林朝清

(福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所)

1 前言

由于黃土顆粒表面含有可溶鹽，同時(shí)其結(jié)構(gòu)具有肉眼可見(jiàn)的近乎鉛直的小管孔、在雨水及地表水的浸濕下可溶鹽溶解，從而使小土顆粒向大孔隙中滑移，導(dǎo)致地面沉陷，具有這種性質(zhì)的土稱為濕陷性黃土。濕陷性黃土對(duì)工程的影響包括建筑物開(kāi)裂、突然下陷、突然失穩(wěn)等。

重錘夯實(shí)是指將一定重量的重錘以一定落距沖擊和振動(dòng)地基，從而達(dá)到增大壓實(shí)度，改善土的振動(dòng)液化條件，達(dá)到消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。強(qiáng)夯加固過(guò)程是瞬時(shí)對(duì)地基土體施加一個(gè)巨大的沖擊能量，使土體發(fā)生一系列的物理變化，如土體結(jié)構(gòu)的破壞或排水固結(jié)、壓密以及觸變恢復(fù)等過(guò)程。其作用結(jié)果是使一定范圍內(nèi)的地基強(qiáng)度提高、孔隙擠密。

2 工程概況

新疆奇臺(tái)至木壘高速公路項(xiàng)目區(qū)地層以卵礫石層為主，其上分布有低液限粉土，層厚通常小于1 m，局部最大厚度在2.7 m。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，該土層具有一定的濕陷性，濕陷等級(jí)為非自重濕陷Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)。根據(jù)設(shè)計(jì)特殊路基處理原則，即加強(qiáng)路基范圍的防排水設(shè)計(jì)，防止路基側(cè)積水浸泡路基，對(duì)場(chǎng)地濕陷性等級(jí)低的路段進(jìn)行淺層處理。對(duì)于濕陷性土層厚度H＞130 cm的Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)非自重濕陷路段，采用加強(qiáng)防排水設(shè)計(jì)和重錘夯實(shí)綜合處理方案。

3 重錘強(qiáng)夯處理法要點(diǎn)分析

通過(guò)實(shí)施不同夯擊遍數(shù)，繪制夯擊遍數(shù)與沉降量關(guān)系曲線，對(duì)比土體夯擊前后壓實(shí)度、濕限系數(shù)、地基承載力、孔隙比的變化，確定消除濕限性的夯擊次數(shù)，并對(duì)設(shè)計(jì)的夯擊能、夯擊遍數(shù)等參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)和修正及指導(dǎo)大面積施工。

夯點(diǎn)采用矩形布置，夯點(diǎn)間距4 m，夯錘底面為圓形，直徑1.5～2.0 m，落距4.0～8.0 m;第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間，施工時(shí)可根據(jù)試夯合理調(diào)整夯擊點(diǎn)間距。重夯共夯擊四遍，單點(diǎn)擊數(shù)應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)試夯得到的夯擊次數(shù)和夯降量關(guān)系曲線確定。并滿足:(1)最后兩擊的平均夯降量不宜大于50 mm;(2)夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過(guò)大的隆起;(3)不應(yīng)因夯坑過(guò)深而發(fā)生提錘困難。

試驗(yàn)過(guò)程中主、副夯以800 kN·m的單點(diǎn)夯擊能跳夯兩遍，最后再以600 kN·m的低能量滿夯兩遍。重夯處理范圍為路堤底寬+(2×3 m)。

根據(jù)設(shè)計(jì)給定夯擊能計(jì)算夯擊的有效深度H，單擊夯擊能(kN·m)=錘重M(kN)×落距h(m)。

夯擊的有效深度4 m大于本項(xiàng)目最大濕陷性黃土層厚度2.7 m，滿足要求。

4 重錘夯實(shí)試驗(yàn)段試夯步驟

(1)清理并平整施工場(chǎng)地，清除高空及地面障礙物，測(cè)量場(chǎng)地高程，布設(shè)主副夯的夯點(diǎn)，以不漏夯為布設(shè)原則;夯點(diǎn)布設(shè)情況見(jiàn)圖1，第一遍夯點(diǎn)即為設(shè)計(jì)主夯點(diǎn)，第二遍夯點(diǎn)為設(shè)計(jì)的副夯點(diǎn)。

(2)測(cè)定夯錘質(zhì)量、面積，確定夯錘落距，對(duì)所有夯擊錘進(jìn)行稱重，落距根據(jù)單擊夯擊能和錘重確定，即 錘重M(kN)×落距h(m)=單擊夯擊能(kN·m)，并對(duì)每個(gè)夯錘落距做好標(biāo)記。詳見(jiàn)表1。

(3)起重機(jī)就位，使夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置，測(cè)量夯前錘頂高程。

(4)將夯錘起吊到標(biāo)記高度，待夯錘自動(dòng)脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測(cè)量錘頂高程，發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時(shí)，及時(shí)將坑底整平。

(5)按設(shè)計(jì)規(guī)定的單點(diǎn)夯擊能為800 kN·m、最后兩擊下沉量小于5 cm為控制標(biāo)準(zhǔn)，完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊;重復(fù)步驟③～⑥，完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊。

(6)用推土機(jī)將夯坑填平，再在第一遍夯點(diǎn)間布設(shè)第二遍夯點(diǎn)，重復(fù)步驟③～⑥完成第二遍全部夯點(diǎn)的夯擊。

(7)第二遍夯點(diǎn)完畢后，用推土機(jī)平整場(chǎng)地，按全幅連續(xù)滿夯2擊，完成600 kN·m的低能量滿夯2遍，將表層土夯實(shí)拍平，滿夯時(shí)彼此搭接1/4夯錘直徑。

(8)經(jīng)7 d后，測(cè)試土層承載力，取土層底部土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定土濕陷性，對(duì)比夯擊前后結(jié)果。

圖1 夯點(diǎn)布設(shè)圖

表1 夯錘重量及落距一覽表

5 重錘強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土效果分析

選取K121+000～K121+200段為試驗(yàn)段，該段濕陷性黃土厚度為1.3～2.0 m，屬Ⅰ級(jí)非自重濕陷性黃土。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)重錘夯實(shí)路段的濕陷性黃土層平均厚度均在1.3～2.0 m間，具有代表性。該段地表土試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 地表原狀土試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)各夯實(shí)機(jī)的第一遍和第二遍夯擊點(diǎn)的沉降量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3;夯擊數(shù)與夯沉量關(guān)系圖，見(jiàn)圖2;取重錘夯實(shí)前后土層的濕陷性系數(shù)及承載力情況，見(jiàn)表4。

表3 夯擊數(shù)與夯沉量關(guān)系表

表4 重錘夯實(shí)前后土層的濕陷性系數(shù)及承載力對(duì)比表

圖2 夯擊數(shù)與沉降量關(guān)系圖

對(duì)以上圖表進(jìn)行分析可以得出以下結(jié)論:單擊夯沉量隨著夯擊次數(shù)增加而逐漸減小，累計(jì)總夯沉量隨著夯擊次數(shù)增加逐漸增大，但增幅逐漸減小，趨于穩(wěn)定，經(jīng)7次夯擊后夯沉量變化不大，坑底土微隆起，并向坑內(nèi)擠出。說(shuō)明土體逐漸密實(shí)，已處于彈性狀態(tài)，可停止夯擊。最后兩次夯擊的夯沉量為3.7 mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求的50 mm，滿足設(shè)計(jì)要求，并消除了黃土的濕陷性;容許承載力提高了280%，達(dá)到夯擊加固地基效果。

可確定夯擊遍數(shù)不小于7遍、夯實(shí)后7 d地基承載力不小于380 kPa、最后兩擊的平均夯降量不大于50 mm作為質(zhì)量控制指標(biāo)，指導(dǎo)本項(xiàng)目沖擊碾壓對(duì)濕陷性黃土地基處理的施工。

6 施工注意事項(xiàng)

(1)夯點(diǎn)布設(shè):強(qiáng)夯布點(diǎn)時(shí)，夯距的大小也直接影響強(qiáng)夯對(duì)地基的加固，根據(jù)工程實(shí)踐得出，夯距不宜大于強(qiáng)夯的有效影響深度，也不宜小于夯錘直徑的1.5倍。按照不漏夯布設(shè)原則，當(dāng)錘徑為2.5 m時(shí)，夯點(diǎn)間距為5 m;當(dāng)錘徑為1.5～2 m時(shí)，夯點(diǎn)間距為4 m。

(2)單擊夯擊次數(shù)控制:強(qiáng)夯法處理地基過(guò)程中，存在最佳夯擊次數(shù)，在此夯擊次數(shù)范圍內(nèi)，加固效果隨夯擊次數(shù)的增加而加強(qiáng)，當(dāng)超過(guò)此次數(shù)后，對(duì)土體的加固效果不大，此時(shí)被夯實(shí)地基已經(jīng)達(dá)到壓密極限。所以施工過(guò)程中不應(yīng)盲目的增加夯擊數(shù)，應(yīng)按照試驗(yàn)段確定夯擊數(shù)施工，否則夯擊數(shù)過(guò)多不利于功效的提高，甚至?xí)?duì)土體產(chǎn)生剪切破壞，帶來(lái)不良的影響。

(3)夯錘面積選擇:錘底面積的大小直接決定夯錘著地時(shí)的沖擊壓力，進(jìn)而影響強(qiáng)夯的有效加固深度。在單擊夯擊能一定情況下，錘底面積過(guò)大，則單位面積上的沖擊應(yīng)力小，不足以破壞土的結(jié)構(gòu)，貫入度就小，達(dá)到相同的加固效果所需夯擊次數(shù)就越多，加固效果不顯著;如果錘底面積過(guò)小，雖然單位面積的沖擊應(yīng)力增大，容易破壞土的結(jié)構(gòu)，貫入度就大，所需夯擊次數(shù)較少可以達(dá)到較好加固效果，但塑性狀態(tài)的土易于向側(cè)面擠出，同時(shí)夯錘底面積太小，夯擊時(shí)所需的夯擊點(diǎn)相應(yīng)增加，從而增加工程量。所以，只有選擇適當(dāng)?shù)腻N底面積，才能得到比較滿意的加固效果。根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)踐，建議錘底直徑控制在1.5～2.5 m之間。

(4)夯擊時(shí)間間隔控制:兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時(shí)間間隔，以利于土中超孔隙水壓力的消散，待地基穩(wěn)定后再夯下一遍，一般時(shí)間間隔為1～4周，若無(wú)地下水或地下水在5 m以下，可以取1～2 d時(shí)間間隔，甚至不需要時(shí)間間隔，夯完一遍后，將土推平，連續(xù)夯擊。本項(xiàng)目處于干旱少雨區(qū)，地下水在40 m以下，采用連續(xù)夯擊。

7 結(jié)束語(yǔ)

強(qiáng)夯法設(shè)備簡(jiǎn)單、原理直觀、施工速度快、不添加特殊材料、造價(jià)低特點(diǎn)，是一種較好的、行之有效的地基處理方法，已廣泛應(yīng)用于高速公路軟弱地基的加固工程，值得推廣。強(qiáng)夯施工應(yīng)注重理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，不能生搬硬套，一定要結(jié)合實(shí)際情況認(rèn)真進(jìn)行分析。提出科學(xué)合理的施工方案，制定恰當(dāng)?shù)尿?yàn)收指標(biāo)，避免人力物力資源的浪費(fèi)。

［1］公路路基施工技術(shù)規(guī)范(JTG F10-2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范(GB 50025-2004)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.