强夯加固技术在软土路基设计中的应用分析

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　　【摘 要】强夯法被证实具有高效、应用性强等特点，被广泛应用于地基处理。本文将强夯法引入道路工程路基设计中，对天津滨海新区部分区域路基进行设计，使路基满足承载和道路日后使用要求。
　　【关键词】强夯;软土;路基;加固;滨海新区
　　1应用背景
　　1）滨海新区因多数为沿海历史形成陆域，软土居多;含水量高，一般在40%～60%;孔隙比在1.0～1.3;软土压缩系数通常<1.0MPa-1，压缩模量多>2.0MPa;一般容许承载力在50～80kPa。
　　2）滨海新区多数地势低洼，新城建设满足解決防洪排涝要求，在传统处理软基的基础上，还要进行较高填方。
　　3）滨海新区地处北方，每年有超过3月的冬季停工期，可利用冬季停工期解决预压问题。
　　4）基地土质一般，强夯设计需借用客土。
　　5）以节约工程造价出发点，有效结合应用强夯硬壳层设计理论。
　　2工程概况
　　选取天津市滨海新区两个有代表性的功能区，功能区A为地基条件较好，承载力较高的区域;功能区B为地基条件和承载力很差，软土层深厚的吹填土区域。
　　2.1功能区A
　　原为盐场制盐、养殖用池塘，蓄水时水深1～1.5m，除进水、排盐沟外，地势较为平坦。包括3条市政道路：规划路一为城市主干路，长1840m，道路红线宽50m，设计车速60km/h;规划路二为城市主干路，长1260m，道路红线宽34m，设计车速60km/h;规划路三为城市次干路，长1290m，道路红线宽30m，设计车速40km/h。
　　2.2功能区B
　　在原有近海滩涂上围海造陆而成，地表主要为吹填土，除工程建设临时用房外，无现有建筑。场地地形简单，地势平坦。包括2条配套市政道路，全长约2900m，道路红线宽30m，均为城市次干路，设计车速40km/h。
　　3强夯加固方案设计
　　3.1路基结构设计
　　结合土壤环境和地质条件特征，提出了适用于滨海新区的两种典型路基结构：强夯素填土路基（适用于功能区A）和强夯置换路基（适用于功能区B）。1）功能区A强夯素填土路基典型结构设计。通过填筑素填土和强夯工艺施作机械承托层，代替传统的山皮土或混渣等石质材料，同时也代替6%的石灰土路基部分。路床部分30cm碎石垫层和60cm石灰土（或水泥石灰土、水泥石灰固化土）。2）功能区B强夯置换路基典型结构设计。在深厚吹填土地基条件下，用土石混合料作为路基填料，采用强夯工艺进行挤淤填筑，形成机械承托层，代替传统的山皮土或混渣等石质材料填筑厚度，去掉30cm碎石垫层，直接施作路床部分为60cm石灰土（或水泥石灰土、水泥石灰固化土）。强夯置换层的厚度或置换墩长度，应根据软土层厚度、所要求的承载力标准计算确定。
　　3.2参数设计
　　针对两个功能区路基特点及对应的强夯处理方式，设计了不同的强夯参数指标，主要包括有效加固深度、夯点间距和夯点布置、夯击能量的确定、单轮夯击数和夯击遍数、间歇时间、排水通道和处理范围等。1）有效加固深度。根据滨海新区市政道路交通荷载特点，研究分析得出滨海新区路基工作区深度在1.5～2.5m之间，对于重载交通滨海新区路基工作区深度达2.5～3.0m。考虑到路基工作区深度一般局限在2.5m以下，因此，强夯加固路基硬壳层的处理深度要求能覆盖路基工作区深度要求，即路基下3.0m左右，尽量对下层软土做到少扰动。2）夯点间距及夯点布置。夯击点位置一般可采用等边三角形、等腰三角形或正方形布设。夯点间距的选择宜根据工程结构类型、加固土层厚度和土质条件、强夯能级、夯锤直径等因素通过试夯确定，宜为锤径的1.2～2.5倍，低能级时取小值，高能级及考虑能级组合时取大值;第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可适当减小。3）夯击能量的确定。本文研究适合市政道路路基硬壳层的强夯施工工艺，有效处理深度决定适用低能级强夯，确定本工程素填土路基夯击能为800～1200kN·m，强夯置换夯击能为1000～2000kN·m。4）单轮夯击数和夯击遍数。单轮夯击次数一般通过现场试夯确定，以夯坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为原则，以加固后应达到的设计指标为依据。经试夯，确定单轮夯击8次。夯击遍数一般情况下为2～4遍，具体可根据夯击期间的沉降量达到计算最终沉降量的60%～90%或根据设计要求已经夯到预定标高进行控制。5）间歇时间。根据试验段超孔隙水压力消散时间确定间歇时间。在强夯实施过程中，利用埋设孔隙水压力测头及时观测孔压变化情况，从而确定间隔时间。本研究确定超孔隙水压力消散80%后，进行第二遍的夯击。6）排水通道。素填土路基宜设置降排水通道，考虑到路基工作区深度要求以及强夯后的路基下沉量，路基填土高度要求位于地下水位以上≮3.0m;强夯置换通常不考虑排水要求，仅要求采用级配良好、硬质的不规则粗颗粒料作为垫层，以提高地基承载力和强夯期间超孔压的正常消散。7）强夯处理范围。路基的应力扩散作用加固范围应大于路基坡脚边缘基础范围。根据国内经验，每边超出路基坡脚基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～1/3并≮3m。
　　4效果
　　4.1强夯素填土路基
　　通过试验检测，功能区A强夯素填土路基可满足市政道路路基的设计要求。1）面波测试结果表明，1000kN·m夯击能的满夯对试验段地基土波速的有效影响深度为2.5～3.0m。2）静力触探测试结果表明，强夯完成后，浅层路基加固效果较为显著，有效加固深度范围内平均锥头阻力、平均侧阻力整体呈现明显增大趋势，分别增加约20%和16%;而深层地基土受扰动的影响程度较小。3）轻型动探测试结果表明，浅层3m深度范围内的路基土夯击完成后，实测锤击数N10呈明显提高趋势;其表层0.9m深度范围内实测锤击数N10平均值提升最明显且由深及表地呈线性递增趋势。4）浅层平板载荷试验结果表明，试验段内的地基承载力基本值均明显增大，增大比例在6%～10%之间，能够满足施工机械承托层的需要。5）回弹模量试验结果表明，路基回弹模量标准值均>23MPa，满足市政道路路基设计要求。
　　4.2强夯置换路基
　　通过试验检测，功能区B强夯置换路基可满足市政道路路基的设计要求。1）地基沉降的监测结果表明，在200d的监测周期内，路基的最大沉降为104mm，一般为40～60mm，远小于规范规定的路基工后沉降300mm的要求。2）瑞雷波测试结果表明，强夯后山皮石下部淤泥层厚度<1m的占94.6%。直观上，强夯后大部分淤泥被挤出。3）对强夯区两点进行平板载荷试验，两点地基极限承载力为262.5kPa，承载力特征值为131.25kPa，均满足地基承载力特征值120kPa的要求。4）重型动力触探结果表明，地面以下山皮土层的动探击数由未处理前的8～30击提高到20～50击;山皮土层下的淤泥层动探击数由未处理前2～4击提高到4～8击;淤泥层以下的粉质粘土层动探击数由未处理前5～8击提高到8～27击。夯前比夯后动探击数有了大幅度的提高，地基土的性质比强夯前明显改善。
　　5结论
　　本文所设计的强夯路基典型结构能够降低山皮土（混渣）和石灰土等材料的用量，与以往的方案相比则更加的节能，更加的环保和生态，并且能将部分工程费用减少。
　　参考文献：
　　[1]王晓平，朱海涛，李忠献，等.天津滨海新区典型软土地基强夯法有限元分析[J].建筑科学与工程学报，2014，31（2）：105-111.
　　[2]徐至钧.强夯和强夯置换法加固地基[M].北京：机械工业出版社，2004.
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