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浅谈强风戈壁区重锤夯实法处理地基

摘 要：结合兰新铁路第二双线（新疆段）第七标段实例，介绍了强风戈壁区重锤夯实法 处理地基，从施工原理、机具设备的选定、试夯、施工要点阐述了其处理施工工艺，实践证明重锤夯实处理地基的工艺合理可行。
关键词：强风戈壁区，地基处理、重夯参数

1、研究的目的意义
我国铁路建设进入高速发展时期，高速铁路运行以来，它的安全可靠性一直为世人瞩目，要使列车高速安全平稳地运行，线路的稳定与平顺是最重要的环节之一。路基是轨道的基础，为了保证线路的稳定与平顺，高速铁路要求路基必需具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好、不易变形或纵向变化均匀等性质。地基作为铁路路基的主要主要结构形式之一，对于整个路基的使用情况、列车安全、修建和运营经济性等，起着至关重要的作用。
新建兰新铁路第二双线（新疆段）第七标段，是我国甚至世界范围内首次在强风戈壁区修建高速铁路，在戈壁地基条件判定、风沙对线路侵害、地基沉降控制措施等方面，缺乏深刻的认识和研究基础，同时高速铁路路基在列车荷载的长期反复作用及气温变化、风沙流的长期作用下，如何保证其足够的稳定性和耐久性，对施工提出了很大的挑战，因此，拟对不同的压实度、填筑厚度进行地基处理研究，减少地基上部结构不均匀沉降，满足列车安全运营，解决关键技术难题，对项目建设顺利实施有着极为重大的意义。
2、研究概况
兰新铁路第二双线第七标段DK1729+500-DK1742+911.1位于吐鲁番市托克逊县，本段属三十里强风区，磨蚀环境为M3，中温带干旱大陆性气候区，以气候干燥，降雨量小，冰冻期长，昼夜温差变化较大，春、秋季强风，夏季短促而炎热，冬季漫长而寒冷为其主要特征。地形起伏较大，地面横坡坡度为10~20°，线路经过地段为丘陵地形，沟壑纵多，地表无植被生长，地质主要为细角砾土、圆砾土、泥岩、石膏岩、粉砂岩等 ，土壤最大冻结深度1.44m，无地下水。，
本段地基处理采用多种措施，其中DK1736+012-DK1736+758段采用重锤夯实处理，其地质结构特征为地基表层长年风蚀、松散的土层，厚度为1.5-3.0m，其下为泥岩层。针对该地层，采用重锤下落的冲击能量来多次夯实地基，使表面形成一层较为均匀的硬壳层，从而达到提高地基表层土体强度，减少地基沉降的目的。
3、适用范围
适用于兰新铁路第二双线路基重锤夯实施工，处理厚度大于1.5m，小于3m。
4、重锤夯实地基处理施工工艺
4.1 施工原理
重锤夯实法就是利用起重机械将重锤（＞2t）吊至一定的高度（＞4m），使其自由下落，利用重锤下落的冲击能来夯实地基浅层土体。经过重锤的反复夯击，使地表面形成一层较为均匀的硬壳层，从而达到提高地基表层土体强度，减少地基沉降的目的，提高地基的稳定性和强度。
4.2 施工设备的选用
重锤夯实法的主要机械设备为起重机械和夯锤。
起重机械可采用履带式起重机、打桩机、龙门架或桅杆式起重机等。如采用钢丝绳悬吊锤时，起重机的起重能力一般应大于锤重的3倍；如采用脱钩夯锤时，起重机的起重能力应大于夯锤重的1.5倍。
重锤夯实法所用的夯锤通常是由钢底板和底部充填废钢铁的C20以上混凝土浇铸的圆台构成的。夯锤一般重2-3t.根据工程实践，当锤重Q (kN)与锤底面积A (m2)或锤底直径D2(m)满足下列条件时，才能获得较好的夯实效果。Q/A≥2~7或Q/D≥18。
在起吊能力许可的情况下，宜尽量增大锤的重量，在相同的落距和锤底静压力作用下，夯锤重量越大，锤底面积也就越大，相应的夯实影响深度也就越大，加固效果越好。而片面通过加大夯锤的落距及夯击遍数，往往并不能取得较好的效果。
4.3 试夯
4.3.1 试夯标准
工程施工前，先通过试夯确定施工参数。一般试夯6~10遍，正式施工时根据现场调整夯击遍数。一般取4~9个夯点，对比夯前夯后的测试数据，确定各项技术参数。地基表面需要慢夯加固时，夯点布置应满足搭接面积不小于1/4。
4.3.2 夯实标准
随着夯打遍数的增加，土的每遍夯沉量逐渐减少，当夯打到一定程度后，继续夯打的效果就不明显了。因此，夯击时应尽量取用保证夯实的最少遍数，其最后两遍的平均夯沉量不超过5mm，夯实面以下3米深度范围内动力触探为N63.5＞10击/10cm，夯实面的压实系数和地基系数应满足压实标准。
增大夯击能（如提高落距）可以提高土的夯实密度，但当土的密实度增加到某一数值后，即使夯击能再增大，也不能使土的密实度增大，甚至反而可能使土的密实度降低。同样，夯击遍数增加也可使土的密实度增大，但当夯击到一定程度后，继续夯击效果就不太大了。因此，施工时应尽可能采用最小的夯击遍数，以取得最好的击实效果。试夯前，应在夯坑旁挖探井沿深度每隔0. 25m取原状土样；试夯中，应观测夯坑底的夯沉情况；其重锤夯实最后两遍的夯沉量。
4.3.3 试夯施工工艺流程图（见图1）
4.3.4 试夯参数
夯锤重3.2T，落距为4.5m时，夯打6遍后，最后两遍的平均夯沉量为0.4cm，达到规范和设计要求的停夯标准，正式夯打是夯打8遍。
4.3.5 重锤夯实施工工艺要点
4.3.5.1 施工准备
（1） 依据设计高程及预先估计夯后可能产生的平均地面变形量，确定夯前地面高程。
（2） 进行场地平整，清除表层土，对表面松散土层碾压，修筑机械设备进出道路。
（3） 查明重锤夯实场地范围内地下构造物和管线的位置及标高，采取必要措施，防止因重锤夯实造成损失。
（4） 测量放线，定出控制轴线、重锤夯实场地边线，标出夯点位置，基地的夯实宽度应比基坑每边宽0．2—0．3m。并不受重锤夯实影响地点，设置若干个水准基点。
（5）进行夯击处理时土体含水量在5.0%左右，渗透深度大于50cm，应提前24小时洒水闷料，含水量过大时，可采用晾干、铺吸水料（如干土、生石灰）等措施进行处理。
4.3.5.2 施工过程
（1） 现场测量人员对每一遍的夯沉量做好详细的施工记录。
（2） 当夯实土的含水量发生变化，则应调节夯击能量的大小，使这一夯击适应实际土的含水量，以达到最佳夯击效果。
（3） 必须按试夯确定的遍数进行施工，斜坡路堤基地的横坡或纵坡较陡段，须先把斜坡推出处理范围外，开完出满足机械要求的台阶后，再进行夯击。
（4） 重锤夯实必须按照试夯确定的参数和工艺操作，夯位要准，落锤要稳，连续夯击，按从外向内，一夯挨一夯，在一次循环中，每一个夯位连续击两次，下一夯位错开1/2锤底尺寸，每遍的夯迹不相重叠，前后两遍的夯迹应错开一半，如图2所示。
（5） 施工时，须保证地基在非冻状态下进行夯击。
（6） 桥台、涵洞附近需要进行重锤夯实时，可先进行路基范围的夯击后，再施工桥台、涵洞。
（7） 重锤夯实地基的质量验收，除最后两遍下沉量符合规定要求外， 同时还要求路基表面的总下沉量不小于试夯总下沉量的90%。检查后，如不合格，应进行补夯，直至合格为止。
（8） 起吊夯锤保持匀速，不得高空长时间停留，严禁急升猛降防锤脱落。停止作业时，将夯锤落至地面，夯锤起吊后，臂杆和夯锤下及附近15m范围内严禁站人。
（9）当风力大于5级时，应停止重锤夯实作业，以防机械倾倒，保证安全。
5、结语
兰新铁路第二双线第七标段DK1736+012-DK1736+758段采用重锤夯实处理后，经检测路基各项指标合格，处理深度达到设计要求，具有较大的实用价值和经济价值，证明该处理工艺合理可行。

参考文献：
龚晓南. 地基处理手册-(第三版). 中国工业出版社