浅析强夯法在湿陷性黄土公路路基处理中的应用

第９期　北　方　交　通　・１９・　浅析强夯法在湿陷性黄土　公路路基处理中的应用　王志伟　（二秦高速公路张家口管理处，张家口０７５０００）　摘要：阐述了湿陷黄土的湿陷机理，结合某公路为例，对拟定施工参数计算调整，通过对夯后检测分析，获得　适用于本项目全路段湿陷性黄土强夯处理的相关参数。　关键词：强夯法；公路；湿陷性；黄土路基　中图分类号：Ｕ４１６．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—６０５２（２０１３）０９—００１９—０３　１　土体湿陷机理及强夯法处理方法　坏土体，使结构在遇水前崩塌，减少孔隙，增加黄土　密度，最终达到消除处理范围内的黄土的湿陷性，提　高地基承载力，提高地基的变形模量，减少压缩（固　湿陷性黄土是我国一种主要的，分布较广泛的　具有多孔垂直节理的黄色粉状性土。颜色以黄色为　主，有灰黄、褐黄等。其特点是孔隙大、易疏松、易溶　蚀、易冲刷、易湿陷，饱水性差，水分极易散失，难以　将填料含水量控制在最佳压实含水量范围以内，造　成压实困难。受水浸湿后，土的结构迅速受到破坏，　除正常的压缩变形外，还会有湿陷变形，造成路基沉　结）变形，控制工后沉降的目的。　２工程概况　某高速公路连接线为平原微丘区二级公路，设　计速度为８０ｋｍ／ｈ，路基全宽１３．２５．０ｍ，其中路面宽　１１．７５ｍ，两侧各设０．７５ｍ的土路肩。设计路线全长　３９．７ｋｉｎ。其Ｋ２９＋７００～Ｋ３１＋１５０段为４～５ｍ厚　降，桥涵基础严重沉陷变形，交通中断，对人民生产、　生活造成很大的影响。　的ＩＩ级非自重湿陷性黄土。按照对路基总湿陷量　的控制要求，湿陷性黄土地基处理的目的就是消除　部分或全部湿陷量，减少不均匀沉降，使其满足公路　设计要求。　３　强夯机具与设备选择及主要施工参数的确定　强夯法是６Ｏ年代末、７０年代初首先在法国发　展起来的，国外称之为动力固结法，以别于静力固结　法。它一般是通过８～３０ｔ的垂锤采用８～２０ｍ的落　距（最高可达４０ｍ），对地基土加固，达到提高强度、　降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄　土的湿陷性的目的。重锤落至地面瞬间，释放产生　强夯法由于其设备简单、工艺方便、原理直观，　加固效果好，施工速度快，费用低等优势较广泛地应　用于处理黄土路基中。强夯法处理黄土路基的有效　强大的冲击能，冲击能以波形式向四周传播，除小部　分转化成热能外，大部分冲击动能使土体产生自由　振动，以压缩波（纵波Ｐ）、剪切波（横波Ｓ）、瑞利波　加固深度可采用修正的梅纳公式Ｈ＝　Ｏ．１Ｗｈ计　算确定，式中：ｈ为夯锤落距；Ｈ为强夯加固有效深　（表面波Ｒ）三种形式在地基内传播，其所占的相对　能量：Ｐ波占７％，Ｓ波占２６％，Ｒ波占６７％。压缩　波大部分通过液相运动，使孔隙水压力增大，同时使　度；Ｗ为夯锤重；　为修正系数，根据地基土性质决　定，一般取０．５。考虑到修正的梅纳公式没有考虑　土的基本特性和施工因素，宜先利用钻探取样及室　内试验得出强夯前后土体干密度、湿陷性、极限强度　等参数的变化确定有效加固深度对ｄ取值进行修　正。夯点间距可按公式ｄ＝１．６９１３（ｒ＋０．３８５ｚ）进行　土颗粒错位，土体骨架解体；剪切波使土颗粒更密　实；瑞利波其竖向分量使土松动，水平分量使土密　实。　对于湿陷性黄土，湿陷的主要原因是由于土体　内部架空空隙多，胶结强度差，遇水后微结构强度迅　速降低而突变失稳，造成孔隙崩塌，引起附加的沉　降，因此强夯法加固湿陷性黄土应采用动力夯实破　计算，式中：ｄ为设计夯点中心距离，ｍ；ｒ为夯锤底　面半径，ｍ；Ｚ为设计液化深度，ｍ；１３为经验系数，一　般取０．６５～０．８。夯点的夯击次数按现场试夯得到　的夯击次数与夯沉量关系曲线确定。　・２０・　北　方　交　通　２０１３　本次施工选取段内５００ｍ长度作为试验段。夯　锤选用直径２．２６ｍ，重２０ｔ（２００ｋＮ）；起吊设备为３０ｔ　履带式吊车带龙门架。经过反复计算比较，第一遍　点夯落距选为１２．５ｍ，夯击能为２５００ｋＮ・ｍ，第二遍　点夯落距为７．５ｍ，夯击能为１５００ｋＮ・ｍ。通过计　算，有效加固深度能够满足使用要求，点夯按间距　４ｍ的等边三角形布置，第一遍与第二遍间隔布置，　满夯点位相切布置，如图１、图２：　图１点夯布置图　２满夯布置图　单点夯击数应按现场试夯得到的夯击次数和夯　沉量关系曲线确定，并应同时满足：　（１）最后两击的平均夯沉量不大于５０ｍｍ；　（２）夯坑周围地面无过大的隆起；　（３）不因夯坑过深而起锤困难。　夯击遍数初拟为两遍点夯，一遍满夯。第一遍　点夯夯击能为２５００ｋＮ・ｍ，第二遍点夯夯击能为　１５００ｋＮ・ｍ，满夯夯击能为１０００ｋＮ・ｍ。强夯处理　范围为路基坡脚线外３ｍ。　４施工步骤　（１）在施工现场，场地平整，清除表层土，进行　表面松散土层碾压，排除地表水，施工区周边作排水　沟以确保场地排水通畅防止积水。　（２）在强夯作业开始前，对甲方提供的坐标数　据进行复测，测量地面高程，定出控制轴线、边线，布　设夯点，并在不受强夯影响地点，设置水准基点。　（３）起重机就位，置于夯点位置，校正夯锤落　距。　（４）吊起夯锤到预定高度，测量锤顶高程，并采　取必要措施，保证在夯击过程中夯距不被改变，达到　设计单击夯击能。　（５）开启脱钩装置，待夯锤自由下落后，测量锤　顶面高程，填写原始记录，计算单击夯沉量。重复夯　击，达到设计夯击数后，将起重机及夯锤移至下一夯　点，重复上述步骤，直至第一遍主夯点全部夯击完　成。　（６）夯击时夯锤的气孔要畅通，夯锤落地时应　基本水平，各夯点应放线定位，夯完后检查夯坑位　置，发现偏差及漏夯应及时纠正。强夯施工时应对　每一夯击点的单夯夯击能量、夯击次数和每次夯沉　量、夯坑深度、夯坑体积、夯坑四周隆起高度等进行　详细记录。　（７）完成一遍夯击后，将场地整平，测量整平后　的场地高程，记录夯沉量、外部补充填料量，重新布　置夯击点位，满夯前应根据设计基底标高，考虑夯沉　预留量并整平场地，使满夯后接近设计标高。　（８）按照间歇时间，完成全部夯击点遍数，最后　一遍满夯，采用低能量夯击，对已夯击场地进行全面　积夯击，将场地表层松散土夯实，测量场地高程。在　施工过程中设专人负责监测工作，检查夯锤质量和　落距，若夯锤作用过久，往往因底面磨损而使质量减　少，或落距未达到设计要求也将影响夯击能。同时，　在每遍夯击前，均应对夯点放线进行复核，检查夯坑　位置，按要求做好各项数据及施工情况的详细记录，　并作为质量控制的根据。在施工过程中，做好安全　防护措施，严格按照安全作业指导书操作，同时做好　对四周各邻近建筑物、构筑物的监测，防止因施工时　地面隆起造成建筑和构筑物的损坏。　５　强夯法处理效果检测　累计夯沉量是指单个夯点在每一击下夯沉量的　总和，见表１。　表１　强夯法累计夯沉量统计表　由表１记录可知各点的总沉降量在１４０～　１５２ｃｍ之间。点夯处理影响深度大于５ｍ。现行《湿　陷性黄土地区建筑规范》（ＧＢ　５００２５—２００４）中采　用湿陷性系数（８　），其表达式为：　６　＝（ｈ。一ｈ。　）／ｈ。　式中：ｈ　一保持天然的湿度和结构的土样，加　压至一定压力时下沉稳定后的高度；　第９期　王志伟：浅析强夯法在湿陷性黄土公路路基处理中的应用　表３轻型动力触探结果　・２１．　ｈ。　一上述加压稳定后的土样在浸水作用下，　下沉后的高度；　ｈｎ一土样的原始高度。　当８　＜０．０１５时应定为非湿陷性黄土；当８　≥　０．０１５时应定为湿陷性黄土。根据规范要求在强夯　完成后取地面下一点１、２、３、４、５ｍ各处３０ｃｍ立方　体试件为一组，共选三个点。检测路基土体湿陷系　数，结果如表２：　表２强夯后路基土的湿陷性系数检查结果　各点位处静力触探承载力（ｋＰａ）　测点深度（ｍ）　点１　点２　点３　工参数对该路段４～５ｍ厚湿陷性黄土地基进行处　理，结果满足设计要求，可以在此基础上开展全部湿　通过表２数据可以看到，各点的湿陷性系数均　陷性黄土路段的强夯作业。　参考文献　［１］梁俊峰．湿陷性黄土地区路基设计要点［Ｊ］．山西建筑，２０１０　（２９）：２６３—２６４．　小于０．０１５，表明该段落内的路基土体已消除了湿　陷性，达到了预期的效果。　承载力检测结果显示，地基承载力满足设计要　求，见表３、表４。　６结语　［２］ＪＴＧ　ＦＩＯ一２００６，公路路基施工技术规范［Ｓ］．　［３］ＧＢ　５００２５—２００４，湿陷性黄土地区建筑规范［Ｓ］．　通过以上检测数据分析可知，通过所选定的施　［４］宣大高速公路管理处．黄土区高速公路施工新技术［Ｍ］．北京：　人民交通出版社．２００１．　Ｂｒｉｅｆ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ　Ｌｏｅｓｓ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｃｏｌｌａｐｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ　ｌｏｅｓｓ　ｉｓ　ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　ｏｎｅ　ｈｉｇｈｗａｙ，ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｄｊｕｓｔｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａｆｔｅｒ—ｔａｍｐｅｒ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ，　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｒｏａｄ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ　ｌｏｅｓｓ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ；Ｈｉｇｈｗａｙ；Ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｉｔｙ；Ｌｏｅｓｓ　ｓｕｂｇｒａｄｅ