片石夯壓加固法處理昆洛路改擴建工程軟基淺層地基

片石夯壓加固法處理昆洛路改擴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,一直認為是屬于必須清除的非承載土。昆洛路改擴建工程軟基處理路段以耕植土和軟土為主,面積達80余萬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。昆洛路改擴建工程時間短、工程量大、地質(zhì)條件復雜、施工難度大。軟基淺層處理采用常規(guī)的換填法難以達到工期和環(huán)保要求。根據(jù)昆洛路軟土分布特點,我們提出用片石夯壓加固法處理,取得了理想的效果。1動夯實機對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,用高能量滾動夯壓機夯壓片石層,在置換、擠密、壓實作用下,片石強行擠入軟土,在夯壓影響深度范圍內(nèi),軟土強度增強,抗變形能力提高,形成復合地基,構(gòu)成滿足要求的承載層。1.1提高軟土地基強度片石經(jīng)高能量滾動夯壓機夯壓后,對土體產(chǎn)生擠壓嵌入和震動作用,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)與土體共同組成復合地基,地基承載力提高。提高軟土地基強度的過程為:(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、擾動后,土的抗剪強度暫時降低,土體結(jié)構(gòu)和滲透性改變,軟土中的飽和水排出,土體強度提高。(3)隨著超孔隙水壓力的消散,有效應力增加,土顆粒重新排列趨于穩(wěn)定,土體抗變形能力增強,地基整體強度提高。1.2片石突出基礎(chǔ)降低了推進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→建立測量標記和夯壓定位標記→滾動夯壓機夯壓→按設(shè)計夯壓遍數(shù)和控制標準進行中間測量和終止夯壓測量→終止夯壓→夯壓面修整。在地基硬殼層厚度和強度有限、地下水位較高的情況采用片石夯壓加固法進行軟基淺層處理,選用合適的夯壓設(shè)備十分重要。沖擊能量過大,硬殼層遭受破壞,過小則達不到設(shè)計要求。因此,強夯設(shè)備和普通振動壓路機都不能滿足要求,而高能量滾動夯壓設(shè)備沖擊能量介于二者之間,較為適宜。該設(shè)備由牽引車和多邊形夯輪組成,在滾動時對軟基產(chǎn)生夯擊。當牽引車拖動夯輪向前時,夯輪滾動產(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,對淺層軟土產(chǎn)生置換和壓實作用(圖1)。昆洛路施工使用3HCT-28型滾動夯實機,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合理的粒徑和級配石材質(zhì)堅、不易風化、水穩(wěn)性好,片石抗壓強度≥30MPa,合理的粒徑和石塊級配,能在長時期內(nèi)保持堅硬狀態(tài)。昆洛路片石層采用石灰?guī)r抗壓強度≥30MPa,粒徑30～40cm,以人工手擺工藝施工,厚度為40～70cm。1.4復合地基的施工(1)施工過程中,檢驗清除植被、片石材料、施工工藝,對夯壓設(shè)備完好使用、夯壓方法和遍數(shù)、夯壓沉降測量、終止夯壓沉降值進行控制,注意觀察夯壓中是否出現(xiàn)“彈簧”和波浪狀起伏過大,產(chǎn)生無效夯壓時停止作業(yè),采取措施處理。(2)施工效果采用鉆探、動力觸探測度、標準貫入試驗、鉆孔取樣、室內(nèi)土工試驗,對比勘察資料分析比較。檢測點每km不少于5個,檢驗深度大于夯壓影響深度。(3)復合地基選擇有代表性的路段采用壓板載荷試驗檢驗變形指標。(4)做好路基的沉降觀測和填方控制、道路工后沉降觀測。(5)施工效果檢驗和復合地基檢驗在地基處理完成4～5周后進行,道路工后沉降觀測按要求的方法和時間進行。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)計要求。處理效果見圖2。2.2片石時固土為等溫下的淺層變形提供了重要對照,利用其物理力學指標的影響,確定了“重塑基”的基本特征采用片石夯壓加固法形成復合地基主要是擠壓強化作用,在地基淺表層形成均勻、密實、高強度的硬殼層。其次是夯壓擠密、排水固結(jié)作用,地基土強度提高。(1)夯壓擠密有效影響深度4～5m,自上而下形成4個區(qū)(圖3):H1區(qū):厚度為片石層鋪設(shè)高度減去夯壓沉降量,夯壓后石塊錯位移動,互相嵌固緊密。H2區(qū):(淺層擠壓強化區(qū))由石塊與土體共同組成復合地基,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,物理力學指標有所提高,孔隙水壓力消散,土體強度有一定提高。(2)經(jīng)夯壓擠密后,復合地基強度及抗變形能力得到了顯著提高:1)H1區(qū)片石層強度和整體性好,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)淺層擠壓強化硬殼層與H1區(qū)域共同協(xié)調(diào)變形,承擔上部荷載。3)土石復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,對減少工后沉降有明顯作用。(3)經(jīng)鉆探、動力觸探、標貫、鉆孔取樣與室內(nèi)土工試驗,對比勘察資料分析,采用片石夯壓加固法完成的淺層軟基具有以下特點:1)路基下片石、土石復合層明顯,界線清楚,夯壓密實。2)路基0～3m軟土物理力學指標提高,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)定性仍可能會發(fā)生一定改變,局部地段可能會發(fā)生不均勻沉降,應注意觀測、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、振動沉管碎石樁法和淺層換填法處理的效果對比見表1。昆洛路采用片石夯壓加固法完成軟基淺層處理80萬m2,少清除表層耕植土60萬m2。按平均厚度50cm計算,減少挖運土30萬m3、回填路基土方21萬m3,僅此一項就減少投資約1500萬元。此外,因減少了棄土外運和路基填土,減少了取、棄土場及土方運輸造成的環(huán)境污染,從而提高了工程建設(shè)的環(huán)保效益。4關(guān)