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        強(qiáng)夯法加固鐵路路基的具體應(yīng)用探討

        2019-10-21 18:23:15李志華
        名城繪 2019年1期
        關(guān)鍵詞:強(qiáng)夯法施工工藝

        李志華

        摘要:我國(guó)地域遼闊,各個(gè)區(qū)域的地形地貌具有很大的差異。鐵路工程作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈,對(duì)促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高交通運(yùn)輸效率、改善人們出行環(huán)境具有重要意義。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國(guó)鐵路形成了八橫八縱的鐵路網(wǎng)絡(luò)。鐵路工程具有施工范圍廣、施工環(huán)境復(fù)雜、建設(shè)周期長(zhǎng)、施工技術(shù)要求高等特點(diǎn),一條鐵路線可能跨越十幾個(gè)城市,由于每一個(gè)區(qū)域的地質(zhì)條件不同。鐵路施工過程中,可能遇到軟土地基。由于軟土的含水量比較大,土層自身承載力比較低。所以路橋施工之前,必須對(duì)這些軟土路基進(jìn)行加固處理,提高軟土路基的承載力。常見的方法有換填法、強(qiáng)夯法、真空預(yù)壓法等特點(diǎn)。由于強(qiáng)夯法施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)范圍廣、施工成本低、加固效果好、土粒結(jié)合緊密、變形沉降量小、施工周期短,強(qiáng)夯法是換填法施工周期的一半,所以強(qiáng)夯法在軟土地基加固工程中廣泛使用。本文闡述了強(qiáng)夯法施工法的原理以及特點(diǎn),并結(jié)合實(shí)際的工程,分析了強(qiáng)夯法在加固鐵路路基工程的具體應(yīng)用。

        關(guān)鍵詞:強(qiáng)夯法;加固鐵路路基;施工工藝

        1 強(qiáng)夯法加固法原理和特點(diǎn)

        1.1強(qiáng)夯加固法原理

        強(qiáng)夯法是利用重達(dá)100噸以上的重錘從高空幾十米的高度自由下落,對(duì)軟土地基進(jìn)行反復(fù)夯實(shí),提高土地的密實(shí)度,減少軟土地基的壓縮性,從而改變軟土路基的性能,達(dá)到提高軟土路基的承載力。這種處理方法主要是將重錘的重力轉(zhuǎn)換為沖擊能量,通過重錘瞬間產(chǎn)生的動(dòng)能作用在路基上,從而壓縮土層的空隙,將空隙中的水分子排除到土層外部,達(dá)到壓縮和密實(shí)土體的作用。一般情況下,強(qiáng)夯法適合顆粒直徑大于0.05mm的粗顆土粒,如砂土、粉煤灰、雜填土、碎石土、回填土、低飽和度粉土、粘性土以及濕陷黃土等軟脫土體加固效果比較明顯。非飽和性黏土地基,一般采用連續(xù)夯實(shí)或者分遍間歇夯實(shí)的方式,并通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定夯實(shí)的次數(shù)和夯實(shí)的深度。

        1.2強(qiáng)夯加固法特點(diǎn)

        強(qiáng)夯加固法具有以下特點(diǎn):第一,施工所需設(shè)備比較簡(jiǎn)單,施工成本比較低。比換填法節(jié)省60%的費(fèi)用,與預(yù)壓法節(jié)省50-70%的費(fèi)用,與砂樁施工法節(jié)省40-50%的費(fèi)用,極大地節(jié)省了施工的人力成本和物力成本。第二,加固效果明顯,可以提高地基的承載能力,可提高地基2-5倍的承載能力。第三,土粒結(jié)合效果好,有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,變形沉降量小,土地壓縮性可降低2-10倍,加固深度達(dá)到6-10米。第四,施工周期短。夯實(shí)加固法一套設(shè)備每個(gè)月加固面積可以達(dá)到5000-10000平方米的地基,比換填法和樁基施工工期減少一半以上。

        2 強(qiáng)夯法加固鐵路路基的具體應(yīng)用

        2.1工程概況

        某鐵路引入線無砟軌道綜合試驗(yàn)段全長(zhǎng)12.65千米,其中DIK131+420—DIK132+500段的路基總長(zhǎng)度為700米。通過勘察,發(fā)現(xiàn)該施工路段屬于丘陵地貌,基層巖石裸露,自然坡度為15-30°,局部區(qū)域地勢(shì)比較陡坡;山坡植被發(fā)育比較茂盛。該施工地段的土層分別為粉質(zhì)黏土、碎石土、泥夾砂巖、灰?guī)r等土體。根據(jù)調(diào)查情況,發(fā)現(xiàn)該地段為軟土地基,為了提高鐵路路基的承載力,確保鐵路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。對(duì)DIK131+420—DIK132+500段的DIK131+785~888—DIK132+332~256(m)段的路基進(jìn)行加固,加固線路總長(zhǎng)度為256米,加固范圍路基坡腳外3米加固深度為4-6米,強(qiáng)夯加固面積為5500平方米。為了確保路基的夯實(shí)強(qiáng)度符合鐵路的實(shí)際荷載要求,在路基夯實(shí)之前,將DIK131+785~888段作為路基加載試驗(yàn)段。

        2.2強(qiáng)夯加固施工工藝

        2.2.1確定施工工藝參數(shù)

        在施工前,必須結(jié)合到鐵路路基的實(shí)際承載量,確定夯實(shí)加固的夯擊能量、壓強(qiáng)等參數(shù)。根據(jù)該工程的實(shí)際情況,確定使用25T履帶式強(qiáng)夯機(jī),夯實(shí)錘重的直徑為2米,錘重為13.5噸,夯實(shí)錘的落距為14.8米。夯實(shí)的能量為點(diǎn)夯1958KN·m,滿夯能量為1000KN·m,靜壓為42KPa。夯實(shí)分三次進(jìn)行,第一、二遍為點(diǎn)夯,第三遍為滿夯;夯擊次數(shù)為點(diǎn)夯6-11次,以末次夯擊下沉量≤5cm作為控制依據(jù),滿夯為1擊。夯實(shí)過程中,為了確保夯距和設(shè)計(jì)要求的夯坑距離一致,將夯點(diǎn)的間距控制為2.7米左右,夯點(diǎn)形狀為梅花形布置,滿夯則為四分之一環(huán)。夯擊的間隔根據(jù)工程的實(shí)際情況決定,該路段的路基按照設(shè)計(jì)要求,該路基路肩3米厚,底層為滲透性比較好的粘性土,針對(duì)滲透性比較好的粘性土層地基一般間歇時(shí)間控制在1-2個(gè)星期,兩遍之間的間隔時(shí)間縮短為7天。

        2.2.2施工準(zhǔn)備

        為了確保夯實(shí)效果,在夯實(shí)之前,施工單位必須對(duì)強(qiáng)夯路段進(jìn)行處理,清除施工現(xiàn)場(chǎng)的大的石塊、木頭等雜物,平整土地,放好征地線以后,用挖掘機(jī)或者推土機(jī)將地表的草皮、樹根以及清除,以滿足夯實(shí)的施工條件。由于軟土地基的含水量比較高,施工前在路基兩側(cè)做好排水溝,以利于土壤中的水分及時(shí)排除,并在DK131+780路段設(shè)置一條橫向排水溝。準(zhǔn)備好,彩條布,防止下雨天雨水浸泡強(qiáng)夯路段,從而影響到夯實(shí)效果。根據(jù)夯實(shí)路段的實(shí)際地質(zhì)條件,在夯實(shí)路基路面鋪設(shè)0.5米的砂礫墊層。考慮到施工成本,墊層砂礫層采用砂礫石或者隧道棄砟石土。為了驗(yàn)證這兩者的實(shí)際效果,在施工路段DIK131+785~888,選擇15米長(zhǎng)的半斷面路基,在路基路面鋪設(shè)0.5米的砂礫墊層,然后進(jìn)行夯實(shí)。發(fā)現(xiàn)隧道棄砟石土作為墊層的夯實(shí)效果比較好,所以在實(shí)際施工路段,軟土地基鋪設(shè)0.5-0.8米的隧道棄砟石土墊層。

        2.2.3強(qiáng)夯加固施工

        鋪設(shè)好隧道棄砟石土墊層以后,并重新平整地面,整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的高程控制在261.54—261.87米之間,然后用石灰標(biāo)識(shí)出第一遍夯擊點(diǎn)的位置,起重機(jī)就位,將夯錘對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的夯點(diǎn)位置,測(cè)量夯前錘到頂高程的距離,如果不足則需要調(diào)高位置。將夯錘起吊到預(yù)設(shè)的14.8米的高度,夯錘脫鉤自由下落后,將吊鉤放下,測(cè)量錘頂?shù)礁叱痰木嚯x。測(cè)量得出第一擊的夯實(shí)沉量控制在0.1—0.3米;第二擊的夯沉量控制為0.2—0.25米;第三擊的夯沉量控制在0.1—0.15米;第四擊的夯沉量控制在0.1—0.15米;第5擊的夯沉量控制在0.08—0.1米;第六擊的夯沉量控制在0.05—0.08米之間;第七擊的夯沉量控制在0.05—0.07米之間;第八擊的夯沉量控制在0.04-0.05米之間;局部地區(qū)夯點(diǎn)打到了9—12擊才達(dá)到設(shè)計(jì)要求。夯擊點(diǎn)累計(jì)夯沉量大致在0.6—1.2米,夯抗周圍的隆起量控制在0.1米,隆起量不大。在夯實(shí)過程中,部分夯錘可能存在傾斜夯實(shí)的現(xiàn)象,所以需要用回填土將其坑底填平,確保整個(gè)夯錘的水平。按照上述施工步驟,將下沉量小于等于5厘米沒有夯錘的夯點(diǎn)進(jìn)行夯擊,分別夯擊完成設(shè)計(jì)的全部夯點(diǎn),然后用推土機(jī)將這些夯坑全部填平。間隔一個(gè)星期以后,根據(jù)上述步驟進(jìn)行第二遍夯擊。第二遍夯擊完成以后,用推土機(jī)將夯坑全部填平,并用小夯錘進(jìn)行滿夯,從而進(jìn)一步調(diào)高整個(gè)地基表層土的夯實(shí)效果,確保夯實(shí)密度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        2.2.4施工監(jiān)測(cè)

        由于鐵路工程施工地質(zhì)條件比較復(fù)雜,施工過程中可能由于操作不當(dāng)或者控制不當(dāng),導(dǎo)致夯擊的位置沒有對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置,從而影響到實(shí)際夯實(shí)的效果。所以夯實(shí)結(jié)束以后,需要檢查夯錘重和落距,確保夯擊的能量達(dá)到設(shè)計(jì)要求,以免影響夯實(shí)效果。為了避免夯實(shí)過程中夯點(diǎn)放線錯(cuò)誤,每一次夯擊之前,需要檢查夯點(diǎn)位置和每一個(gè)夯點(diǎn)夯擊次數(shù)以及夯擊的沉落量,發(fā)現(xiàn)漏夯時(shí),需要及時(shí)補(bǔ)充。

        2.2.5強(qiáng)夯施工檢測(cè)驗(yàn)收

        2.2.5.1地基系數(shù)、壓實(shí)系數(shù)、孔隙率檢測(cè)

        為了確保強(qiáng)夯加固效果,地基夯實(shí)以后還需要檢查實(shí)際夯實(shí)效果。夯實(shí)加固驗(yàn)收時(shí),檢查各項(xiàng)指標(biāo)是否符合實(shí)際要求。地基系數(shù)K30≥110KPa,壓實(shí)系數(shù)Kh≥0.95,承載力≥200KPa,孔隙率n<28。強(qiáng)夯施工結(jié)束兩個(gè)星期以后,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,檢查表層的地基系數(shù)K30、Kh、n等指標(biāo),經(jīng)過檢查,發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果如下:通過平板載荷儀檢查夯實(shí)地基的六個(gè)夯實(shí)點(diǎn),得到地基系數(shù)分別為:128MPa、152MPa、144MPa、130MPa、126MPa、147MPa;將表層墊層挖開以后,用灌砂法檢查表層黏土的壓實(shí)系數(shù),選擇六個(gè)夯實(shí)點(diǎn)夯實(shí)系數(shù)Kh如下:0.98、0.99、1、0.98、0.99、0.99;選擇六個(gè)夯實(shí)點(diǎn),使用密度濕度儀器檢查夯實(shí)表層的孔隙率n,得到以下結(jié)果:19.5、16.2、15.7、18.6、16.4、14.2。

        2.2.5.2重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

        夯實(shí)路段施工前,在路基基底選擇3個(gè)點(diǎn)做重型動(dòng)力觸探測(cè)試,得到測(cè)試深度為6米,夯實(shí)17天以后,選擇3個(gè)點(diǎn)做重型動(dòng)力觸探測(cè)試,得到測(cè)試深度同樣為6米,檢測(cè)結(jié)果如下表:

        2.2.5.3靜荷載試驗(yàn)

        夯實(shí)結(jié)束17天以后,選擇5個(gè)點(diǎn)作為該路段路基基底的靜荷載試驗(yàn),得到檢測(cè)結(jié)果如下表:

        2.3夯實(shí)加固效果

        通過對(duì)地基系數(shù)、壓實(shí)系數(shù)、孔隙率等指標(biāo)的驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)檢測(cè)效果符合進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,路基基底強(qiáng)夯面以下1.5米范圍,地基夯實(shí)以后承載能力提高了2倍多,夯實(shí)面以下1.5-2.4米地基承載能力比夯實(shí)后提高了1.4倍,強(qiáng)夯面以下2.4-4.3米范圍,地基承載力比提高了0.4倍,夯實(shí)加固深度達(dá)到路基施工要求。其中以強(qiáng)夯面以下2.4米以下的范圍內(nèi)加固效果最好。通過對(duì)軟弱基地加固后的靜荷載試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)檢驗(yàn)荷載承載力大于200KPa,表明在靜荷載檢測(cè)深度在0.8-1.2米范圍內(nèi),地基承載力滿足施工要求,所以地基表層土層可以作為路基基礎(chǔ)的主要持力層。

        3 夯實(shí)加固常見問題

        夯實(shí)加固過程中,會(huì)出現(xiàn)下沉量達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、影響深度不夠等問題。夯實(shí)加固以后達(dá)不到下沉量控制標(biāo)準(zhǔn)可能是由于淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)土在夯實(shí)過程中,產(chǎn)生液化現(xiàn)象或者地基土含水量過大,導(dǎo)致側(cè)向擠出現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象,必須在強(qiáng)夯土層面上鋪設(shè)0.5-2米的砂石,然后進(jìn)行夯實(shí)。如果軟土含水量過多,則適當(dāng)降低夯實(shí)能量;強(qiáng)夯深度達(dá)不到影響深度問題主要是由于土質(zhì)不均勻,下部存在砂卵石夾層,在夯實(shí)過程遇到孤石或者不成片的砂礫石,夯實(shí)點(diǎn)過密等原因?qū)е?。夯?shí)前,必須勘查地質(zhì)情況,及時(shí)清除土層的障礙物,進(jìn)一步優(yōu)化夯實(shí)方案。

        4結(jié)束語

        通過對(duì)路基基底進(jìn)行夯實(shí)加固處理以后,發(fā)現(xiàn)夯實(shí)以后,路基基層系數(shù)、壓實(shí)系數(shù)以及孔隙率滿足施工各項(xiàng)要求,可將其作為鐵路路基其他地段軟土地基處理的參考系數(shù)。在強(qiáng)夯施工過程中,需要結(jié)合實(shí)際情況,不斷修正設(shè)計(jì)參數(shù),從而更加符合實(shí)際施工要求。

        參考文獻(xiàn):

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        (作者單位:中鐵六局集團(tuán)北京鐵路建設(shè)有限公司)

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