高速公路软基强夯置换法处治分析.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言软土地基含水量高、承载力低，在荷载作用下容易产生较大的压缩变形。高速公路途径软土地基地段，必须做好前期勘察设计，合理制定方案进行加固处治。强夯置换法是将一定质量的夯锤提升到一定高度，在自由落体的状态下对地基进行重复夯击，通过施加一定的夯击能将碎石、片石等材料挤入地基中，提升地基土的密实度，及时排出地基土内部的水分，进而使地基土固结成型，提升地基承载力。本文以某高速公路软土地基加固处治为研究背景，根据软基勘测结果制定方案进行强夯置换处治，并在工后开展现场沉降监测和静载试验分析确定软基的加固效果。1 工程概况某高速公路设计为双向四车道，设计车速100 km/h，按照公路-级荷载设计。整体式路基总宽度为25.5 m，分离式路基宽度为 12.75 m，行车道设计宽度为 3.75 m，中央分隔带宽度为 2 m。其中 K8+118K10+402.3 段、K17+325K18+206.5 段、K22+115K24+345.8段、K44+628K46+436.7段为软土地基，施工中分别采用强夯置换法、碎石挤密桩、灰土挤密桩、换填法等方法进行加固处理。其中 K44+628K46+436.7段软土地基采用强夯置换法处治，该路段地基土为第四系冲洪积物。K44+628K46+436.7段位于沟谷地区，地势相对平坦，地形起伏不大，软土地基砂砾层为持力层。地基土自上而下各层土体的工程性质如下：1）粉土：该层土体呈黄褐色，土质分布均匀，强度低，稍密，层厚为0.42.0 m；2）淤泥质黏土：该层土体呈灰黑色，主要成份为泥岩，呈软塑性，强度低，层厚为0.34.7 m；3）淤泥质粉土：该层土体呈褐色，稍密，土质分布不均匀，层厚为0.64.2 m；4）中砂：该层土体呈黑褐色，稍密，主要成分为石英，内部含有少量砾石，粒径分布较均匀，层厚为0.43.6 m；5）砂砾：该层土体呈灰褐色，稍密，砾石最大粒径为70 mm左右，粒径2 mm颗粒占一半以上，主要成分为石灰岩，最大厚度为3.8 m。2 试验段软土地基强夯置换处治方案根据K44+628K46+436.7段软土地基地质勘察结果，制定强夯置换法处治方案。本项目地基土承载力设计要求为160180 kPa，设计单点夯击能为2 000kNm。单个夯点夯击次数为46击，夯点采用正三角形布置，桩间距为3.5 m，排距2.5 m，夯点布置如图1所示。图1 夯点布置示意图现场强夯置换法施工选用天然级配砾石，粒径范围为2040 mm。施工设备选用徐工XZJ5284JQZ25K起重机，起重重量为 160 kN。强夯机选用宇通重装YTQH1000C强夯机，加装龙门架后最大夯击能可达到2 500 kNm，夯锤质量为13 t，夯底直径为2.3 m。现场强夯施工分三遍，第一遍为主夯，按夯点布置间距进行施工，第二遍为副夯，在主夯点之间穿插施工，第收稿日期：2022-12-19作者简介：曹岩超（1995），男，山西临汾人，研究方向为道路与桥梁工程。高速公路软基强夯置换法处治分析曹岩超（山西路桥第二工程有限公司，山西 临汾 041000）摘要：为分析确定高速公路软基强夯置换法处治效果，在加固处治后采用现场监测和静载试验开展研究。通过分析地基顶面和路基横断面现场监测结果，得出强夯置换法处治后地基顶面和路基横断面沉降量均较小，稳定性大幅提高。通过分析静载试验结果得出，处治后地基承载力明显提升，满足设计要求，达到了预期加固效果。关键词：高速公路软基；强夯置换法；夯沉量；静载试验中图分类号：U416.1文献标识码：B63总654期2023年第24期（8月 下）三遍为满夯，满夯夯点重叠1/4，对地基表层土层进行加固处理。夯击过程中向夯坑填入填料，填料高度与地基上部垫层顶面高度相同，当最后两击夯沉量小于5 cm时，即可停夯。3 软基强夯置换处治效果分析3.1 监测方案在软基强夯置换法处治过程中和完工后，布置测点对地基顶面和路基横断面沉降变形进行动态监测，并通过静载试验检测地基承载力。在地基顶面布置沉降板，对地基顶面沉降进行监测。埋设沉降杯，对路基横断面沉降变形进行监测，沉降监测仪器布置如图2所示。单位：mm图2 沉降监测仪器布置示意图在沉降杯内注入水，进水管溢水口水面与量水管水面保持一致，通过量测量水管水面高程的变化，计算观测值与初始观测值的差值即可得到路基各部位的沉降量，进而分析确定路基横断面沉降变形情况。沉降板选择直径为50 cm的钢板，上部接测杆，随路基填筑高度接长测杆，单根测杆长度为150 cm。为消除路基填土与测杆间的摩擦阻力，在测杆外套装塑料管。沉降板布置后进行首次观测，作为初始值。通过水准仪监测沉降板的高程变化，与初始值相减计算得到地基顶面的沉降量。3.2 地基顶面沉降监测结果分析本文以K44+980断面作为研究对象，分别取路基左侧、右侧和路基中心位置沉降杯监测结果，收集数据绘制地基顶面沉降变化曲线如图3所示。图3 地基顶面沉降变化曲线分析图3所示曲线变化趋势得出，随监测时间的增加，地基顶面沉降量前30 d沉降量增速较大，而后逐步趋缓，在监测50 d后逐步稳定。路基中心线位置地基表面沉降量最大，沉降值为12.35 cm，路基左侧和路基右侧沉降量分别稳定在10.62 cm和10.84 cm。由于路基中心位置的附加应力最大，因此沉降量也最大。在路基填筑施工期间，随着填土厚度的增加，地基顶面沉降速度较快，而完工后地基沉降速率下降，并逐步达到稳定状态，说明采用强夯置换法加固后有效控制了地基的沉降变形，提高了地基的稳定性。3.3 路基横断面沉降监测结果分析为确定软基强夯置换法处治后路基横断面方向的沉降情况，选取K45+215断面作为研究对象，分别选取路基左侧、右侧和路基中心位置沉降杯监测数据，整理后绘制路基横断面沉降变化曲线和累计沉降变化曲线如图4和图5所示。图4 路基横断面沉降变化曲线分析图4所示曲线变化趋势得出，在路基填筑过程中路基横断面沉降量较大，最大值可达到 2 cm 左右，完工后沉降变化幅度明显下降。随着监测时间的增加，路基横断面各测点的沉降变化幅度越来越小，说明强夯置换处治后地基稳定性明显提升。图5 路基横断面累计沉降变化曲线分析图5所示曲线变化趋势得出，随监测时间的增加，路基横断面各测点累计沉降速率先增加后降低，监测30 d以后沉降速率下降明显，逐步趋于稳定，说明采用强夯置换处治软基后路基横断面沉降得到了明显控制。3.4 静载试验结果分析为检验强夯置换法加固后的软土地基承载力，本64交通世界TRANSPOWORLD项目采用静载试验进行检测。按照设计要求，地基承载力要求是160180 kPa，因此静载试验最大荷载选择360 kPa。本项目所选承载板直径为100 cm，试验面采用中砂找平，QW50型千斤顶加载，现场加载试验装置布置如图6所示。共分11级加载，采用堆载方式分级加载，首级加载量为 60 kPa，而后每级加载量为 30kPa，最大加载荷载为 360 kPa。在第 15级加载后分别按 10、10、10、15、15 min读取沉降量，而后每 30min读一次数。连续2 h平均沉降量低于0.1 mm时，即可进行下一级加载。分别在桩间土位置和强夯置换墩位置布置测点，开展试验并统计数据绘制P-s曲线如图7和图8所示。图6 静载试验加载示意图图7 强夯夯间土P-s曲线图8 强夯置换墩P-s曲线分析图7和图8所示曲线变化趋势可以得出，在试验荷载超过320 kPa后曲线有收敛的趋势，可以得出桩间土位置和强夯置换墩位置地基承载力均在160 kPa以上，满足设计要求。4 结论为提升软土地基承载力，采用强夯置换法进行加固，完工后开展现场监测和静载试验检验加固效果。分别布置沉降杯、沉降板等监测仪器，对地基顶面沉降、路基横断面沉降进行监测，并开展静载试验检测地基承载力，分析数据得出以下结论：1）地基顶面沉降速率施工期较大，完工后逐步下降，最终达到稳定状态，其中路基中心位置沉降量最大，稳定在12.35 cm；2）随着监测时间的增加，路基横断面沉降变化速率逐步下降，路基填筑完工后沉降量明显下降，监测30d以后逐步达到稳定，说明软基强夯置换处治后稳定性得到明显提升，有效控制了路基横断面沉降；3）分析静载试验结果，得出桩间土和强夯置换桩位置地基承载力均超过了 160 kPa，地基稳定性良好，达到了设计要求。参考文献：1 黄树荣，林家乐.公路软基处理中强夯置换法的应用分析J.西部交通科技，2022（10）：108-109，121.2 刘一君.强夯置换法在沿印松高速公路软基处理中的应用研究J.公路交通技术，2022，38（4）：33-40.3 张磊.浅析强夯置换法在软基处理中的应用J.价值工程，2022，41（17）：150-152.4 曾清生.强夯置换法在铁路车站软基加固中的研究应用J.江西建材，2019（8）：115-117.5 都京.营口机场饱和软土道基强夯置换法技术研究J.北方交通，2019（6）：62-65，69.6 王余鹏.强夯置换法在福建闽北地区高速公路软基处理中的应用J.福建交通科技，2016（6）：12-14.7 黄世圣.强夯置换在软基处理中的应用J.江西建材，2016（17）：80.8 柏幸程，李丽萍，常林，等.浅谈强夯置换在S310线麦盖提至喀什高速公路软基加固中的应用J.黑龙江交通科技，2016，39（5）：85-86.9 王荣.浅谈高速公路软基强夯置换碎石桩处理J.建设科技，2016（1）：89-90.10 黄瑞章，潘瑞春，周新年.抛石挤淤结合强夯置换法在道路软基处理中的应用J.路基工程，2013（2）：73-77，82.65