朱忠明 武向瑩

1 工程概況

霍州至永和關(guān)公路是山西省高速公路網(wǎng)“人字骨架，兩縱十一橫十一環(huán)”主骨架第八橫的重要組成部分，是山西省中部地區(qū)西通陜、甘、寧，東達(dá)冀、魯、豫的重要戰(zhàn)略通道。

霍永高速公路K112+750～K113+220位于芝河河谷源處，地貌單元屬黃土臺(tái)地山間河谷區(qū)。地層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積黃土(Qal+pl4)與新近系(上第三系)(N2)粘性土，土質(zhì)以低液限粘土(粉質(zhì)粘土、粉土)為主，并有少量砂、角礫透鏡體或夾層。該層厚度為1.8 m～6.0 m。由于地質(zhì)環(huán)境、氣溫條件的改變，地下水運(yùn)動(dòng)加速，使地下水位上升，形成了飽和黃土。

2 地層巖性與形成機(jī)制

飽和黃土是指原具有濕陷性的黃土，由于地下水的運(yùn)動(dòng)使其濕陷性消失，并呈現(xiàn)飽和狀態(tài)(飽和度達(dá)80%以上)。

它具有軟土的某些特征，但與沿海軟土不同。

3 飽和黃土工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

1)物理力學(xué)性質(zhì)。

本次勘察本路段黃土飽和度均大于80%，為飽和黃土。飽和黃土是濕陷性黃土演變而成的，其性質(zhì)與濕陷性黃土的性質(zhì)有著密切關(guān)系。

a.物理性質(zhì)中的比重、液限、塑限、塑性指數(shù)等都與土中含水量多少無(wú)關(guān)。

b.土中孔隙比的大小決定于土顆粒的大小、形狀和排列。黃土顆粒間常有一定量的可溶鹽，地下水上升時(shí)土中可溶鹽溶解，但溶后鹽類絕大部分集散于孔隙內(nèi)，因而其總的孔隙體積并未減少或減少甚微。所以只要不發(fā)生自重壓力下濕陷現(xiàn)象，孔隙比在數(shù)值上一般不減少。

c.與土中含水量多少有關(guān)的指標(biāo)如含水量、容重、飽和度、液性指數(shù)等，都將產(chǎn)生較大的變化。其變化規(guī)律與原濕陷性黃土的孔隙比和塑性指數(shù)有關(guān)。

d.黃土飽水后接點(diǎn)膠結(jié)強(qiáng)度弱化，土的壓縮性較原濕陷性黃土增高很多。本區(qū)飽和黃土的壓縮系數(shù)為0.1 MPa－1＜a1－2＜0.5 MPa－1，屬中壓縮性土。

2)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)。

飽和黃土的特點(diǎn)是靈敏度高，結(jié)構(gòu)擾動(dòng)會(huì)變成流塑狀態(tài)，造成這種狀態(tài)的外因是水。所以施工降水是保證地基土質(zhì)完善，充分發(fā)揮地基有利因素的重要措施。

4 沉降與穩(wěn)定計(jì)算分析

通過(guò)對(duì)該范圍進(jìn)行鉆孔取樣，根據(jù)土工試驗(yàn)結(jié)果取代表性斷面在沒(méi)有任何地基處理措施下進(jìn)行路基沉降與穩(wěn)定性驗(yàn)算。

計(jì)算過(guò)程及結(jié)果如下:

路堤設(shè)計(jì)高度:7.350 m。

路堤設(shè)計(jì)頂寬:24.500 m。

路堤邊坡坡度:1∶1.500。

工后沉降基準(zhǔn)期結(jié)束時(shí)間:180個(gè)月。

沉降計(jì)算參數(shù):

地基總沉降計(jì)算方法:經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法。

主固結(jié)沉降計(jì)算方法:e—p曲線法。

沉降計(jì)算不考慮超載。

沉降修正系數(shù):1.200。

沉降計(jì)算的分層厚度:0.500 m。

分層沉降輸出點(diǎn)距中線距離:0.000 m。

壓縮層厚度判斷應(yīng)力比=15.000%。

基底壓力計(jì)算方法:按多層土實(shí)際容重計(jì)算。

計(jì)算時(shí)考慮彌補(bǔ)地基沉降引起的路堤增高量。

工后基準(zhǔn)期起算時(shí)間:最后一級(jí)加載(路面施工)結(jié)束時(shí)。

穩(wěn)定計(jì)算參數(shù):

穩(wěn)定計(jì)算方法:有效固結(jié)應(yīng)力法。

穩(wěn)定計(jì)算不考慮超載。

穩(wěn)定計(jì)算不考慮地震力。

穩(wěn)定計(jì)算目標(biāo):自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面。

1)各級(jí)加荷的沉降計(jì)算:

第1級(jí)加荷，從0.0個(gè)月 ～6.0個(gè)月。

加載開(kāi)始時(shí)，路基計(jì)算高度=0.000 m，沉降=0.000 m。

加載結(jié)束時(shí)，路基計(jì)算高度=6.780 m，沉降=0.240 m。

第2級(jí)加荷，從14.0個(gè)月～16.0個(gè)月。

加載開(kāi)始時(shí)，路基計(jì)算高度=6.780 m，沉降=0.285 m。

加載結(jié)束時(shí)，路基計(jì)算高度=7.705 m，沉降=0.355 m。

2)路面竣工時(shí)及以后的沉降計(jì)算:

基準(zhǔn)期開(kāi)始時(shí)刻:最后一級(jí)加載(路面施工)結(jié)束時(shí)刻。

考慮沉降影響后，路堤的實(shí)際計(jì)算高度為7.705 m。

路面竣工時(shí)，地基沉降=0.355 m。

基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降=0.294 m。

基準(zhǔn)期結(jié)束時(shí)，地基沉降=0.649 m。

最終地基總沉降 =1.200 ×0.702=0.843 m。

3)穩(wěn)定計(jì)算:

總的下滑力=592.953 kN。

總的抗滑力=636.402 kN。

滑動(dòng)安全系數(shù)=1.073。

從計(jì)算結(jié)果可知，在沒(méi)有任何處理措施前提下，該路段180個(gè)月路基工后沉降為0.294 m，接近規(guī)范規(guī)定0.3 m的工后沉降量，穩(wěn)定系數(shù)為1.073，小于設(shè)計(jì)要求為1.2的穩(wěn)定系數(shù)。

5 處理措施

為節(jié)省投資，保證施工質(zhì)量，根據(jù)沉降與穩(wěn)定性驗(yàn)算，結(jié)合水文、地質(zhì)、填筑材料及特點(diǎn)，采用強(qiáng)夯處理方案對(duì)此段路基進(jìn)行施工。具體施工工藝如下:

1)強(qiáng)夯前原地表面鋪設(shè)1.5 m厚碎礫石土墊層，含泥量不大于5%，同時(shí)也有利于強(qiáng)夯機(jī)械在表面行走。施工前應(yīng)進(jìn)行試夯，以確定合理的施工參數(shù)和工藝。設(shè)計(jì)單擊夯擊能2 000 kN·m，以此確定施工所采用夯錘質(zhì)量與提升高度，錘徑為2 m，夯點(diǎn)按正三角形布置，間距3.5 m。

2)起重機(jī):根據(jù)夯錘質(zhì)量選用相應(yīng)起重能力的復(fù)纜(利用滑輪組)或單纜履帶式起重機(jī)均可，并配有輔助門(mén)架，若選用復(fù)纜起重機(jī)時(shí)應(yīng)配有自動(dòng)脫鉤裝置。夯錘:選用彈性模量高的圓柱形鋼質(zhì)夯錘，或選用厚鋼殼內(nèi)澆鋼筋混凝土制作的圓柱形夯錘。夯錘重按照設(shè)計(jì)夯擊能確定。夯錘直徑為1.8 m～2 m。

3)強(qiáng)夯遍數(shù)和每遍擊數(shù):a.采用3遍～5遍置換遍數(shù);b.每遍夯擊次數(shù)設(shè)計(jì)為3擊～5擊，并可根據(jù)試夯資料進(jìn)行修正。

4)強(qiáng)夯置換結(jié)束后，應(yīng)普夯一次，普夯(又稱滿夯):普夯采用重10 t，直徑2 m的夯錘。落距一般1.5 m～3 m，錘印重疊不小于50 cm，單點(diǎn)一般1擊～3擊。

5)施工放點(diǎn):按照設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)夯處理范圍、夯點(diǎn)排列及間距，采用儀具放點(diǎn)，并用小木樁或白灰在夯點(diǎn)中心處作出標(biāo)記，夯點(diǎn)放完后應(yīng)進(jìn)行復(fù)核，確認(rèn)無(wú)誤時(shí)再繪制夯點(diǎn)布置圖。

6)試夯順序及注意事項(xiàng):試夯應(yīng)從路中線處的夯點(diǎn)向兩側(cè)逐次地推進(jìn)，各夯點(diǎn)的單擊與累計(jì)夯深必須標(biāo)示在大樣圖的相應(yīng)夯點(diǎn)上。

7)施工期間必須保證臨時(shí)排水系統(tǒng)的完整有效，保證大氣降水及強(qiáng)夯擠出的地下水能迅速排泄。施工過(guò)程中若出現(xiàn)與試夯獲取的信息差異較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)施工信息進(jìn)行綜合分析找出原因，調(diào)整施工參數(shù)，實(shí)施動(dòng)態(tài)控制。

6 強(qiáng)夯后施工質(zhì)量檢測(cè)

強(qiáng)夯結(jié)束7 d后進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)，經(jīng)檢測(cè)該范圍地基承載力平均在250 kPa，高于設(shè)計(jì)提出的200 kPa控制標(biāo)準(zhǔn)，符合要求。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述工程實(shí)例的分析，在飽和黃土上填筑路基通過(guò)強(qiáng)夯技術(shù)是可行的，強(qiáng)夯前地表面鋪設(shè)的材料采用附近黃山開(kāi)采的碎石土，節(jié)省了工程造價(jià)，強(qiáng)夯時(shí)在高能量的夯擊作用下，使碎石土墊層與飽和黃土層發(fā)生機(jī)械混合，提高地基土的承載力，保證了工程質(zhì)量。

[1]張軍齊.強(qiáng)夯法處理地基時(shí)含水量與處理效果關(guān)系探討[J].山西建筑，2011，37(4):72-73.