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        探討紅砂巖碎石土路基強夯技術(shù)

        2021-11-27 09:35:42黃海
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年31期

        黃海

        (湖南杰通建設(shè)工程有限公司,湖南 長沙 410000)

        從物理性狀角度看,紅砂巖呈膠泥狀分布,其性能離散性明顯,同一區(qū)域內(nèi)的砂巖強度差異極大,紅砂巖滲水后易瓦解,故其壓實工況較復(fù)雜,控制難度較高,且施工完的紅砂巖路基在車輛荷載持續(xù)作用下,易出現(xiàn)持續(xù)的工后沉降。本文基于紅砂巖的特殊物理特性,擬采用強夯法處治紅砂巖路基,以確保其壓實度指標(biāo)滿足施工規(guī)范要求。

        1 試驗段紅砂巖性質(zhì)

        1.1 試驗段地質(zhì)工況

        試驗路段地處山區(qū),地表高差明顯,地質(zhì)構(gòu)造形式為單斜構(gòu)造巖層;本著就地取材、經(jīng)濟高效的原則,路基填筑材料取自臨近邊坡開挖土石方,經(jīng)初步檢驗,土石方中的紅砂巖含量介于60%~80%之間,總體呈紅褐色,礦料組成主要以石英石、長石、蒙脫土為主,礦料質(zhì)地較硬,屬于二類紅砂巖。

        1.2 紅砂巖技術(shù)性質(zhì)

        結(jié)合現(xiàn)行土工試驗相關(guān)規(guī)范,擬定量測定紅砂巖中的化學(xué)組成及力學(xué)特性,具體試驗結(jié)果詳見表1~3。

        表1 紅砂巖的化學(xué)成分

        據(jù)表2~3 發(fā)現(xiàn):紅砂巖孔隙率較高,滲水性較強,力學(xué)強度較低,在外力擾動下易出現(xiàn)脆性破壞,砂巖顆粒粒徑分布不均勻,大部分粒徑則介于0.25mm~2mm 之間。

        表2 紅砂巖的物理力學(xué)性質(zhì)

        1.3 紅砂巖的崩解處理

        既有研究結(jié)果表明,紅砂巖吸水后,在外力擾動下易出現(xiàn)脆性瓦解,進而分散成紅砂巖碎石,分散后的紅砂巖脆性破壞特性解除,其水穩(wěn)性大幅提升,初步滿足路基填料的相關(guān)技術(shù)要求。綜上,為了能夠使用紅砂巖作為路基填筑料,在填筑前需對其進行瓦解處治,從而解除其脆性破壞特性。

        2 強夯試驗方案

        2.1 強夯設(shè)計方案

        紅砂巖強夯加固處治方案詳見表4,在充分考慮施工現(xiàn)場情況和地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,擬將試驗段分為A、B、C、D 總計4 個試驗分區(qū),不同分區(qū)的試驗段總面積不低于15mm×20mm。夯實完成的標(biāo)志以連續(xù)2 次夯沉量不大于6cm 為準(zhǔn)。

        表4 強夯設(shè)計方案

        2.2 原位試驗方案

        針對強夯處治路段進行原位試驗,原位試驗包含:變形試驗、平板加荷試驗等,主要用來分析強夯加固處治成效,從而為編制具體的施工方案提供試驗依據(jù)。

        2.2.1 土體變形試驗

        (1)使用灌水法測定砂巖的壓實度,試驗坑尺寸參數(shù)為80cm×80cm×80cm。

        (2)使用水準(zhǔn)儀配合塔尺測定夯沉量及影響范圍內(nèi)土體的上拱量,從而判斷夯實加固總體效果。

        2.2.2 平板荷載試驗

        (1)借鑒基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中給定的平板加荷法測定紅砂巖強夯前后的承載能力。

        (2)承載能力試驗采用的承壓板,必須保證足夠的強度和剛度,鋼板直徑為40cm;試驗坑寬度不能小于板直徑的3 倍;加載使用千斤頂,千斤頂最大行程為200KN。在試驗進行過程中,應(yīng)維持試驗坑壓實的含水率指標(biāo),用中砂對表面進行抹平;紅砂巖壓縮模量E0計算公式如下:

        E0=0.785(1-μ)pd/s

        上式中:μ——泊松比,取值為0.27;p——加荷值/kPa;d——加載板直徑/cm;s——沉降量/mm。

        3 試驗結(jié)果與分析

        3.1 土體變形試驗

        夯擊能對紅砂巖夯擊后的壓實度影響程度詳見圖1 所示,當(dāng)填方路基高程為6m 時,夯擊次數(shù)對單次夯沉量的影響程度詳見圖2。綜合分析圖1、2 發(fā)現(xiàn):

        圖1 夯擊能量對紅砂巖碎石土路基壓實度的影響

        圖2 夯擊次數(shù)對紅砂巖碎石土路基夯沉量的影響

        3.1.1 在紅砂巖填方路基高程相同的條件下,路基壓實度與夯擊能之間呈正相關(guān)關(guān)系,表明經(jīng)夯擊后的路基壓實度明顯提升。當(dāng)填方路基高程為6m 時,對應(yīng)夯擊能為1400kN·m,D 分區(qū)內(nèi)的壓實度指標(biāo)為94%,壓實度指標(biāo)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。當(dāng)填方路基高程為5m 時,對應(yīng)夯擊能為1200kN·m,方可達到相同的壓實度指標(biāo)要求;同理,當(dāng)填方路基高程為4m 時,對應(yīng)夯擊能為1000kN·m,便可達到相同的壓實度指標(biāo)要求。

        3.1.2 經(jīng)試驗段對比發(fā)現(xiàn),不同試驗段的總夯沉量變化趨勢類似,單次夯擊能與夯擊次數(shù)呈負相關(guān),首次夯擊對應(yīng)的沉降規(guī)模最大,最大沉降量超過120mm。在連續(xù)夯擊過程中,當(dāng)夯擊能不大于1000kN·m 時,填方路基夯沉量小于等于605mm,且第五次夯擊對應(yīng)的夯沉量小于6cm;當(dāng)夯擊能不小于1200kN·m時,填方路基總夯沉量超過680mm,且第六次夯擊對應(yīng)的夯沉量不大于6cm。在滿夯過程中,當(dāng)夯擊能不大于1000kN·m 時,填方路基初始單次夯沉量不小于6cm,下一次夯擊后的夯沉量約6cm,表明紅砂巖路基壓實度的提高空間尚可;當(dāng)夯擊能不低于1200kN·m 時,填方路基初始單次夯沉量小于6cm,表明連續(xù)夯擊階段的路基壓實處治效果較好。

        3.1.3 當(dāng)夯擊能逐步增加時,夯擊影響范圍內(nèi)的土體出現(xiàn)開裂和局部回彈現(xiàn)象,距夯擊中心點3m 以外的區(qū)域,夯擊影響幾乎消失;當(dāng)夯擊次數(shù)超過5 次,影響范圍內(nèi)的土體上拱高度趨穩(wěn),試驗段A、B、C、D 內(nèi)的上拱最大高度約為連續(xù)夯擊階段總夯沉量的11%、12%、12%、14%。

        表3 紅砂巖風(fēng)化碎屑物的顆粒組成

        3.2 平板荷載試驗

        不同試驗段內(nèi)夯擊前后加載值p 同填方路基夯沉量s 的相關(guān)曲線如圖3,壓縮模量指標(biāo)詳見表5,綜合圖3 及表5 發(fā)現(xiàn):

        表5 強夯前后紅砂巖碎石土路基的壓縮模量

        圖3 上覆荷載與紅砂巖碎石土路基沉降量的關(guān)系

        3.2.1 紅砂巖路基強夯前,沉降與加載呈正相關(guān),且增長幅度較強夯后更加明顯,當(dāng)加載值為300kPa 時,沉降均值達到96mm;紅砂巖路基強夯后,沉降規(guī)模與加載值近似呈線性相關(guān),且曲線斜率降低,表明增長幅度下降,荷載增加50kPa,而沉降量增長量小于7mm。

        3.2.2 紅砂巖路基經(jīng)強夯處治后,隨著荷載的提升,沉降量較大夯擊能夯實的路基更低,當(dāng)加載值為300kPa 時,形變均值為37mm,形變大小僅近似為強夯前的19%。夯擊結(jié)果表明,路基強夯后的承載強度明顯提升,路基的工后沉降得到大幅控制。

        3.2.3 隨著夯擊能的增加,經(jīng)強夯的紅砂巖路基壓縮模量增長明顯,較強夯前的1.95kPa,各試驗段壓縮模量提升率分別為43%、88%、102%、111%。強夯結(jié)果表明,紅砂巖經(jīng)強夯處治后,壓縮模量大幅提升,土體壓縮特性得到顯著改善。

        綜上所述,強夯法完全適用于紅砂巖路基的壓實處治,當(dāng)填方路基高程為4m~5m 時,推薦選用B 段的強夯工藝,當(dāng)填方路基高程為5m~6m 時,推薦選用C 段強夯工藝。

        4 結(jié)論

        4.1 在填方路基高度相同的條件下,路基夯實效果與夯擊能大小呈正相關(guān),當(dāng)填方路基高程分別為4、5、6m 時,對(轉(zhuǎn)下頁)應(yīng)的夯擊能分別為1000、1200、1400kN·m 時,路基壓實度指標(biāo)均大于94%,壓實度指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

        4.2 在夯擊能相同的條件下,單次夯沉量與夯擊次數(shù)呈負相關(guān)關(guān)系,且路基壓實度逐漸提升;夯擊能越高,對應(yīng)的連續(xù)夯擊階段的總夯沉量越大,當(dāng)夯擊能不低于1200kN·m 時,總夯沉量大于680mm;隨著夯擊能的提高,夯擊影響范圍內(nèi)的土體出現(xiàn)明顯的開裂和回彈現(xiàn)象,且夯擊次數(shù)超過5 次時,影響范圍內(nèi)的土體變形則逐步趨穩(wěn)。

        4.3 路基經(jīng)強夯后的承載強度得到大幅提升,荷載變形則明顯減小,加載值為300kPa 時,形變大小僅近似為強夯前的19%;各試驗段壓縮模量提升率最大值達到111%。

        4.4 當(dāng)填方路基高度介于4m~5m 時,推薦選用B 段的強夯工藝,當(dāng)填方路基高程為5m~6m 時,推薦選用C 段強夯工藝。

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