强夯施工技术在高填高陡高液限路基工程中的应用

广东公路交通

摇摇

GuangdongHighwayCommunications

摇摇摇摇摇

Vol郾45No郾4Aug郾2019

文章编号:1671-7619(2019)04-0237-05DOI:10.19776/j.gdgljt.2019-04-0237-05

强夯施工技术在高填高陡高液限

路基工程中的应用

李摇彬

(保利长大工程有限公司,广州510620)

摘要:为在施工期加速高填高陡高液限段路基固结沉降,提高路基的强度和稳定性,减少工后沉降和不均匀沉降,保证施工质量和安全,在94区区顶对路基进行补强压实。通过工程实例,分析了强夯法动力固结土体的力学机理在高液限土中的作用。通过强夯法试验,确定在高填高陡高液限段路基采用强夯法施工,总结了施工顺序及施工要点,以求充分发挥强夯法施工技术在路基特殊工点中的应用价值,扩大使用范围。在工程实践中应用效果良好。

关键词:路基强夯;高液限土;高填高陡路基

中图分类号:U416.1摇摇摇文献标志码:B

0摇引言

随着我国高速公路不断向山区发展,高填高

1摇高液限土的特性

度较高。

本地区高液限土主要是由燕山期安山玢岩和

陡路基施工成为常态化。为节约造价,保持土方调运平衡,一般直接采用挖方利用方和隧道弃方作为路基填料,若遇到高液限土等特殊性岩土,按照土工试验检测结果,分为直接填筑、改良填筑和弃方处理。部分高液限土虽然可以直接填筑,但相对于良性土,路基压实度离散性大,施工质量难以控制,施工压实后容易出现起皮、弹簧等现象。尤其是高填高陡路基,随着填筑高度的增加,工后沉降也随之增加,对路堤的强度和整体稳定性造成了一定的影响,需要补强压实。由于强夯法具有施工工艺简单、造价低、工期短、效果显著等优点,能较好地解决土体难以压实、施工质量难以控制、高填高陡路基工后沉降等难题,因此被广泛采用。目前强夯法主要集中在理论和施工设备等方面的研究和一般土体的应用推广,而对应用在高液限土中的加固效果研究甚少。

本文依托广东大丰华高速公路建设项目,结合强夯法补强压实路基的机理,选择合适的强夯设计参数,总结了强夯施工技术的相关施工工艺,将其应用在高填高陡高液限土路堤施工中,通过检验其施工效果,积累工程经验并推广应用。

花岗岩等岩石风化形成的坡残积土,分布较广,密1.1摇含水率和渗透系数低

般在10-7cm/s~10-8cm/s之间。含水率高的土体按最优含水率来指导压实作业,在南方多雨潮湿地区作业难以满足要求,同时碾压后空气率仍然

高液限土含水率一般大于20%,渗透系数一

工程特性一般较差,渗透系数低代表处理难度大,

较大。由于高液限土保水能力强,在旱季施工时,最上一层填土容易因失水而干裂,碾压后容易出现起皮、干裂等现象;雨季施工时,容易吸收导致1.2摇液限和塑性指数高

承载能力下降,出现水稳定性差的现象。

根据规范对高液限土的定义,其液限大于

50%,塑性指数大于26,且细颗粒含量高,土体在较大的含水率变化范围内仍能保持可塑状态,因此力学性能较差。

1.3摇细颗粒含量高、微膨胀性

从表1可知,本地区高液限土的细颗粒含量

为50%~80%之间,同时土体中亲水性矿物成分较高,水分子进入亲水性矿物颗粒的晶片中,颗粒之间距离的增加,造成土体的微膨胀。

·237·

作者简介:李彬(1986-),男,大学本科,工程师,从事公路工程技术工作,E-mail:303642780@qq.com。

2019年第4期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇广东公路交通摇摇摇摇摇摇摇摇摇1.4摇强度低、水稳定性差

由于高液限土中含有的矿物成分带有较多的

摇摇摇摇总第163期

负电荷,亲水性较强,造成土粒结合水膜厚度较大,受降雨影响后,CBR值变小,水稳定性差,因而1.5摇强夯作用承载力较小。

60%之间时,可考虑采用直接填筑。本路段高液限土初勘和详勘的CBR值检测结果均>3%,因此由表1可知,该取样段落的高液限土可采用直接填筑。为保证填筑后的施工质量,提高单位体积内固体颗粒的含量,减少空气率和工后沉降,在高填高陡路段94区顶面采用强夯法补强压实路基。

时满足细颗粒含量小于90%,液限介于50%~

一般而言,对于高液限土的CBR值逸3%,同

表1摇大丰华高速公路高液限土土工试验结果含水量

钻孔编号

取样深度/m

液限塑限塑性(%)(%)

CBZK23-原1CBZK24-原1

1.6~2.01.6~2.06.4~6.88.8~9.26.4~6.83.0~3.45.0~5.41.0~1.43.0~3.43.0~3.4

WL/

WP/

指数IP

天然状态土的物理性指标含水率密度(%)(g/cm3)29.230.326.833.037.016.023.032.131.138.538.034.028.0

1.741.741.761.721.551.821.931.951.791.641.721.71.7

WO/

籽O/

孔隙比eo0.9901.0140.9311.1251.3721.0921.0010.8620.8091.1051.2521.1381.138

剪切指标直接快剪凝聚力内摩擦角cq/kPa渍q/(毅)53.017.010.013.032.026.06.89.53.0

23.729.725.316.830.120.817.220.926.221.619.921.87.6

土分类名称分类标准JTGD63-2007含砂高液限粉土MHS含砂高液限粘土CHS含砂高液限粘土CHS含砂高液限粉土MHS含砂高液限粉土MHS含砂高液限黏土含砂高液限黏土含砂高液限黏土含砂高液限粘土CHS高液限粉土MH高液限粉土MH高液限粉土MH

细颗粒含量/(%)70726880748080515851798080

50.229.420.850.427.722.750.429.620.852.229.223.050.529.920.650.427.622.851.428.822.651.727.324.450.729.820.952.728.424.3

XBZK104-原2XBZK105-原3XBZK106-原2CBZK32-原2CBZK32-原3XBZK115-原1XBZK117-原1CBZK35-原1

CBZK24-原210.4~10.851.427.623.8

XBZK107-原413.4~13.651.731.120.6

17.028.024.014.0

XBZK117-原213.0~13.450.229.221.0含砂高液限粉土MHS

2摇强夯作用机理

出,碾压过后,土体间的颗粒又重新与孔隙水相结合,造成难以压实和压实不均匀的现象。通过强夯的巨大冲击力,能使颗粒间的气体和孔隙水快速排出,改变土体的内部结构和固液气三态的比例,使土体密实固结,强度提高。因此,强夯法在高液限土中的夯击机理主要为动力固结作用。

强夯夯实路基的原理是使用履带式起重机将

一定质量的夯锤提升到一定高度后,再自由下落冲击土体,通过在土体中产生巨大的冲击能量,克服土体颗粒间的阻力,从而改变土体的力学性能和内部结构[6]。在理论上和实践中根据强夯土体动力固结作用、动力置换作用。

由于本项目中的高液限土主要为含砂高液限黏土和含砂高液限粉土,土在压实过程中,要使土体颗粒更加紧密,增加单位体积内的固体颗粒含量,使单位体积内原有的液体和气体含量以固体颗粒含量代替,减少孔隙率和空气率。而普通的压实设备难以将高液限土体间的气体或孔隙水排·238·

性质的不同,强夯作用机理主要有动力挤密作用、

3摇工程应用

3.1摇工程概况

广东大丰华高速公路高填高陡路基段落周边分

布着大量的高液限土,根据土方调配情况,高液限土直接填筑于该段落路堤93区以下,94区、96区调运良性土填筑,以减少路基工后沉降。除在93区填筑过程中采用高强压路机补强外,在94区区顶采用强夯法补强压实路基,强夯现场情况如图1所示。

2019年第4期李彬:强夯施工技术在高填高陡高液限路基工程中的应用

总第163期

图1摇强夯施工现场

3.3.2摇2.1摇强夯参数选择强夯法的单击夯击能应根据现场试夯或当地

单击夯击能

经验确定,也可按以下公式估算。

d=amh=aEE=(d/a)2

式中:mh=E为夯击能量;d为有效加固深度;a为修正系数,其值范围为0.34~0.80[9]根据相关经验,一般强夯的有效加固深度约

。

为7m,考虑到高液限土为细粒土,a取低值0.4,代入上式可得E=306.25,即mh=306.25t·m。本次试验段中采用的夯锤质量m为22t,则夯锤提升高3.度应大于2.2摇夯击次数

13.92m,取15m。

根据公路路基设计规范要求,当单击夯击能

100mm。为2000~本次4000试之间夯按,最最后两击的平均夯沉量应后两击的平均夯沉臆

50mm3.2.3摇控制考虑加固效果的均匀性夯点布置

,具体夯击次数通过现场试验确定。量臆,本路段夯点采用正

方形布置,间距5m,夯点布置如图2所示。

图2摇点夯夯点布置

3.3.3摇3.1摇强夯机具的选择采用中联起重机

ZTM300履带式起重机,并配有自动

脱钩装置,主臂长度19m~25m,功率140kW,整机3.质量3.2摇48t。

采用弹性模量高的圆柱形钢质夯锤夯锤。为保证

落锤后顺利提锤,在夯锤底部均匀设置5个与其

顶面贯通的排气孔,以利夯锤着地后能顺利提锤。22t。

排气孔的直径为15cm,夯锤直径为2m,夯锤重

3.4摇路基分层填筑至强夯遍数的确定

K88+31094区区顶后,在K87+960~

表面应平整段选择一个有代表性的,按照正方形排列,间距20m伊20m5m。夯锤落距

区域,15m,后并测量场地标高夯击遍数暂定为,再试夯过程中记录夯沉量3遍。施工测量放出夯击点,每夯击一次均测量一次标高。夯击第一击平均夯沉量12cm,第二击20cm,第三击26cm,第四击28cm。第三击与第四击夯沉量小于5cm,确定单点夯击锤3.数为5摇4施工要点击可满足要求。

填筑的路基产生明显的水平位移或裂纹(1)对单击夯击能的选择应尽量避免过大而使,影响路基的整体强度。若试夯过程中出现水平位移,应加强监测并及时减少夯击能量域,防止夯击振动使其破坏(2)试夯应尽量选择在远离重要结构物的区,并做好详细记录。

。可根据试夯,观测结构物振动及变形情况预留安全距离(3)按照点夯布置图,现场放样后在夯点中心。

作出标记(4)按路基中线向两侧推进的方式进行强夯,按顺序进行夯击,并做好记录。不得由周边向中心推进。

,(5)点夯完成后然后进行普,立即采用路基同等材料将夯

夯处理。普夯夯击能E为

4摇1坑回填000kN·m,,普夯两次后用压路机碾压整平。

4.1摇强夯加固效果检测

为检测强夯夯击效果夯沉量

,在高填高陡高液限土

路基强夯段落每40m布置3个测量点,监测强夯施工过程中最后两次夯击的平均沉降量。部分数据如表2所示。

·239·

2019年第4期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇广东公路交通摇摇摇摇摇摇摇摇摇

表2摇高液限土路基最后一击强夯后沉降量监测结果

桩号K88+000K88+080K88+160K88+240K88+320K88+420K88+500

观测点左中右左中右左中右左中右左中右左中右左中右

夯击前高程/m

204.18204.44204.63205.78206.04206.23207.38207.64208.13208.98209.24209.26210.18210.44210.27212.18212.44212.21213.82214.04213.96

夯击后高程/m

204.15204.40204.59205.74205.99206.19207.33207.60208.08208.94209.19209.22210.14210.39210.23212.14212.40212.16213.78213.99213.92

摇摇摇摇总第163期

基顶沉降/m

0.030.040.040.040.050.040.050.040.050.040.050.040.040.050.040.040.040.050.040.050.04

平均沉降/m0.0400.0400.0400.0400.0400.0370.030

由表2可知,高液限土被挤压密实,强夯方案合理可行,强夯加固效果良好。强夯施工最后两次夯击平均沉降量不超过50mm,满足设计规范要求,表明高液限土夯击能饱和,路堤可压缩性小,路堤整体稳定性与变形稳定性良好。

4.2摇压实度

为评价强夯后的实际效果,对强夯后的高填

高陡高液限路基,每100m抽取3个点,检测其压实度。检测结果如表3所示。

表3摇压实度检测结果

桩号范围K88+000~K88+100K88+100~K88+200K88+200~K88+300K88+300~K88+400K88+400~K88+500

强夯前压实度/(%)93.8、94.4、93.893.8、94.4、93.894.8、93.0、93.493.0、94.0、93.494.4、93.8、93.2

强夯后压实度/(%)95.1、95.7、96.396.3、95.1、95.795.9、94.2、94.494.1、95.1、94.596.9、94.0、94.4

强夯后压实度平均提高/(%)

1.811.811.171.181.39

由表3可知,强夯施工完成后路基压实度均大于94%,满足高速公路94区压实度的要求,强夯施工可提高压实度1.17%~1.81%。

(1)本文结合工程实例,通过分析强夯法动力

固结作用加固路基土体的力学机理,结合可用于直接填筑高液限土的特性,将强夯法运用于高填高陡高液限土路基补强压实,并初步确定了强夯施工参数。通过检验强夯前后沉降量和压实度效果的对比,结果表明:选择合理的强夯施工参数,能使高液限土土体压缩,达到加固路基、提高压实

5摇结论与建议

·240·

2019年第4期度的效果。

李彬:强夯施工技术在高填高陡高液限路基工程中的应用

参考文献:

用[J].山西建筑,2018,32(44):159-160.世界,2019(1):30-32.

总第163期

术,在加速施工期固结沉降和改善土体性质方面,具有较好的效果。对于高填高陡路基,填土高度较高时外荷载、地基土压力会对土体的应力构成直接影响。受旱季填土速率较快,后期沉降时间较长,采用强夯施工技术能在其影响深度范围内加速土体的固结沉降,减少工后沉降,确保路基的压实效果,提高土体的密实度。在压实土体期间,需结合含水率、干密度、CBR值等要求,合理设置夯击的夯击能、单击次数、遍数、夯击点布置等,以提高高填高陡路基的整体稳定性和安全性。

(3)目前强夯法主要根据试夯试验结果和总

(2)高填高陡路堤施工中,应用强夯施工技

[1]王富强.强夯施工技术在高填方路基工程中的应[2]范恩.高速公路路基强夯施工技术研究[J].交通[3]向艳敏.高速公路路基强夯施工技术研究[J].交[4]李红锋.强夯法在高速公路路基施工技术中的应[5]陈超.强夯法在高速公路路基施工中的应用分析[6]杨胜波,彭小勇.碎石土路基强夯加固后土体性能[7]王博.复杂地基条件下机场场道地基处理探析[8]高一峰,柴贺军,杨建国,等.土石混填路基强夯压[9]公路路基设计规范JTGD30—2015[S].北京:人[10]工程地质手册编委会.工程地质手册(第五版)[11]刘树.高速公路工程中高填方路基强夯施工技术[12]张晓江.高速公路路基强夯技术施工质量控制指

(收稿日期:2019-04-08)

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计算模型研究及应用[J].公路交通技术,2018,34(4):01-

结,评价强夯处理路基后是否达到预期效果,过程中需要反复调整参数进行试夯,待现场试夯试验满足要求后再进行大面积推广应用。本文通过工程实例,总结了强夯法应用在高填高陡高液限路基工程中的施工参数,还需通过更多的工程实践,得出不同技术指标的高液限土和夯击沉降值的关系。

(4)目前强夯法在特殊性岩土的应用较少,需

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实试验研究[J].公路交通技术,2003(3):8-11.民交通出版社股份有限公司,2015.

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进一步研究强夯参数对土体性能的影响,并结合其他改良方法,综合提高土体的加固效果。

标分析[J].科技创新与应用,2017(8):222.

ApplicationofDynamicCompactionTechnologyinHighfilledand

HighLiquidLimitSubgradewithSteepSlope

(PolyChangdaEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510620)

LIBin

Abstract:Inordertoacceleratetheconsolidationofsub-gradewhichishighly-filledwithhighsteepslopeandhighliquidlimitduringconstructionperiod,improvethestrengthandstabilityofsub-grade,reducesettlementandunevensettlementandensurethequalityandsafetyofconstruction,thesub-gradehasbeenfurtherlycompactedatthetopofArea94.Takingactualengineeringcasesasresearchobjects,inthispaper,themechanismofdynamicconsolidationofsoilunderdynamiccompactionanditsroleinhighliquidlimitsoilhasbeenanalyzed.Throughsummarizingthetestresultsofdynamiccompactionmethod,therationalityofdynamicconsolidationmethodinhighly-filledandhighliquidlimitsub-gradeconstructionhasbeenfinallydetermined,andtheconstructionsequenceandkeypointshavebeensummedup.Inthispaper,theapplicationvalueofdynamiccompactionconstructiontechnologyinspecialsub-gradesiteshasbeenrevealedwithitsscopeofapplicationbeingexpanded.Ithasbeenprovedbypracticethatthemethodhasagoodapplicationeffectinengineeringpractice.

Keywords:subgradedynamiccompaction;highliquidlimitsoil;highfilledsubgradewithsteepslope

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