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        路基加固技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用研究

        2023-11-21 09:17:54陳月清
        運輸經(jīng)理世界 2023年23期
        關(guān)鍵詞:承載力路基施工人員

        陳月清

        (福建省金通建設(shè)集團有限公司,福建福州 350000)

        0 引言

        目前,國內(nèi)部分公路因使用年限過長,且長期受到車輛碾壓及自然環(huán)境等因素的影響,產(chǎn)生各種各樣的路基病害,早已無法滿足日常交通的需求。為徹底解決此類問題,施工人員必須針對實際情況,合理制訂技術(shù)應(yīng)用方案,對區(qū)域路段路基進行加固和改造,進而為人們構(gòu)建一個安全、舒適的出行空間。

        1 路基加固技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用方法

        1.1 換填法

        換填法主要是指將原有路基結(jié)構(gòu)中的軟土層挖除,并采用堅固度相對較高、抗腐蝕性較強且壓縮性相對較低的材料實施置換回填處理,進而提升整體路基結(jié)構(gòu)的堅固性和穩(wěn)定性。在實際操作過程中,此種路基加固技術(shù)更加便捷,同時也是最為穩(wěn)定的路基加固技術(shù)。在具體實施過程中,施工人員必須應(yīng)用工程專用施工設(shè)備,全面清除施工現(xiàn)場的軟土與雜物,再在路基結(jié)構(gòu)中適當(dāng)填入部分礦渣及砂石等建設(shè)材料。并根據(jù)路基結(jié)構(gòu)的施工范圍,合理制訂分層施工區(qū)域和施工設(shè)備作業(yè)時間,制定嚴格的單層換填操作規(guī)范,安排專門人員負責(zé)監(jiān)督單層換填施工質(zhì)量,從而保障整體換填作業(yè)符合工程項目要求,進而提升整體路基加固效果。

        1.2 強夯法

        強夯法是公路工程中一種較為常見的路基加固技術(shù),對于增強軟土層路基結(jié)構(gòu)的承載力效果極佳。在具體實施過程中,施工單位通常會使用起重機等設(shè)備,將重錘提升至一定高度后釋放,利用重錘瞬間落地產(chǎn)生的夯實能量沖擊地面,路基土體內(nèi)部空間會因重錘所產(chǎn)生的強大沖擊而大幅度壓縮,最后通過強夯點位與土體之間的縫隙將內(nèi)部水分排出,從而增強路基結(jié)構(gòu)的緊密性,避免土體沉降現(xiàn)象發(fā)生。在具體操作過程中,應(yīng)對區(qū)域路面進行全面清潔,確定最終的強夯點位。再由施工人員操作起重機設(shè)備,將夯錘調(diào)整至提前劃定的夯實點位區(qū)域,并根據(jù)現(xiàn)場實際情況測量夯錘裝置頂高程、調(diào)整夯錘起吊高度,利用其自身重力向指定的夯實點位進行反復(fù)錘擊,直至該區(qū)域路基承載力符合工程項目設(shè)計標(biāo)準為止[1]。

        1.3 碾壓法

        碾壓法主要是指利用推土機、羊足碾、壓路機等大型機械設(shè)備,對需要加固處理的路基結(jié)構(gòu)進行壓實操作,提升松軟的土層結(jié)構(gòu)的堅固性,進而實現(xiàn)路基加固目的。在公路工程路基結(jié)構(gòu)加固施工過程中,在水文、地質(zhì)及自然環(huán)境方面通常存在一定的差異性,而特殊環(huán)境極易使施工區(qū)域地下土質(zhì)形成不同程度的軟土層,使軟土層更加堅固密實。施工人員必須利用合理方法,進行加固處理。機械碾壓法便是最為簡單且最為直接的一種軟土層路基加固技術(shù)。在整體實施過程中,路基土層會受到機械壓力作用,將內(nèi)部水分逐漸排除,在此期間,土壤結(jié)構(gòu)的堅硬度和密實度也會不斷提升,進而使路基結(jié)構(gòu)變得更加堅固。通常來講,施工人員會根據(jù)地區(qū)土層的實際狀態(tài),設(shè)定路面作業(yè)次數(shù)和作業(yè)范圍,并以從中心到兩邊的原則進行分層碾壓,進而保障整體碾壓作業(yè)的科學(xué)性與合理性,最終實現(xiàn)路基加固作業(yè)的目標(biāo)。

        2 實例分析

        2.1 工程概況

        以某公路工程為例,該工程公路全長約為11km,路基結(jié)構(gòu)寬度為22.7m,擁有四排雙向機動車道。早在2013 年,便已完成所有施工項目并成功通車,但因區(qū)域自然環(huán)境及車輛長期碾壓,部分路段出現(xiàn)了不同程度的公路病害,且經(jīng)過工程人員檢測之后,發(fā)現(xiàn)整條公路路基的承載力都已無法滿足公路正常支撐需求。相關(guān)部門人員在基于公路勘查報告進行研究分析后,最終采用強夯法對整體路段的路基實施加固處理。應(yīng)用起重機等吊裝設(shè)備,將強夯作業(yè)專用重錘提升至10~25m 高度后,瞬間釋放。在此期間,重錘會在重力作用下不斷加快下落速度,其瞬間夯實能量達到100~200t,夯實深度可達到3m 以上。在準確計算施工參數(shù)的前提下,如此重復(fù)地完成對整體路基結(jié)構(gòu)的夯實作業(yè),最后進行驗收檢測,在最大限度上保障夯實效果,增強區(qū)域公路路段的承載力。詳細施工流程如圖1 所示[2]。

        圖1 路基強夯加固施工流程圖

        2.2 施工前期準備

        為保障后續(xù)夯實加固施工作業(yè)效果,必須充分做好施工的前期準備,具體如下:第一,應(yīng)在正式施工開始前,對路基結(jié)構(gòu)的施工區(qū)域進行全面清理與整平,主要是將區(qū)域路段中殘留的樹根、雜物、淤泥及生活垃圾等徹底清除。在完成地表清潔工作后,可針對自然因素、人為因素和水造成的土質(zhì)軟化區(qū)域進行區(qū)域性翻曬處理。對凸起程度較大的公路路基區(qū)域,應(yīng)用工程專用機械設(shè)備進行整平操作;對凹陷程度較大的公路路基區(qū)域,采用涂料進行填平,保障路基結(jié)構(gòu)整體干凈整潔。第二,為確保大型施工設(shè)備順利布設(shè),應(yīng)在正式施工開始前,將碎石材料鋪設(shè)于路基表面,使其形成基礎(chǔ)墊層,其主要作用是提升施工路基的承載力,避免自重過大的機械設(shè)備壓壞路基結(jié)構(gòu)。該案例工程將墊層結(jié)構(gòu)鋪設(shè)厚度設(shè)定為15cm,并根據(jù)部分承載力較差的區(qū)域適當(dāng)調(diào)整鋪設(shè)材料,進而使其滿足大型夯實作業(yè)機械設(shè)備的基礎(chǔ)施工要求。第三,施工人員應(yīng)在正式施工開始前,對施工區(qū)域進行系統(tǒng)考察,全面掌握在施工附近區(qū)域的地下管線布設(shè)及建筑物的具體分布情況,從而避免在后續(xù)強夯施工中,損壞地下管線和周圍建筑物。為解決此類問題,該案例工程已將現(xiàn)場可能影響施工的建筑物全部遷移出強夯施工區(qū)20m 以外,同時將區(qū)域內(nèi)的地下管線裝置遷移出強夯施工區(qū)10m 外,并在部分無法臨時遷移的地下管線和建筑物周圍,采取一系列施工保護措施,進而保障后續(xù)工程施工安全、有序進行。

        2.3 強夯設(shè)備選擇及參數(shù)確定

        2.3.1 強夯設(shè)備選擇

        該案例工程采用的強夯設(shè)備主要包括起重機、夯錘等,起重機為履帶式自動脫鉤式起重機。該設(shè)備在吊桿處設(shè)有專門的輔助門架,可有效避免起重機因強夯操作時,夯錘下落速度過快、強夯能量過大,引發(fā)傾覆、側(cè)翻等不良事故。此外,該案例工程主要選用重量范圍在15~25t 之間的夯錘,并將夯錘底部區(qū)域?qū)β坊Y(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的靜壓力設(shè)定為25.5kPa。最后在相應(yīng)的強夯設(shè)備布設(shè)完成后,安排多個專業(yè)技術(shù)人員,對強夯設(shè)備進行操作、管理與維護測試,進一步保障強夯設(shè)備的使用效率。

        2.3.2 施工參數(shù)設(shè)定

        關(guān)于施工參數(shù)設(shè)定方面,主要包括對夯擊能量、夯錘落距、夯點設(shè)置及夯擊次數(shù)等方面數(shù)據(jù)設(shè)置,具體如下:

        (1)夯擊能量參數(shù)設(shè)定

        在該工程路基加固處理施工過程中,夯擊能量參數(shù)的設(shè)定對于整體加固處理效果而言尤為重要。施工人員在經(jīng)過一系列分析研究后,最終決定采用公式進行參數(shù)計算:

        式(1)中:H表示夯擊作業(yè)有效深度值,單位為m;K表示實際夯擊作業(yè)系數(shù)值,在系數(shù)布設(shè)方面主要基于工程路基土質(zhì)情況而定,該案例工程夯擊作業(yè)系數(shù)為0.6;G表示夯錘裝置的實際重量,單位為t;L表示夯錘裝置落距,單位為m。施工人員可通過公式,計算夯實作業(yè)的有效深度,最終合理設(shè)定夯擊能量。

        (2)夯錘落距設(shè)定

        施工人員經(jīng)過系統(tǒng)分析后最終決定,將該案例工程的夯錘裝置重量范圍設(shè)定在15~25t 之間,并將夯擊能量設(shè)定為1000kN/m。因此,為保障整體強夯作業(yè)的效果,應(yīng)將最小夯錘落距設(shè)定為4.5m,且需根據(jù)不同的路基結(jié)構(gòu)加固處理深度,調(diào)整夯錘落距參數(shù)。

        (3)夯點位設(shè)置參數(shù)

        該案例工程施工人員基于現(xiàn)場實際情況,在強夯施工作業(yè)過程中,將夯點位布設(shè)間距設(shè)定為4m。并采用跳躍式夯擊方式實施整體強夯作業(yè),也就是在完成第一個夯點后,無須進行連續(xù)點位施工,而是直接實施第三個點施工作業(yè),即以“1—3—5—2—4—6”的夯擊順序,實施強夯作業(yè)。

        (4)夯擊次數(shù)設(shè)定

        該案例工程施工人員將夯擊施工作業(yè)遍數(shù)設(shè)定為三遍。前兩遍夯擊次數(shù)必須超過第三遍,且第三遍夯擊作業(yè)時必須實施兩次滿夯操作。此外,前兩遍夯擊作業(yè)夯擊能量也要超過第三遍。在實施滿夯操作時,夯擊能量只能設(shè)定在前兩遍夯擊作業(yè)的20%~25%之間[3]。

        2.4 測量定位及強夯施工

        2.4.1 測量定位

        在對施工場地進行整平處理且確定好各項施工參數(shù)以后,施工人員必須基于工程實際夯擊作業(yè)要求,實施現(xiàn)場放樣。

        具體測量過程如下:

        (1)應(yīng)將路基邊樁與中樁進行恢復(fù)處理;

        (2)明確標(biāo)記夯擊作業(yè)的詳細點位,并以正中心區(qū)域夯點作為基準,圍繞夯錘裝置操作半徑劃線;

        (3)在確定具體夯點位后,準確測量并記錄原始路基結(jié)構(gòu)的地面路段高程值,同時在路段適合區(qū)域內(nèi),合理布設(shè)相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備,待區(qū)段夯擊操作完成后,二次測定路基結(jié)構(gòu)的實際高程,進而計算路面的沉降高度。

        2.4.2 強夯施工

        該案例工程在強夯施工方面,主要包括以下幾點:

        (1)強夯施工主要分為三個階段進行。在第一遍強夯施工階段,施工人員可操作履帶式自動掛鉤起重機,將強夯錘裝置吊至空中4.5m 以上距離時,精細脫鉤,使其成為一個自由落體,對區(qū)域路基實施夯實處理。第一遍強夯施工階段共包括4 次夯擊操作,直至路基結(jié)構(gòu)沉降值滿足工程項目要求后,方可進行第二遍強夯施工。

        (2)在第一遍強夯施工階段操作完成后,必須在現(xiàn)場質(zhì)檢人員與監(jiān)理人員的共同監(jiān)督下,對夯擊作業(yè)時產(chǎn)生的基坑進行整平回填處理后,實施二次放樣操作。需要利用白石灰等材料,清晰標(biāo)記出第二階段強夯施工點位,并通過與第一階段相同的強夯施工方式,實施二遍強夯施工。第二遍強夯施工階段共包括3 次夯擊,直至路基結(jié)構(gòu)的沉降值滿足工程項目要求后,方可進行第三遍強夯施工。

        (3)第三遍強夯施工。為滿夯操作,此階段無須放樣且只需實施2 次夯擊即可。在滿夯操作完成后,應(yīng)使用推土機設(shè)備將夯擊區(qū)域?qū)嵤┱教幚?,最后進行相應(yīng)的質(zhì)量檢測與驗收。若公路路基的承載力檢測結(jié)果符合工程設(shè)計要求,視為夯擊合格,若不滿足則必須及時找出原因,并實施二次強夯施工。

        (4)因在整體強夯施工過程中,難免涉及大量數(shù)據(jù)參數(shù)信息,主要包括地面沉降、下落高度、落錘質(zhì)量等。為避免因數(shù)據(jù)參數(shù)問題而產(chǎn)生施工偏差,該案例工程安排了專門人員,在施工現(xiàn)場負責(zé)數(shù)據(jù)校核與記錄工作,全面記錄施工現(xiàn)場的施工數(shù)據(jù),并對各種施工參數(shù)進行校核監(jiān)督,在保障施工參數(shù)準確的同時,為后續(xù)工程驗收提供完整的數(shù)據(jù)依據(jù)。

        2.5 質(zhì)量檢測

        該案例工程對區(qū)域段實施強夯施工后,安排專門人員隨機選擇了A、B 兩處路段,檢測深度為1.2m、0.8m 和0.5m,并對2 個點位進行系統(tǒng)化承載力檢測,最后結(jié)合施工前的信息數(shù)據(jù)進行了一系列對比分析,具體檢測結(jié)果見表1[4]。

        表1 工程強夯施工前后路基結(jié)構(gòu)承載力檢測對比分析表

        由上述檢測數(shù)據(jù)得知,該案例工程在強夯施工完成后,大幅度提升了整體區(qū)域路基結(jié)構(gòu)的承載能力,使每個區(qū)段公路路基的承載力均能符合公路正常交通指標(biāo),同時強夯施工質(zhì)量,完全能夠滿足工程項目的設(shè)計要求。

        3 結(jié)語

        綜上所述,結(jié)合案例工程公路的實際情況與建設(shè)改造要求,在對公路表面清潔處理后,綜合選擇路基加固設(shè)備,計算施工參數(shù),進行強夯加固作業(yè),最后做好一系列質(zhì)量檢查工作,從而最大程度地保障施工建設(shè)質(zhì)量,消除潛在的安全隱患,進而為后續(xù)使用者提供一個安全、良好的出行環(huán)境。

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