高填方路基强夯补强效果试验分析.pdf

总661期2023年第31期（11月 上）0 引言基于公路路基设计规范，路基填筑中需严格控制填料及压实度参数，为防止路基变形，需控制山区高填方路基施工后沉降值小于40 mm。目前，针对增压补强强夯改善路基压实度的相关机理、应用效果的理论研究较少。本文以某高速公路扩建工程为例，通过瑞利波检测技术比较强夯前后高速公路路基土压实度情况变化，确定瑞利波波速与路基土压实度间的关系，从而为施工质量控制提供参考。1 工程概况某高速公路扩建项目设计速度为100 km/h，项目路基宽度39.5 m，采用分离式设计，扩建工程拟定为双向8车道。路堤中心填土高度22 m，坡脚处最高填土高度58 m，施工区域强夯面积合计32 160 m2，区域地貌以山丘为主，地形结构复杂，多分布粉质黏土和碎卵石层，地表层土质以残破积土为主，部分区域为花岗岩、薄层素填土或风化层。施工区域沿线道路山坡基层以花岗岩为主，伴部分砂土状强风化岩，多为碎块状，可用于填筑路基。根据现场勘测结果，目标区域土体结构各向物理指标较好，符合路基填料选材标准。施工路段路基填方边坡高度超过15 m，拟选用强夯措施增强补压，改善路基密实度，增强土体结构稳定性与承载力。2 瑞利波检测技术施工前需进行地质勘测，准确获取施工区域基本物理参数，结合瑞利波检测法对路基各项指标进行检测，明确瑞利波波速与路基压实度之间的关系，将其作为判断强夯有效深度的参考。2.1 瑞利波检测技术原理瑞利波谱可相对准确地反映瑞利波速与地表结构间的内在关系，在施工区域地表间隔适当距离安装瑞利波检测器，现场检测并获取面波数据，以相位法获得不同频率下的瑞利波波速数据。利用土体干密度测量评估土体压实度，结果显示施工区域土体最大干密度值约为1，证实该区域路段路基土体压实度较高，路基施工条件好。瑞利波波速参数与土体物理参数关系密切，可采取现场灌砂试验法或面波检测法对施工区域路基状况进行检测，通过获得土体压实度数据判定两者之间的内在关联，从而构建瑞利波波速-土体压实度关系式。2.2 填料土工试验土工试验结果证实：目标路段路基地质以砂土或砾类土为主，粉土质砂、黏土质砂含量分别为60%和 10.5%，区域土体含水率约为 16.41%；超过 97%的路面质地坚硬，土体最大干密度为2 g/cm3，最佳含水率为10%；随着土体压实度增加，土体承载力水平提高，不同区域承载比均大于5%，可用做路基填料。2.3 试验方案2.3.1 试验步骤施工区域内选定试验场地，须确保试验场地与实际夯击段区域一致。待测区域内设6道2.0 m宽40.0 m长待填充区，使用强风化花岗岩完成回填，以振动压路机多次振动压实，分层回填振动碾压，共铺设4层，碾压五遍后对摊铺层压实度进行检测，施工区域试验布设情况如图1所示。碾压完毕后，现场布设检波器测线，完成后收集区域数据，保持 3 m 以上偏移距离，从而精准获取数据，采样合计2 048次，采样间隔时间为0.3 ms，采用AB线对称布设的方式布设检波器，试验区与震源检波器激发模式保持一致。收稿日期：2023-06-15作者简介：张仁华（1985），男，贵州凯里人，工程师，从事公路工程施工工作。高填方路基强夯补强效果试验分析张仁华（贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550001）摘要：高填方路基是山区高速公路的常见路基类型，路基施工可采用强夯补强的方式改善土体结构，增强其承载力，避免路基协调性差、基础松软所引发的公路病害，降低路基沉降率，从而保证公路使用寿命。基于此，首先对高填方路基强夯补强试验进行研究。然后结合实例项目对高填方路基增压补强强夯前后的瑞利波波速数据进行分析，希望能为同类工程提供借鉴关键词：增压补强；有效密实深度；瑞利波波速中图分类号：U445.4文献标识码：B118交通世界TRANSPOWORLD2.3.2 瑞利波收集并处理数据检测器可以提取各种波形，本项目试验仅需完成面波检测并提取，因此其他检测波形为本研究的干扰项。根据干扰波与面波波速差，通过设置窗口的方式拦截干扰波，防止其影响检测结果准确性。计算频散曲线，采用二维傅氏变换的方式进行计算。将获得的弹性波数据进行转换后获得频率-波数谱数据，并绘制二维图谱。左上角作为原点，横坐标为波数，纵坐标为频率。横轴方向波数逐渐增加，随着波数的增加波长减少，纵轴方向，波动水平不断增加，为区分不同波组振幅情况，选用不同的颜色描述，颜色越深则表明其振幅水平越大。波动组与原点连线对应的斜率为相速度，该水平越大表明速度越大。根据样本数据完成频率-波数域振幅谱图的绘制，借助波速比和频率值计算出面向波速度和波长，使用波长与深度系数的乘积作为深度波速值。2.3.3 现场路基强夯方案试验路基路段桩号K103+540K103+560。采用普通压路机对该区域路面进行碾压，按照6 m间隔进行强夯压实补强，确保施工区域填筑高度大于30 m。1）强夯技术指标：强夯点以等边三角形布设，各点间隔4 m，根据区域土层压实度和施工情况确定强夯次数，夯击完毕后进行夯击量的检测，确保最后两次夯击后夯沉水平低于50 mm。夯击点布设图如图2所示。以主夯点为中心布设夯击点，夯击点呈蜂窝状，每个夯击点夯击5次并确保夯击水平大于1 000 kNm，以钢筋混凝土作为夯锤材料，保持主夯点落距大于16 m。单位：m图2 夯击点布置2）以柴油发动的自行履带式起重机作为强夯吊车，夯击吊车自重约 30 t，采用组合臂悬挂起吊，以LT220型振动式压路机和SD320C型履带式推土机平整施工场地并确保土层压实度达标。3 路基土压实度与瑞利波波速关系获取不同碾压土层碾压深度、波速数据，并绘制碾压后深度与波速曲线，结合曲线进行处置，自动拟合优化获得浅表层波速值。3.1 压实度与波速现场试验检测获得浅层地表相关测量位置的波速值，将检测结果绘制成波速与压实度关系曲线，详见图3。图3 压实度与波速拟合曲线K=0.1992Vs+55.102（1）式（2）中：K为路基压实度；Vs为波速，由此可知压实度与波速拟合曲线的拟合度较高。3.2 瑞利波波速同压实度校验由公式（1）可获得不同测量点的压实度K，结合现场试验获得压实度数据，并绘制瑞利波波速与压实度关系曲线，详见图4。图4 瑞利波波速同压实度关系曲线单位：cm图1 试验布置示意119总661期2023年第31期（11月 上）利用瑞利波波速与压实度曲线获得压实度，并将不同测量点压实度数据与现场灌砂法测量的压实度进行比对，两者之间有较高的吻合度，压实度差约2.36%，证实该方法获得的压实度水平可信度较高。4 强夯对路基压实度和密实度提高有效深度影响4.1 各测点频散曲线波速夯击深度达到一定水平时，夯击前与夯击后的瑞利波波速会出现重合，夯击深度大于 4 m 时，主夯后波速水平基本保持不变。夯击深度 4 m 以内，强夯前后不同测量点的波速有明显变化。夯击前后测量点 15的频散曲线波速剖面见图5。图中横向纵向分别表示纵向与深度。普通压路机碾压完毕并全部夯击完成后，深度2 m以内的波速值分别为140170 m/s和160190 m/s，完成全部夯击施工后，土层内检测波速最大值为200 m/s。图5 频散曲线波速剖面4.2 压实度的重要性路基压实度是对路基填土工程质量进行评估的有效指标，该数据与路基强度、路基稳定性、工程使用寿命密切相关。由此可知，结合压实度变化对强夯法在路基土体加固效果评估方面有重要意义，提高路基的土体压实度，对改善路基稳定性有积极作用。4.3 密实度提高有效深度计算公式假定以强夯前后有土层压实度差作为路基土层压实度有效深度，强夯前后压实度差值为0.1%时的夯击深度为Hk。从公路路基设计规范（JTG D302004）中获得强夯有效加固深度详细公式，见式（2）。Hk=MH（2）式（2）中：H为夯击锤落距；M为夯击锤自重；为修正系数；Hk为强夯密实度提升有效深度。通过相同施工条件下参数查询可知，修正系数取值为0.3。通过夯击点15不同夯击能状态下夯击前后的路基土层密实度有效深度详见表1。表1 主夯和满夯完成后路基土密实度提高有效深度检测点密实深度/m密实深度均值/m夯前（1）3.4803.490夯前（2）3.230夯前（3）4.010夯前（4）3.410夯前（5）3.320夯后（1）4.0903.920夯后（2）3.840夯后（3）3.940夯后（4）3.840夯后（5）3.8905 结束语综上所述，本文通过现场灌砂法试验、面波检测试验对瑞利波检测技术在路基土压实度检测方面的应用成果进行了分析，对比路基土压实度与瑞利波波速之间的关系，最终确定，提高路基的土体压实度对改善路基稳定性具有积极作用。参考文献：1 李金峰.基于瞬态瑞利波检测技术的水库土石坝坝体填筑质量研究J.黑龙江水利科技，2020，48（6）：18-21.2 李剑.浅谈高速公路土石混填路基压实度的检测J.黑龙江交通科技，2022，45（6）：58-60.3 刘佳涛.高速公路沥青路面碾压施工质量智能监控技术J.工程机械与维修，2022（1）：188-189.4 马钰.强夯施工技术在市政道路路基填筑中的应用以杭甬复线威海互通连接线一期工程项目为例J.工程技术研究，2022，7（14）：59-61.5 邱婷，傅东阳，郑亮等.HHT-8强夯下路基动土压力分布规律的数值模拟J.福建建设科技，2022（2）：80-84.6 刘江伟，邓明长，邓江云，等.利用开挖石方冲击补压、强夯补强填筑高填方路堤施工关键技术J.四川建筑，2021，41（3）：181-182，185.Vs/（m/s）Vs/（m/s）Vs/（m/s）120