象，说明地基土在竖向得到充分压缩，同时对设计夯间距也无需进行调整即夯点距4.0m，满夯按1/2互压处理。8试夯区的检测试验结果试验区自1999年11月5日开始施工，至11月8日结束。检测从1999年12月7日开始至12月8日完成，然后进行室内试验及资料分析，本次试验进行竖井取样，室内常规土工试验，动力触探等项原位测试工作。试验结果为：土工试验成果见表3-2；经测试平均承载力260kpa，达到了设计提出的承载力不小于180kpa的要求。2250kn・m能级可满足有效影响深度内消除湿陷性的要求。本试验方案设计合理，其参数可直接用于大面积施工。4工程应用概况及关键技术根据试验结果，高速公路的正式施工自2000年3月份开始至2000年5月结束。强夯施工面积2万m2。1施工设备选型、机具制作1.1夯锤夯锤是强夯施工时必不可少的重要设备。在夯击作业时，为减少夯击过程中的空气阻力以及拔锤通气减少真空吸力。我们选用了锤底直径°2523mm，按其底面形状，均匀设置直径30mm贯通排气孔的铸钢锤。1.2起重机及自动脱钓装置强夯的工艺特点是将夯锤提升到一定的高度让其自由下落，对地基进行夯打击实，这就要求起重机具有要求的起重能力，稳定性能好，操作方便，就位准确迅速。我们采用的是抚顺重型机械厂产的w-1001型，15t履带式起重机，该机适应场地能力强、移动方便。为了使夯锤自由脱钩安全方便，我们设计了自动脱钩装置，该脱钓装置挂钩轻便，脱钩灵活。1.3门型支架由于起重机单臂起重能力有限，加之强夯工作时，由于起重机臂起重时倾角较大夯锤脱落后由于突然卸载会引起重臂突然产生后倾，为增强其稳定性及增加提升能力，在臂杆端部设置辅助门架。1.4滑轮组由于起重机起重能力较小，满负荷仅为15t，为了达到所需的夯击能量，必须增加起重量，为了解决这个问题，在门架的基础上，增设滑轮组，增加滑轮组后，土工试验成果汇总表探井号土样号取样深度m天然含水量w%天然密度g/cm3密度Pdg/cm3比重Gs孔隙饱和度Sr%压缩指标压缩a0.5〜1.0Mpa-1压缩a1.0〜2.0Mpa压仑模:MP310.59.11.741.602.700.68935.80.0910.08420.21.512.41.821.622.700.66450.40.0900.06625.32.515.31.801.572.700.72556.90.0950.06526.43.513.01.581.392.700.93637.40.0890.07426.54.513.01.741.542.700.75046.70.1140.08221.65.512.91.701.512.700.78844.10.1020.08920.76.511.01.621.462.700.85334.70.0940.09818.可使起吊能力达到25t以上。4.2施工工艺强夯施工工艺详见图-2图-2强夯施工工艺4.3施工措施4.3.1夯点的控制：夯点布置在测量场地，用石灰进行夯点标识，在夯点上用石灰撤出夯锤底部轮廓线。控制桩位偏差小于5cm。4.3.2夯坑推平：将夯坑推平后，用推土机碾压，便于吊车来回行走。4.3.3停夯控制原则：每个夯点的停夯标准按照设计参数进行，同时，满足最后三击贯入度均小于5cm，满夯的击数均为6击，贯入度也按最后3击均小于5cm控制，施工时同时达到双控标准，即可停夯。4.4强夯效果检测检测结论；用强夯处理地基加固效果显著，处理后地基比较均匀。4.1动测、静测试验确定承载力标准值比较一致。4.2强夯处理后，地基承载力标准值〉200kpa。4.4.3强夯处理后，地基压缩模量Es>18Mkpa。4.4.4按照《湿陷性黄土地区建筑规范》的规定，由室内土工试验得出路基地基湿陷系数较小，均小于0.015,说明7.0m以上的路基土经过强夯处理后已消除了湿陷性。4.5强夯有效加固深度〉7m。5结束语：1本次大面积强夯施工采用能级、夯