王雪松，王 剛

(1. 中國市政工程華北設(shè)計研究總院，天津 300074；2. 中國中鐵一局集團有限公司，西安 710054)

1 工程概況

津港高速公路樁號 K1＋500～K4＋500范圍內(nèi)分布有幾個大型取土坑，坑內(nèi)有大量生活垃圾．垃圾土的成份復(fù)雜，有機物及可腐爛物多，力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性較差．同時，具有分布范圍相對集中、覆蓋厚度大的特點，增加了地基處理的難度．由于工程選址無法繞避該場地，若徹底清除坑內(nèi)垃圾，再分層回填優(yōu)質(zhì)填料，工程量巨大，耗時費工，工程費用高，工程的經(jīng)濟、技術(shù)可行性差．因此，需要結(jié)合該場地范圍內(nèi)垃圾土的特點采取切實可行的方法對地基進行處理，以滿足工程建設(shè)的需要．

在以往的工程實踐中，對類似場地主要采用分揀有機物后進行強夯、強夯置換等處理方法．該場地水域面積寬，垃圾土分布厚度大，地下水位高，不能圍堰降水，不能為挖掘機提供工作平臺，不具備將垃圾土全部清除的條件．綜合各種因素，可采用強夯置換法對地基進行處理．

為合理確定施工方案和技術(shù)參數(shù)，選取具有代表性的 K2＋425～K2＋653路段做為強夯置換處理方案的試驗路段．該試驗區(qū)域以前是取土坑，后被大量生活垃圾和建筑垃圾填埋，垃圾最大埋深達7.0 m．根據(jù)現(xiàn)場的試驗結(jié)果，生活垃圾的基本土性參數(shù)如下：天然密度為0.79～1.34 g/cm3；天然含水量為32.6%～124.0%；比重為 1.55～2.46；有機質(zhì)含量為 43.6%～10.8%；壓縮系數(shù)變化范圍較大，屬于高壓縮性土；α1-2在0.72～3.2范圍內(nèi)變化；壓縮模量在0.88～3.28 MPa之間．

考慮公路等級、交通組成、路面結(jié)構(gòu)及路基工作狀態(tài)等綜合因素的影響，要求該區(qū)段路基進行地基處理后，地基承載力不小于150 kPa，路基土的回彈模量不小于30 MPa．

2 地基處理方案及試驗結(jié)果

2.1 強夯置換的基本原理

強夯置換法是20世紀(jì)80年代開始應(yīng)用處理軟土地基的有效方法之一．一般是通過重錘提升一定距離后使其自由下落形成夯坑，并不斷夯擊坑內(nèi)回填的砂石、礦渣等物理力學(xué)性能較好的粗粒料，使其形成密實墩體，以此來達到加固地基的目的[1-3]．

2.2 試驗方案

首先，清除該區(qū)域 3.5 m 左右的生活垃圾，在其頂面鋪筑拆房土至水面以上 80 cm左右以提供施工工作面并測定強夯置換前的地基承載力；然后，進行強夯置換試驗，通過測定不同能級、不同夯擊次數(shù)下的夯沉量，確定強夯置換的施工工藝，在達到了預(yù)期的置換效果后，測定強夯置換試驗后復(fù)合地基的承載力是否滿足設(shè)計要求．承載力檢測滿足設(shè)計要求后，埋設(shè)沉降板，再根據(jù)現(xiàn)場試驗確定的最佳松鋪厚度和碾壓遍數(shù)分層填筑山皮土至設(shè)計標(biāo)高，并用沖擊壓路機碾壓補強．路基施工完畢，采用貝克曼梁法進行路基回彈模量試驗，驗證處理后的路基是否達到設(shè)計要求并為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供技術(shù)參數(shù)[4-6]．

2.3 試驗過程、結(jié)果與分析

試驗首先選用500 kN·m能級強夯機械在試驗段附近進行試夯，為大面積試驗提供可靠的參數(shù)依據(jù)．夯錘形狀為正方形，重 50 kN，底面長 1.0 m、寬1.0 m、高1.0 m，落距為10.0 m．夯點采用梅花型布置，間距2.0米；采用隔孔分序跳打的方式，每個夯點停夯的標(biāo)準(zhǔn)為最后單擊夯沉量小于5.0 cm．夯擊點夯沉量與夯擊次數(shù)的關(guān)系曲線如圖1-4所示．

圖1 500,kN·m能級夯點1夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系曲線

圖2 500,kN·m能級夯點2夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系曲線

圖3 500,kN·m能級夯點3夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系曲線

圖4 500,kN·m能級夯點4夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系曲線

由圖1-4可見：采用500 kN·m能級進行試夯，當(dāng)單擊夯沉量小于 5 cm 時的最佳夯擊遍數(shù)為 7～9遍，累計夯沉量為 571～848 mm，平均夯沉量為677 mm．試驗結(jié)果表明，累計夯沉量較小，未能達到預(yù)期的置換效果．

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由于 500 kN·m能級試夯的試驗結(jié)果未達到預(yù)期的置換效果，增大強夯置換能級至1 300 kN·m重新進行試驗．夯錘錘重130 kN，落距10 m．夯點間距4.0 m，采用隔孔分序跳打的方式，夯基遍數(shù)為3遍．第一遍夯擊次數(shù)為 8～10次；第二遍夯擊次數(shù)為 6～9次；第三遍夯擊次數(shù)為5～7次．為掌握各測點夯擊次數(shù)與夯沉量之間的關(guān)系，選取6個有代表性的點記錄累積沉降量與夯基次數(shù)的關(guān)系，如圖5-10所示．

圖5 1,300 kN·m能級夯點1夯沉量與夯擊次數(shù)之間的關(guān)系曲線

圖6 1,300 kN·m能級夯點2夯沉量與夯擊次數(shù)之間的關(guān)系曲線

圖7 1,300,kN·m能級夯點3夯沉量與夯擊次數(shù)之間的關(guān)系曲線

圖8 1,300,kN·m能級夯點4夯沉量與夯擊次數(shù)之間的關(guān)系曲線

圖9 1,300,kN·m能級夯點5夯沉量與夯擊次數(shù)之間的關(guān)系曲線

圖10 1,300,kN·m能級夯點6夯沉量與夯擊次數(shù)之間的關(guān)系曲線

由圖5-10可見：在滿足最后單擊夯沉量小于5 cm的情況下，第一遍夯坑深度在1.2 m左右；第二遍夯坑深度在 1.0 m左右；第三遍夯坑深度在 0.8 m左右．現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，對垃圾土形成了良好的置換效果．

結(jié)合試驗結(jié)果，最終確定強夯置換的施工工藝為：采用 1 300 kN·m 能量級強夯大面積施工時，第一遍夯擊10次；上料填平后，第二遍夯擊9次；再次上料填平后，第三遍夯擊7次．

2.4 地基承載力和回彈模量的測定

采用1 300 kN·m能級強夯置換處理后，在地基表面選取4個點進行地基承載力試驗[7]．試驗結(jié)果如圖11-14所示．

圖11 強夯后載荷1#測點試驗結(jié)果

圖12 強夯后載荷2#測點試驗結(jié)果

圖13 強夯后載荷3#測點試驗結(jié)果

圖14 強夯后載荷4#測點試驗結(jié)果

由圖11-14可見，p?s關(guān)系為緩和變化曲線，可用相對沉降法來確定地基土的承載力．得出各測點的最終的地基容許承載力分別為 157.0，158.0，170.0，164.0 kPa，其平均值為：162.3 kPa，達到了預(yù)期的效果并滿足了設(shè)計要求．

山皮土填筑至設(shè)計標(biāo)高后，在路基頂面選擇 10個測點采用貝克曼梁法測定其回彈模量．檢測結(jié)果為：平均值=129.2(0.01mm)；標(biāo)準(zhǔn)差 s=56.1(0.10 mm)，高速公路保證率系數(shù)取 Za=2.0．

彎沉代表值的公式為

回彈模量值的公式為

式中：E1為土基回彈模量，MPa；p為測定車輪的平均垂直荷載，MPa；δ為測定用標(biāo)準(zhǔn)車雙圓荷載單輪傳壓面當(dāng)量圓的半徑，cm；u為測定層材料的泊松比；a為彎沉系數(shù)．

檢測結(jié)果整理得路基回彈模量E1＝38.6 MPa，滿足設(shè)計規(guī)范大于30 MPa的要求．

3 結(jié) 論

結(jié)合津港高速公路工程中垃圾土強夯置換試驗路段的整個試驗過程及相關(guān)的檢測結(jié)果，得出以下幾點結(jié)論．

(1)現(xiàn)場試驗路段的試驗數(shù)據(jù)及檢測結(jié)果表明，強夯置換的處理方法對于改善生活垃圾土的工程性質(zhì)是切實可行的，運用該方法處理后，路基的承載力及回彈模量達到了設(shè)計要求，滿足了工程的實際需要．

(2)在整個試驗過程中，夯錘的能級選擇、夯點布置、夯擊次序、夯擊次數(shù)等參數(shù)的選取是控制整個試驗成敗的關(guān)鍵；合理的確定這些技術(shù)參數(shù)，不僅能形成良好的置換效果同時也會避免施工過程中因夯坑過深而造成提錘困難等情況的發(fā)生．

(3)強夯置換方法對地基處理的深度較大，能有效地消除垃圾土覆蓋厚度大對于復(fù)合地基處理效果的不利影響．

(4)置換填充材料為滲透性較好的碎石材料，能在復(fù)合地基上部形成良好的排水通道，改善了垃圾土的滲透、排水性能，路基土中的孔隙水壓力也能得以消散，從而能有效地改善路基土的工作性狀．

(5)強夯置換方法具有處理效果明顯、施工簡單、施工速度快、施工成本低的特點．實踐證明處理垃圾土是切實可行的，具有良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟效益．對于類似工程的設(shè)計和施工具有借鑒、指導(dǎo)和推廣意義．

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［3］ 徐 超，廖星樾，李志斌. 軟土地基上生活垃圾衛(wèi)生填埋場的巖土工程問題與對策[J]. 環(huán)境污染與防治，2006，28(6)：465-468．

［4］ 毛應(yīng)生，高中俊，周新強. 垃圾雜填土強夯作道路路基的試驗與施工[J]. 城市道路與防洪，2001，6(2)：1-4．

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