强夯片石复合地基处理在软土地基施工中的运用.docx

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强夯片石复合地基处理在软土地基施工中的运用

强夯片石桩软基处理施工技术

摘要本文结合成都绕城高速公路D合同段强夯片石桩软基处理技术在具体施工中的工作原理、工艺流程、机具选择及质量与安全监控措施，从安全、质量、效益等方面进行了论述，找到了一种全新的优质高效软基处理施工技术。

关键词强夯片石桩工艺流程安全质量控制质量检测经济效益

引言

我国的软土地基分布十分广泛，除华北、华东、华南沿海地区普遍存在外，内陆湖泽盆地、河流低台阶地带、丘间谷地也经常会遇到。

由于其含水量高、天然强度低、压缩性大、渗水性弱，加之地形限制，给工程建设带来很大的困难。

而对于公路、铁路路基工程而言，软土地基处理的成败，很大程度上决定了整个路基工程质量的好坏。

目前，工程中常用的软基处理方法有反压护道、加筋路堤、竖向排水体预压、粒料桩、粉喷桩、搅拌桩、袋装砂井等。

我部承担施工的成都绕城高速公路D合同段，地处成都冲积平原，沿线溪沟、堰塘、积水田分布广泛，软基处理段落相当多，对于一般段落多采用清除软土换填砂砾石或抛石挤淤处理，而对于K11+850~K12+050段软基，由于长年积水，软土深度达6~8m，常规方案处理难度较大且不经济，经我部与四川省公路勘察设计院岩土工程部合作，借鉴高层建筑施工中广泛应用的“强夯地基”和“原地面重锤夯实”工艺，结合《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》相关工艺，采用了一种全新的处理技术——强夯片石桩对该段软基进行处理，经过现场精心施工和技术攻关、不断改进和完善施工工艺，使该段软基处理获得了成功，这一新的软基处理技术也被陆续推广到绕城公路H、I、J等合同段的其它软基处理中去，取得了良好的效果。

一工作原理

强夯片石桩软基处理技术结合了《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》中所列的几种主要软基处理施工技术的优点，同时借鉴了“强夯地基”和“抛石挤淤”工艺，使之成为一种高效的综合处理技术，其主要工艺原理是：

1、将片块石强夯进入软土形成桩柱之后，桩体与桩间土形成复合地基，片块石桩对软基土起到了置换作用，而且由于片块石强度高、孔隙率较大，在强夯过程中与桩间土体结合而成的应力集中效应明显，从而大幅度减少总沉降量；

2、片块石夯柱成型后，即与桩柱顶层的片块石或砂砾石垫层联结成一体，起到竖向排水体作用，从而大大缩短软基排水距离，加速软基的固结过程，明显提高路基预压效果。

而且强夯完成后立即填土加载预压，有效地降低了工后沉降量；

3、强夯施工中，由于冲击能很大，使土体中出现冲击波和很大的应力，迫使土体中孔隙压缩局部液化，夯击点周围土体产生裂隙形成良好的排水通道，从而加快排水速度，使土体迅速固结；

4、主片石桩强夯完成后，对相邻桩柱中心补夯浅桩，用大直径夯锤低落距、迭夯收紧表层，其效果近似于抛石挤淤，使软基表层1.0~1.5m深度范围内形成硬壳层，从而在很短的时间内大大加强软土路基的复合承载力和强度。

二施工机具

采用强夯片桩进行软基处理，仅需一台20吨或30吨履带式起重机，采用自动脱钩装置，辅以一台装载机进行片块石填料、一台推土机平整场地即可。

起重设备由以下几部分组成：

1、起重机：

一般选用起重能力为20吨或30吨的履带式起重机，也可采用专用三角架或龙门架，采用自动脱钩装置，起重机的起重能力必须大于1.5倍锤重。

2、夯锤：

采用钢材制作，也可用钢板为外壳内部焊接骨架后浇筑混凝土制成。

为适应不同分区段对夯击能的要求，夯锤可做成装配式的：

底板与外壳焊成一体，顶板与中间块每片重2吨，通过焊在底盘上的螺栓与底盘连成一体，调整中间块的数量，即可按需要组合成不同级量的夯锤，见附图一

3、脱钩装置：

要求有足够的强度，使用灵活。

拉绳一端固定在锁柄上，另一端穿过转向滑轮固定在臂杆底部横轴上，当夯锤起吊到预定高度时，开钩绳随即拉紧，而脱钩装置开启，夯锤脱钩下落，保证每次夯击落距相同。

4、锚系设备：

为防止起重设备臂杆在突然卸重时发生后倾和减少臂杆的振动，一般在臂杆的顶部用两根钢丝绳锚系到起重机前方的承重设备上（如推土机等）。

三施工工艺流程

强夯片石桩工艺流程如图二：

1、强夯施工前，对软土地基提前进行排水、降水、晾晒，以形成硬壳层，如无硬壳层则应抛填片块石（强度大于25Mpa，粒径小于50cm）定向挤淤，形成硬壳层（以能支承施工设备行走为准）；对地下水位较高的场地，在路基边坡坡脚处设置纵向排水沟（沟深1.0m,填砂砾石），路基中部间隔20m挖0.4×0.6m排水沟与之相联，纵横向排水沟处设置竹笼滤管汇水，以利集中抽排降水。

2、定位放样：

首先将控制桩点和基本夯点编绘成图，将路线中线桩及横断面路基坡脚桩放样固定，作为桩柱放样控制点，控制桩采用大石块或大砼柱，设置于无干扰的稳定地点，采用粉点（石灰）确定夯柱位置，保证其偏离值小于10cm。

3、夯柱施工时，由机手校准正面，机下派专人校正侧面定位，并严格控制夯锤摆动。

先在场内适当位置进行相应于夯锤重量和设计夯深的落距、每遍击数、每柱夯击遍数、每遍间歇天数等参数的试夯测定（按坑周土隆起小于15cm或夯沉曲线反向点控制）。

在试夯完成后，即按选定的参数——落距、夯击遍数、每遍击数准确夯击成坑。

4、夯柱时，从路堤坡脚两侧向中线推进。

夯坑填料采用装载机按坑容量及时准确倾入，零星散落石块辅以人工收进并堆成锥形，高于地面20~30cm,回夯压缩成高于地面10cm左右的平顶墩，及时标记注明夯压遍数（石灰粉点标记，并在施工日志中详细记录），用作下轮夯击定位控制。

5、下遍夯击施工时，重新认真定位后重复上道工序。

如片区内设有不同深度夯柱，按分区图用石灰线划出，分区加夯，先后结束夯击，做到不漏夯遍数及击数，造成夯深不够。

6、全部主片石桩夯完后，对桩柱中心补夯浅桩，采用大直径夯锤低落距、迭夯收紧表层，挤密表层柱间土，加强整体强度。

全部场地夯击完成后四天，进行几何尺寸、柱下和柱间土强度、稳定系数复算等各项指标的检测，合格后，按《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》要求严格控制填土速度进行填土加载，并设置观测点进行沉降观测和位移观测，直至满足规范和设计要求。

强夯片石桩典型桩位布置和断面结构如图三:

根据片石桩设计桩长、现场土质及机具设备情况，经我部多次试验，选定K11+850~K12+050段软基强夯片石桩施工主要参数为：

主桩用夯锤直径1.2m、重6t、落距6m、每遍6击，根据桩柱设计长度不同，各区夯击遍数分别为：

桩长2m时击3遍、桩长3m时击4遍、桩长4m时5遍；主桩完工后，用直径2m、重8t夯锤低落距（1.0m）迭夯收紧表层。

四质量与安全控制

1、质量标准：

由于现行的JTJ017-96《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》中没有此项新技术，因此质量标准参照“竖向排水体预压”、“粒料桩”、“加固桩”的相应条款要求、同时借鉴和援引“强夯地基”技术质量标准进行。

2、质量控制

1）强夯前进行详细的地质勘察，对不均匀地层适当增加钻孔和原位测试工作，对大面积复杂地质先进行现场试验性强夯，面积不小于20×20m，选择合适的一组或几组强夯实验参数进行试验。

同时进行原位测试（野外标准贯入试验、静力触探试验、旁压试验以及现场荷载试验），取原状土进行室内分析试验，测定有关数据，通过试验分析对比，确定强夯施工的各项参数，更好地指导设计与施工。

2）强夯开始时检测夯锤是否处于中心，如有偏位时，采取在锤边焊钢板增加砼等办法使其平衡，防止夯坑倾斜；夯击时，落锤保持平稳，夯位正确。

如错位或坑底倾斜过大，及时填充片块石整平后，才能进行下一次夯击。

3）强夯施工时严格按试验确定的技术参数进行控制，以各夯击点的夯击数作为施工控制数值。

同时，当坑边软土隆起大于15cm或上部粒料粉碎、前后两击沉降差小于3cm时，暂停夯压施工并处理，夯击深度采用水准测量控制。

4）每遍强夯后保证间隔4-6天的水压消散固结期，不可过快进行下一遍夯击施工。

为加快进度，缩短工期，应尽可能减少夯击遍数，加大每遍夯击能。

5）强夯完成后，上部填土加载时严格按设计路堤填筑天数和静压固结期控制施工，防止填土速率过快、填层过厚，保证路堤压实度，防止路堤剪滑和沉降过大。

6）强夯施工最好安排在干旱季节进行，尽量避免雨季施工，以防土质含水量增加，土质变软，产生淤泥挤出现象，降低强夯效果，增加施工难度。

3.安全控制

1）提高职工安全意识，严肃劳动施工和安全纪律，认真执各项安全章程，搞好文明施工；

2）定时检查紧固件、扣锁件和结扎件，保证牢固，严防落件伤人，定杆、倒杆前，清理杆前、杆下人员和物体，设专人警戒指挥，防止伤人和折损扒杆；

3）起重机提锤落锤，掌机人员要精确控制，严防坠锤折臂,

翻机伤人，同时，严密注视机下工作人员，协同配合，严防操作失误酿成安全事故；

4）专人负责电气设备、供电线路、配电盘的控制管理、移线、换接等操作，不得随意拆接、移动线路，不得带电操作，正式通电应由电气管理人员验明情况无误后负责合闸；

5）强夯时，会对地基及周围产生一定的振动，频率一般为

3-5Hz，夯击点应距现有建筑物15m以上，距桥台6m以上，距钢筋砼结构物15m以上，如受地形限制无法避开，应在夯点与建筑物之间开挖隔振沟隔振，隔振沟设置于靠强夯场地一侧，沟深要超过建筑物基础深度。

六、质量检测结果

全部场地夯完后四天即可进行质量检测，K11+850~K12+050段强夯片石桩质量检测情况如下：

1、柱径和柱深：

由监理工程师在各不同桩长区随机确定桩点挖桩到底部，检测柱深和桩径：

柱长一般超设计20~50cm；主桩桩径平均为1.8m（设计1.4m）,浅桩桩径平均为1.5m（设计1.2m）,满足设计及质量标准要求。

2、柱下和柱间土（动探N10）强度：

抽样位置兼顾试块填压检测点，不考虑表层砂砾石和片块石垫层，深度0.5m以下原软弱地层已明显固结增强，复合地基承载力（0~3.5m）考虑到动探杆与孔壁的摩阻，进行必要的折减后达到156~185kPa以上，较软基设计要求的1.2倍增值已超出很多（天然地基平均承载力为60kPa左右），超过路堤填高5m的附加荷载，体现出强夯片石桩柱快速固结的优越性。

同时，将桩下土强度检测图按桩深拼接到桩间土强度检测图下，其强度增值是一致的。

3、弯沉及回弹模量：

在强夯表面垫层上按规范填筑一层40cm厚（松铺）填料，按要求碾压，检测其代表弯沉值达468（0.01mm）,已接近路床设计代表弯沉320（0.01mm）;土基回弹模量值达30~44MPa,软基地面强度已及时提高；

4、路堤沉降：

按规范要求控制填筑速度进行3m高路堤施工，埋设原地面沉降板，在路堤顶面布设沉降、位移观测点，经过六个月的观测：

路堤沉降量为10~16mm,原地面沉降量为8mm,水平位移几乎为零。

沉降量和剪滑安全系数较现有规范大若干倍。

六经济效益

成都绕城高速公路软土地基分布十分广泛，处理段落和面积相当多，采取了换填砂砾石、振动沉管桩、抛石挤淤、强夯片石桩等多种方案进行处治，其中以换填砂砾石最多。

一般软基深度在2~6m时，多采用去除顶层软土60~80cm后抛石挤淤60cm，再换填砂砾石1.5~2.0m进行处理,以软基处理1万平方米计：

换填砂砾石（含抛石挤淤）：

工程数量：

（2.1~2.6）×10000=21000~26000m3

工程造价：

（21000~26000）×60=126~156万元（成都绕城高速公路施工中，换填砂砾石单价多为60~70元/m3）

强夯片石桩：

工程数量:

1.0~1.2万方——主桩4.0m,3.5m正三角形布设

工程造价：

（1.0~1.2）×80=80~96万元（成都绕城高速公路施工中，强夯片石桩单价多为80元/m3）

工程造价降低：

46~60万元

同时，由于沿线片块石材料较为丰富，需用机具、劳动力组织简单，实际强夯片石桩成本仅50~55元/m3，施工企业仍有较大获利空间。

而且，由于强夯片石桩施工速度相当快，每台设备每月处理软基面积在4000~5000m2（桩长3~4m），比其它粒料桩和加固土桩处理方案缩短工期一半以上，大大加快了施工进度，从而为项目节约了有效工期，间接创造了不小的经济效益。

七结语

强夯片石桩作为一种全新的软基处理施工技术，通过在成都绕城高速公路D、H、I、J等合同段的试验、推广施工，工艺流程及质量控制方法日趋成熟，处理质量好、施工速度快、工效高，需用材料、机具、劳动力组织方便简单，具有很大的推广价值。

　　　　　　　　参考文献

JTJ017-96《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》

JTJ013-95《公路路基设计规范》

JTJ033-95《公路路基施工技术规范》

《建筑施工手册》（1998年第二版中国建筑工业出版社）