片石夯壓加固法處理昆洛路改擴(kuò)建工程軟基淺層地基

片石夯壓加固法處理昆洛路改擴(kuò)建工程軟基淺層地基

耕作土壤是典型的不良軟土。在道路、交通及土木工程中,一直認(rèn)為是屬于必須清除的非承載土。昆洛路改擴(kuò)建工程軟基處理路段以耕植土和軟土為主,面積達(dá)80余萬(wàn)m2。耕植土和軟土多為軟塑-可塑狀,承載力低(100～130kPa),并易向極軟塑-軟塑狀態(tài)轉(zhuǎn)化。昆洛路改擴(kuò)建工程時(shí)間短、工程量大、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工難度大。軟基淺層處理采用常規(guī)的換填法難以達(dá)到工期和環(huán)保要求。根據(jù)昆洛路軟土分布特點(diǎn),我們提出用片石夯壓加固法處理,取得了理想的效果。1動(dòng)夯實(shí)機(jī)對(duì)于基巖的承載作用片石夯壓加固法是在不清除表層耕植土條件下,用高能量滾動(dòng)夯壓機(jī)夯壓片石層,在置換、擠密、壓實(shí)作用下,片石強(qiáng)行擠入軟土,在夯壓影響深度范圍內(nèi),軟土強(qiáng)度增強(qiáng),抗變形能力提高,形成復(fù)合地基,構(gòu)成滿足要求的承載層。1.1提高軟土地基強(qiáng)度片石經(jīng)高能量滾動(dòng)夯壓機(jī)夯壓后,對(duì)土體產(chǎn)生擠壓嵌入和震動(dòng)作用,孔隙中的水分和氣體被排出,土體孔隙變小,壓縮系數(shù)降低,壓縮模量提高,在一定深度內(nèi)與土體共同組成復(fù)合地基,地基承載力提高。提高軟土地基強(qiáng)度的過(guò)程為:(1)不斷的夯擊,能量轉(zhuǎn)化為各種波傳到土層,石塊嵌入下層土體,產(chǎn)生置換,強(qiáng)制壓縮或擠密(包括孔隙水和氣體的排出)。(2)下層土體結(jié)構(gòu)被震動(dòng)、擾動(dòng)后,土的抗剪強(qiáng)度暫時(shí)降低,土體結(jié)構(gòu)和滲透性改變,軟土中的飽和水排出,土體強(qiáng)度提高。(3)隨著超孔隙水壓力的消散,有效應(yīng)力增加,土顆粒重新排列趨于穩(wěn)定,土體抗變形能力增強(qiáng),地基整體強(qiáng)度提高。1.2片石突出基礎(chǔ)降低了推進(jìn)淺層處理的難度片石夯壓加固法工藝流程為:清除地表植被→鋪設(shè)片石層→建立測(cè)量標(biāo)記和夯壓定位標(biāo)記→滾動(dòng)夯壓機(jī)夯壓→按設(shè)計(jì)夯壓遍數(shù)和控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行中間測(cè)量和終止夯壓測(cè)量→終止夯壓→夯壓面修整。在地基硬殼層厚度和強(qiáng)度有限、地下水位較高的情況采用片石夯壓加固法進(jìn)行軟基淺層處理,選用合適的夯壓設(shè)備十分重要。沖擊能量過(guò)大,硬殼層遭受破壞,過(guò)小則達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此,強(qiáng)夯設(shè)備和普通振動(dòng)壓路機(jī)都不能滿足要求,而高能量滾動(dòng)夯壓設(shè)備沖擊能量介于二者之間,較為適宜。該設(shè)備由牽引車(chē)和多邊形夯輪組成,在滾動(dòng)時(shí)對(duì)軟基產(chǎn)生夯擊。當(dāng)牽引車(chē)拖動(dòng)夯輪向前時(shí),夯輪滾動(dòng)產(chǎn)生偏心,形成較大的沖擊力,以周期性的低頻、高幅、高能量沖擊夯壓片石,對(duì)淺層軟土產(chǎn)生置換和壓實(shí)作用(圖1)。昆洛路施工使用3HCT-28型滾動(dòng)夯實(shí)機(jī),沖擊能量25J,三邊形輪質(zhì)量14.8t,沖擊壓力600～2500kN,沖擊頻率2～2.5次/s,行走速度10～15km·h-1。1.3合理的粒徑和級(jí)配石材質(zhì)堅(jiān)、不易風(fēng)化、水穩(wěn)性好,片石抗壓強(qiáng)度≥30MPa,合理的粒徑和石塊級(jí)配,能在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)保持堅(jiān)硬狀態(tài)。昆洛路片石層采用石灰?guī)r抗壓強(qiáng)度≥30MPa,粒徑30～40cm,以人工手?jǐn)[工藝施工,厚度為40～70cm。1.4復(fù)合地基的施工(1)施工過(guò)程中,檢驗(yàn)清除植被、片石材料、施工工藝,對(duì)夯壓設(shè)備完好使用、夯壓方法和遍數(shù)、夯壓沉降測(cè)量、終止夯壓沉降值進(jìn)行控制,注意觀察夯壓中是否出現(xiàn)“彈簧”和波浪狀起伏過(guò)大,產(chǎn)生無(wú)效夯壓時(shí)停止作業(yè),采取措施處理。(2)施工效果采用鉆探、動(dòng)力觸探測(cè)度、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、鉆孔取樣、室內(nèi)土工試驗(yàn),對(duì)比勘察資料分析比較。檢測(cè)點(diǎn)每km不少于5個(gè),檢驗(yàn)深度大于夯壓影響深度。(3)復(fù)合地基選擇有代表性的路段采用壓板載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)變形指標(biāo)。(4)做好路基的沉降觀測(cè)和填方控制、道路工后沉降觀測(cè)。(5)施工效果檢驗(yàn)和復(fù)合地基檢驗(yàn)在地基處理完成4～5周后進(jìn)行,道路工后沉降觀測(cè)按要求的方法和時(shí)間進(jìn)行。2片石壓縮加固法的處理效果分析2.1變質(zhì)土體物理力學(xué)性能鉆探結(jié)果表明,片石層與其下部軟土相互嵌固形成土石復(fù)合層,改善了軟土特性,提高了地基承載力和土體抗變形能力。原地面下0～3m土體的物理力學(xué)性能變化顯著,孔隙比、壓縮系數(shù)、含水量、液性指數(shù)明顯變小,壓縮模量、承載力提高。昆洛路軟基淺層采用片石夯壓加固法施工的路基沉降量均小于5cm,滿足設(shè)計(jì)要求。處理效果見(jiàn)圖2。2.2片石時(shí)固土為等溫下的淺層變形提供了重要對(duì)照,利用其物理力學(xué)指標(biāo)的影響,確定了“重塑基”的基本特征采用片石夯壓加固法形成復(fù)合地基主要是擠壓強(qiáng)化作用,在地基淺表層形成均勻、密實(shí)、高強(qiáng)度的硬殼層。其次是夯壓擠密、排水固結(jié)作用,地基土強(qiáng)度提高。(1)夯壓擠密有效影響深度4～5m,自上而下形成4個(gè)區(qū)(圖3):H1區(qū):厚度為片石層鋪設(shè)高度減去夯壓沉降量,夯壓后石塊錯(cuò)位移動(dòng),互相嵌固緊密。H2區(qū):(淺層擠壓強(qiáng)化區(qū))由石塊與土體共同組成復(fù)合地基,其深與片石層的夯壓沉降量相等。H3區(qū):(擠密區(qū))深度為原地面下0～3m,該區(qū)土體孔隙被壓縮,密度提高,為擠壓強(qiáng)化區(qū)的持力層,并由于部分石塊擠入及表層置換后形成排水通道,也加速了土體的排水固結(jié)。H4區(qū):夯壓影響較H3區(qū)減弱,深度為原地面下3～5m,該區(qū)土體受到一定的夯壓擠密影響,物理力學(xué)指標(biāo)有所提高,孔隙水壓力消散,土體強(qiáng)度有一定提高。(2)經(jīng)夯壓擠密后,復(fù)合地基強(qiáng)度及抗變形能力得到了顯著提高:1)H1區(qū)片石層強(qiáng)度和整體性好,有一定厚度,起到了均勻傳遞路基及其以上荷載的作用。2)H2區(qū)淺層擠壓強(qiáng)化硬殼層與H1區(qū)域共同協(xié)調(diào)變形,承擔(dān)上部荷載。3)土石復(fù)合硬殼層是較好的排水通道,土體因石塊擠入而改善了滲透條件,在上部荷載作用下加快了排水固結(jié)速度。4)預(yù)壓變形作用,大于22遍的高能夯壓擠密,使軟地基的一部分沉降在夯擊擠密后即完成,對(duì)減少工后沉降有明顯作用。(3)經(jīng)鉆探、動(dòng)力觸探、標(biāo)貫、鉆孔取樣與室內(nèi)土工試驗(yàn),對(duì)比勘察資料分析,采用片石夯壓加固法完成的淺層軟基具有以下特點(diǎn):1)路基下片石、土石復(fù)合層明顯,界線清楚,夯壓密實(shí)。2)路基0～3m軟土物理力學(xué)指標(biāo)提高,尤以耕植土層最為顯著。3)由于軟基路段地下水位較高,特別是路基下部地基土常年處于飽水狀態(tài),處理后的地基耐久性和穩(wěn)定性仍可能會(huì)發(fā)生一定改變,局部地段可能會(huì)發(fā)生不均勻沉降,應(yīng)注意觀測(cè)、處理。3加固后統(tǒng)一基層基礎(chǔ)在道路沉降量≤30cm的變形控制條件下,昆洛路采取片石夯壓加固法、振動(dòng)沉管碎石樁法和淺層換填法處理的效果對(duì)比見(jiàn)表1。昆洛路采用片石夯壓加固法完成軟基淺層處理80萬(wàn)m2,少清除表層耕植土60萬(wàn)m2。按平均厚度50cm計(jì)算,減少挖運(yùn)土30萬(wàn)m3、回填路基土方21萬(wàn)m3,僅此一項(xiàng)就減少投資約1500萬(wàn)元。此外,因減少了棄土外運(yùn)和路基填土,減少了取、棄土場(chǎng)及土方運(yùn)輸造成的環(huán)境污染,從而提高了工程建設(shè)的環(huán)保效益。4關(guān)