王孟哲,楊仁生 (中交第三航務(wù)工程局有限公司交建工程分公司,上海 200000)
望東長江公路大橋高速項目15+550~K15+770段為深路塹挖方段,路床表面為高液限黏土夾塊石(石筍或孤石),軟土區(qū)域地基承載力不能滿足要求?,F(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)該段高液限紅黏土透水性較差。紅粘土路基具有干硬時強度高,堅硬不易挖掘,不易壓實,但吸水后能長時間保持水分,承載力小、穩(wěn)定性差、具有較大的可塑性、弱膨脹性和粘性。導(dǎo)致該段路床彎沉檢測無法滿足設(shè)計要求,需對其進行處理。
為緩解該段路床軟硬不均的狀況,采取超挖換填的處理工藝進行試驗段施工。對該段路床采取挖至路床頂面以下80cm(孤石需要挖除),采用石方回填夯實50cm(壓實后再采用液壓夯補強),再填筑30cm級配碎石至路床頂?shù)奶幚矸绞?,同時兩側(cè)路塹邊溝下設(shè)置滲溝,滲溝底標(biāo)高應(yīng)較換填底標(biāo)高再加深不少于30cm。處理完后按照96區(qū)路床標(biāo)準(zhǔn)進行彎沉檢測,檢測發(fā)現(xiàn)處理完后彎沉代表值為388.3(0.01mm),不能滿足設(shè)計要求。
通過多方論證,認為該段路床溶蝕現(xiàn)象發(fā)育顯著,以土石混雜分布,有突出地面的石筍、溶蝕后的孤石、高液限黏土以及含礫黏土,經(jīng)路床換填處理,處理效果及深度有限,無法滿足高速公路路床要求。如果增加處理深度,屬于深基坑作業(yè),需增加安全防護措施,安全施工難度大,且無法完全確定換填深度,無法滿足工期和質(zhì)量要求。最終通過專家論證,確定對15+550~K15+770段高液限紅黏土路床采用強夯置換碎石樁處理。
根據(jù)試驗段施工。強夯錘高2.2m,直徑1.2m,重21t,提錘高度10m。采用正方形布點,夯點間距2.5m。第一遍為主夯點,第二遍為副夯點,副夯點按規(guī)定間距在各主夯點位中間穿插進行,強夯置換范圍超出路床范圍外至少1m,坡腳外至少設(shè)置一排強夯點。第三遍為低能量滿夯,夯時搭接1/4夯錘直徑。
強夯置換機械采用帶有自動脫鉤裝置的履帶式起重機,夯錘的質(zhì)量不應(yīng)超過期中機械額定的起重質(zhì)量,且的履帶式起重機臂桿端部設(shè)置輔助門架及其他安全措施,防止在施工時機架傾覆。本次施工采用宇通QH600,設(shè)備滿足安全和施工要求。
強夯置換設(shè)備采用21t夯錘,提錘高度10m,單擊夯能2100kN.m。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ-79-2012)中6.3.3.2.1規(guī)定,采用最后兩擊的平均沉降量進行驗收控制。因單擊夯擊能E<4000,以連續(xù)兩次夯擊沉降差不大于5cm為控制標(biāo)準(zhǔn)。
①清理現(xiàn)場,對路床部分的紅粘土全部清除,路床范圍內(nèi)突出孤石全部挖出,并采用塊石回填50cm,塊石粒徑不大于30cm,要求質(zhì)地堅硬且未分化,用重型壓路機壓實;
②用灰線標(biāo)出主副夯點位置,并測量場地高程;
③起重機就位,夯錘置于夯點位置,保證每一次夯錘中心與夯點中心重合,誤差不超過10cm,夯擊前檢測夯錘重量及落距,保證夯擊能;
④測量夯錘頂高程,每一次夯擊前需測量錘頂高程,以便計算每次夯擊沉降量,同時需在夯擊前計算好吊錘鋼絲繩長度,保證起吊高度;
⑤每次夯擊前對夯點進行復(fù)測,夯完后檢查夯點位置,如果發(fā)現(xiàn)偏位或者漏夯及時糾正;
⑥先夯擊主夯點,待滿足間歇時間,待超靜孔隙水壓力擴散后進行副夯點施工,不可主副夯點連續(xù)施工;
⑦強夯置換施工時需保證夯坑垂直,保證夯擊時不會因為夯錘晃動而減少夯擊能力。夯擊并逐擊記錄夯擊次數(shù)及夯坑深度,當(dāng)夯坑過深而發(fā)生起錘困難時停夯,用挖機或者人工向坑內(nèi)回填塊石直至與坑頂平,并記錄填料數(shù)量,如此重復(fù)直至滿足規(guī)定的要求(主夯點:連續(xù)夯擊沉降高度不大于5cm;副夯點:連續(xù)夯擊沉降高度不大于5cm;滿夯夯擊沉降高度不大于3cm)及控制標(biāo)準(zhǔn)完成;
⑧由內(nèi)向外,隔行跳打原則完成全部夯點施工,強夯置換施工在路基坡腳外至少設(shè)置一排夯點,地面不能有過大的隆起,隆起高度不得超過40cm,并對隆起部分全部挖出,當(dāng)?shù)叵滤惠^高時,采用人工降低地下水位,施工前宜將地下水位將至坑底面以下2m,施工時,坑內(nèi)或場地積水應(yīng)及時排除;
⑨點夯施工完成后測量場地標(biāo)高,超出設(shè)計高程部分將頂面塊石挖除,清除底部土質(zhì)部分,然后用塊石回填。
⑩沿線路中心線方向設(shè)置一條0.5m×0.5m縱向塊石滲溝,每隔50m設(shè)置一道0.5m×1.0m橫向滲溝,滲溝接兩側(cè)路塹邊溝底部滲溝,嚴格控制滲溝底標(biāo)高,做到排水通暢,地下水能通過橫、縱向滲溝流至路基范圍以外;
[11]推土機推平場地,用低能量滿夯,將場地表層夯實,壓路機壓實,同時測量夯擊后場地高程,鋪設(shè)級配碎石墊層,并分層碾壓密實。
強夯置換填料采用未分化塊石,塊石粒徑控制一般在40cm以內(nèi),最大粒徑不大于60cm。施工過程若發(fā)生夯錘斜歪,應(yīng)暫時停止夯擊,并及時將夯坑底整平再夯。在靠近涵洞、擋墻等構(gòu)造物附近施工時,強夯置換施工一定要遠離結(jié)構(gòu)物外6m作業(yè),以保證結(jié)構(gòu)物安全。測量儀器架設(shè)在距離夯點30m遠處。夯機操作室前應(yīng)安裝牢固的安全防護網(wǎng),在每次施工前需認真檢查滑鉤、鋼絲繩等使用狀況。夯錘下落時,機下施工人員應(yīng)距夯點30m外或站在夯機后方,不可在夯擊作業(yè)范圍內(nèi)活動。
在完成段落主副夯點,并在路床全斷面滿夯完成后的一定時間才對路基進行檢測,因考慮到超孔隙水壓力擴散時間,對于滲透性較差的黏性土間歇時間不應(yīng)少于21d,并結(jié)合以往工程經(jīng)驗,在第4周對該段路基進行彎沉檢測。檢測設(shè)備采用5.4m貝克曼梁,配合BZZ-100彎沉車,經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)處理完后彎沉代表值為104.3(0.01mm),滿足設(shè)計要求。該段路基目前已通車3年,路面無反射裂縫及網(wǎng)狀裂縫,處理效果良好。
強夯置換利用重錘高落差產(chǎn)生的高沖擊能將塊石強力擠入路基中,在路基中形成一個一個的碎石墩,置換形成一個個碎石墩,以提高地基承載力,減小沉降。在強夯置換過程中,土體結(jié)構(gòu)破壞,地基土體產(chǎn)生超孔隙水壓力,但隨著時間的增加,土體結(jié)構(gòu)強度會得到恢復(fù)。在利用塊石夯入路基中形成碎石墩,利用碎石墩的增加路床的承載力,可以有效解決路床彎沉不合格狀況。
強夯置換通過夯入塊石形成了一個個塊碎石墩,夯入土中的塊碎石墩體由于夯擊粉碎已具有較好的級配,是紅粘土地基一個良好的排水通道,它能起到類似袋裝砂樁的效果,能夠縮短強夯產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力的水平向滲透途徑,加速夯間土的固結(jié)。同時通過在路基增加橫向及縱向塊石滲溝,為從強夯置換樁中的水排出路基提供條件,保證路基干燥,解決了紅粘土吸水后能長時間保持水分、吸水后承載力小、穩(wěn)定性差的問題。
15+550~K15+770段溶蝕現(xiàn)象發(fā)育顯著,以土石混雜分布。通過對突出的石筍鑿除或爆破至路床頂面以下30cm,對發(fā)現(xiàn)的孤石予以挖除,并通過采用強夯置換法處理紅粘土路床,塊石與土體形成墩柱狀,對路基承載力進行了加強,同時增加了地下水排水通道,保證了路床干燥,充分利用高液限紅粘土干硬時強度高特性,進一步增加路床承載力,其經(jīng)濟效益顯著。
強夯置換適用于紅粘土及回填土,可以減少路床的范圍類換填開挖工程量。相比其他樁類處理工藝,降低了工程造價和大幅度縮短了施工工期。因塊碎石樁體可以形成豎向排水通道,有利于長期保持路床干燥,大大減少了路基遇水承載了不足的問題。