孟學(xué)文

(山西路眾道橋有限公司，山西 太原 030006)

1 工程簡(jiǎn)析

某一高速公路工程，總長(zhǎng)度為45 km，路基寬度為25 m，設(shè)計(jì)車(chē)速為80 km/h。該高速公路K12+450～K13+650路段穿越水稻田，地表土層是淤泥層，淤泥土的下層是黏土層，其中，淤泥土層的厚度在3.1～6.1 m之間。在本路段中，路基最高填方高度為16.5 m，共處理軟土面積約24 000 m2。其中，淤泥層的主要物理力學(xué)性能，如表1所示。

表1 淤泥層的物理力學(xué)性能

2 軟基處理方案的確定

根據(jù)本高速公路施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，可以選用以下4種方案來(lái)處理軟基，即：拋石擠淤?gòu)?qiáng)夯法、振密碎石樁法、樁基礎(chǔ)法、清淤換填法。第一，樁基礎(chǔ)法，在施工路段地表中，具有3.1～6.1 m厚度的極軟淤泥，無(wú)論是先填方后打樁還是先打樁后填方，其施工難度都是比較高的。第二，振密碎石樁法，這種施工方法現(xiàn)已十分成熟，從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)是可行的，不過(guò)選用這種施工方法的工程造價(jià)是比較高的。第三，清淤換填法，因?yàn)楸靖咚俟饭こ痰牡叵滤皇潜容^高的，需要進(jìn)行較大深度的清淤，假如均選用清淤換填方案，則其工程量是比較大的，并且施工場(chǎng)地面積并不是非常大，進(jìn)而需要棄置極大一部分的淤泥，在極大程度上會(huì)破壞環(huán)境，另外，這種施工方法還存在一些其他缺陷，如工期較長(zhǎng)、施工速度慢等。通過(guò)對(duì)過(guò)去類(lèi)似工程施工成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行借鑒，施工單位可以選擇排水挖淤、整體式強(qiáng)夯置換拋石擠淤這兩種方法來(lái)有效處理本工程穿越水稻田路段的路基。若淤泥深度<3 m，宜選用排水挖淤換填法，反之，宜選用整體式強(qiáng)夯置換拋石擠淤法。所謂強(qiáng)夯置換法，就是指在施工現(xiàn)場(chǎng)中，通過(guò)選用強(qiáng)夯施工工藝，能夠形成一定深度的夯坑，將壓縮性小、回填強(qiáng)度高的置換材料回填到坑中，將置換材料打入到軟土層內(nèi)，進(jìn)而能夠在軟土地基中形成承載能力高、結(jié)構(gòu)密實(shí)的置換體，然后對(duì)樁間土進(jìn)行滿(mǎn)夯，促使其充分排水固結(jié)，能夠形成復(fù)合地基，進(jìn)而能夠?qū)浲恋鼗奈锢砹W(xué)性能起到有效改善的作用，強(qiáng)夯置換法施工工藝比較簡(jiǎn)單，便于操作，施工速度比較快，施工成本比較低，在對(duì)淤泥質(zhì)土、淤泥等軟土路基進(jìn)行處理時(shí)，宜選用強(qiáng)夯置換法。綜合考慮以后，施工單位決定選用強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤法來(lái)處理軟土路基。

3 強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤的加固機(jī)理

通過(guò)分析可知，在實(shí)際中使用強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤這種方法過(guò)程中，需要先使用開(kāi)山塊石，進(jìn)行拋石回填施工，回填的厚度應(yīng)控制在5～7 m之間。因?yàn)楦咚俟奋浕谋韺邮怯倌嗤?，土質(zhì)不夠堅(jiān)硬，在進(jìn)行拋石回填過(guò)程中，能夠擠開(kāi)很多的淤泥，進(jìn)而能夠有效置換淤泥。在拋石擠淤施工結(jié)束以后，通過(guò)使用強(qiáng)夯機(jī)械設(shè)備來(lái)夯實(shí)處理軟基表層松散的塊石，以進(jìn)一步提高回填土的密實(shí)性。在進(jìn)行強(qiáng)夯施工過(guò)程中，在淤泥土層中會(huì)擠壓進(jìn)去一些塊石，進(jìn)而能夠獲取動(dòng)力置換與混合的施工效果。由此不難發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤的加固機(jī)理為：第一，拋石擠淤置換(RDA)；第二，動(dòng)力密實(shí)(DC)；第三，動(dòng)力置換(DR);第四，動(dòng)力置換與混合(DRM)。

與其他一些地基處理加固技術(shù)比較，強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤具有很多優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，如能夠有效保證施工質(zhì)量、便于施工、操作簡(jiǎn)單等，同時(shí)還具有非常強(qiáng)的適用性，在多種地質(zhì)條件中均可以使用強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤。在本高速公路工程中，強(qiáng)夯施工機(jī)械設(shè)備是有限的，同時(shí)夯錘自重比較輕，進(jìn)而會(huì)對(duì)強(qiáng)夯的能量造成極大的影響，所以這是造成施工后出現(xiàn)較大沉降量的一個(gè)重要原因。在未來(lái)其他類(lèi)似高速公路工程施工過(guò)程中，一定要對(duì)這種問(wèn)題給予高度重視，為提高強(qiáng)夯的動(dòng)力置換(混合)效果與動(dòng)力密實(shí)效果，有效減小工后沉降量，提高軟土地基的強(qiáng)度，應(yīng)盡可能選用分層強(qiáng)夯、能量遞增的施工方式。

4 強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤法施工方案的確定

4.1 置換材料的選用

在置換材料方面，優(yōu)先選用塊石、碎石，其次可以選用粗砂與礫石。置換材料一定要滿(mǎn)足顆粒級(jí)配要求。對(duì)于置換材料的最大粒徑，不得大于錘底直徑的1/5，并且置換材料最大顆粒含量不得超過(guò)總質(zhì)量的30%，與此同時(shí)，一定要嚴(yán)格控制置換材料的含泥量，不得超過(guò)10%。

4.2 夯點(diǎn)的布設(shè)

選用等邊三角形的方式來(lái)布設(shè)夯點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，在布設(shè)夯點(diǎn)過(guò)程中，夯點(diǎn)間距應(yīng)控制在夯錘底面直徑2～3倍范圍之間，本高速公路工程的夯點(diǎn)間距為3.5 m。對(duì)于強(qiáng)夯點(diǎn)，選用正方形方式來(lái)進(jìn)行布設(shè)，單擊夯擊能為2 000 kN·m，強(qiáng)夯點(diǎn)間距為3 m，錘直徑為1.5 m，拋石擠淤+強(qiáng)夯單擊夯擊能為3 000 kN·m。對(duì)于強(qiáng)夯置換，選用正方形進(jìn)行布設(shè)，樁間距為3 m，樁直徑為1.5 m。選用塊石作為施工墊層，當(dāng)施工結(jié)束以后，在砂墊層上鋪設(shè)碎石墊層，厚度為0.5 m。

4.3 夯擊的參數(shù)

在進(jìn)行夯擊施過(guò)程中，大致包括兩個(gè)施工步驟，即點(diǎn)夯、滿(mǎn)夯。其中，點(diǎn)夯施工的夯擊參數(shù)，如表2所示；滿(mǎn)夯施工的夯擊參數(shù)，如表3所示。

表2 點(diǎn)夯施工主要夯擊參數(shù)

表3 滿(mǎn)夯施工的夯擊參數(shù)

5 強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤法的施工技術(shù)要點(diǎn)

在本高速公路工程中選用強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤法進(jìn)行施工過(guò)程中，主要選用履帶式起重機(jī)這種施工機(jī)械設(shè)備，其中，在該起重施工設(shè)備中應(yīng)配置自動(dòng)脫鉤設(shè)備。在進(jìn)行落錘施工過(guò)程中，為避免出現(xiàn)機(jī)架傾覆問(wèn)題，需要在臂桿的端部布設(shè)輔助門(mén)架。與強(qiáng)夯法相比，強(qiáng)夯片石置換法與其之間具有相同的施工工藝，不過(guò)其中存在的區(qū)別就是，在強(qiáng)夯片石置換法施工方案中，在進(jìn)行夯擊過(guò)程中，應(yīng)將散體材料持續(xù)填入其中，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行有效擊實(shí)，最終形成復(fù)合地基。

第一，在進(jìn)行施工之前，施工單位需要平整處理施工場(chǎng)地，同時(shí)需要徹底清理干凈施工場(chǎng)地的表面，保證施工場(chǎng)地標(biāo)高滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，然后在其上鋪設(shè)1層1～2 m厚度的砂石墊層。根據(jù)施工處理范圍，挖除沿線(xiàn)的表土，挖根砍樹(shù)，同時(shí)需要回填處理低洼地段，如溝渠、水塘等，選用外購(gòu)石渣作為回填材料，利用履帶式推土機(jī)，對(duì)回填材料進(jìn)行推平，將其回填到原地面標(biāo)高為止。

第二，根據(jù)施工要求，在施工場(chǎng)地中測(cè)量放樣夯點(diǎn)位置，選用白灰將夯點(diǎn)位置標(biāo)示出來(lái)，然后精準(zhǔn)測(cè)量施工場(chǎng)地的高程。根據(jù)軟基施工處理方案，測(cè)量放樣邊樁，同時(shí)標(biāo)記邊樁位置，在路基邊線(xiàn)上，對(duì)預(yù)先制成的百米里程樁進(jìn)行埋設(shè)。

第三，為能夠精準(zhǔn)對(duì)夯點(diǎn)進(jìn)行就位，需要利用施工機(jī)械來(lái)布設(shè)夯點(diǎn)。

第四，在進(jìn)行夯擊施工以前，需要測(cè)量錘頂高程，同時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)記錄。

第五，在進(jìn)行夯擊施工過(guò)程中，如果夯坑過(guò)深，則會(huì)加大起錘的難度，在這種情況下，需要立即停止夯擊施工，同時(shí)需要對(duì)夯坑進(jìn)行回填施工，直到滿(mǎn)足夯擊施工要求為止。在進(jìn)行夯擊施工過(guò)程中，如果附近軟土被擠出來(lái)，則會(huì)在極大程度上影響施工質(zhì)量，施工單位需要及其清理淤泥，同時(shí)在夯點(diǎn)的周邊鋪設(shè)一層碎石墊層，然后才可以繼續(xù)進(jìn)行夯擊施工。

第六，在本高速公路工程施工中，一定要按照由內(nèi)及外的順序來(lái)進(jìn)行夯擊施工；為避免對(duì)相鄰孔位之間造成影響，施工單位需要對(duì)夯點(diǎn)進(jìn)行隔打跳打，直到夯擊完成全部的夯點(diǎn)為止。

第七，在經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間間隔以后，施工單位需要推平處理施工場(chǎng)地，然后選用低能量方式來(lái)進(jìn)行滿(mǎn)夯施工，以夯擊密實(shí)施工場(chǎng)地中的表層土，最后需要詳細(xì)測(cè)量施工場(chǎng)地的高程。

第八，在夯擊施工結(jié)束以后，需要繼續(xù)鋪設(shè)一層墊層，同時(shí)需要對(duì)墊層進(jìn)行分層碾壓施工，直到滿(mǎn)足壓實(shí)度要求。一般來(lái)說(shuō)，墊層厚度至少要0.5 m，墊層材料的粒徑大小不得超過(guò)0.1 m。

6 地基處理效果的有效檢驗(yàn)

在使用強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤法，對(duì)高速公路軟基處理完成以后，為能夠?qū)罄m(xù)施工提高可靠的理論指導(dǎo)與數(shù)據(jù)支持，對(duì)軟基處理效果進(jìn)行有效檢驗(yàn)，應(yīng)全面系統(tǒng)得檢測(cè)處理過(guò)后的地基。在對(duì)本高速公路軟基進(jìn)行拋石擠淤施工處理過(guò)程中，選用了級(jí)配差距、體積均較大的石塊，如果選用STP、CPT等常規(guī)性檢測(cè)方法，基本很難滿(mǎn)足檢測(cè)效率與檢測(cè)精度要求。所以，本文決定選用現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)法，對(duì)處理后的地基承載力進(jìn)行檢驗(yàn)。此外，本文還進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)堆載試驗(yàn)，以對(duì)處理后地基的變形特性進(jìn)行深入了解。

6.1 靜載試驗(yàn)

選用壓重平臺(tái)反力設(shè)備，使用油壓千斤頂來(lái)進(jìn)行加載，根據(jù)設(shè)計(jì)極限承載力的1.2倍來(lái)進(jìn)行堆載，在尺寸大小為1 m×1 m的鋼壓板上設(shè)置試點(diǎn)，利用三只千分表來(lái)詳細(xì)觀測(cè)軟基的沉降量，然后進(jìn)行持續(xù)增加壓力，根據(jù)極限承載力的1/12～1/8，進(jìn)行分級(jí)加載。第1級(jí)的加載值為其它加載值的2倍，根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定，合理確定終比加載條件。在本案例中進(jìn)行靜載試驗(yàn)過(guò)程中，共選取了3個(gè)試點(diǎn)，即1#、2#、3#試點(diǎn)。通過(guò)進(jìn)行靜載試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，1#試點(diǎn)的極限豎向承載力是260 kPa，承載力特征值是130 kPa，2#試點(diǎn)的極限豎向承載力是260 kPa，承載力特征值是130 kPa，3#試點(diǎn)的極限豎向承載力是320 kPa，承載力特征值是160 kPa，本工程設(shè)計(jì)的承載力特征值是80 kPa，滿(mǎn)足軟基對(duì)承載力的要求。

6.2 現(xiàn)場(chǎng)堆載試驗(yàn)

將粗砂裝入袋中，堆砌呈高度為6 m、面積為12 m×30 m的堆載物，堆載時(shí)間是180 d，平均荷載是120 kPa，對(duì)沉降量與其對(duì)應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行詳細(xì)記錄。在120 kPa的荷載作用下，沉降量最大值是0.28 m。在經(jīng)過(guò)180 d以后，地基的沉降量已經(jīng)比較穩(wěn)定，基本滿(mǎn)足地基設(shè)計(jì)的規(guī)范要求。

7 小 結(jié)

綜上所述，在現(xiàn)階段中進(jìn)行高速公路工程施工過(guò)程中，可以選用多種方法來(lái)處理軟基，不過(guò)一定要根據(jù)工程的實(shí)際情況，選擇最佳的軟基處理方法。根據(jù)大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，選用強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤法，能夠較好地處理淤泥質(zhì)土或者淤泥。本文以某一高速公路工程為例，對(duì)強(qiáng)夯法結(jié)合拋石擠淤法在高速公路軟基施工處理中的運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述，以期對(duì)高速公路軟基施工起到一定的借鑒作用。