朱洪濤，范瑩瑩，趙 錦

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

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碎石土回填鐵路路基強(qiáng)夯試驗(yàn)研究

朱洪濤，范瑩瑩，趙 錦

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

對(duì)碎石土回填鐵路路基強(qiáng)夯工程，開展孔隙水壓力、變形監(jiān)測(cè)及測(cè)量，研究強(qiáng)夯對(duì)碎石土路基的夯點(diǎn)間距、影響深度、最佳夯擊次數(shù)等相關(guān)參數(shù)，結(jié)合研究結(jié)果，得出用于指導(dǎo)本工程地基處理大面積施工參數(shù)，同時(shí)供本地區(qū)類似工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與施工借鑒和參考。

強(qiáng)夯法；碎石土；孔隙水壓力；地面變形

引 言

錦州港區(qū)某鐵路站場(chǎng)區(qū)陸域由陸上回填碎石土形成，長(zhǎng)度約2.8 km，均為填海路堤。由于鐵路路基填方體的工后沉降、強(qiáng)度、密實(shí)度及施工費(fèi)用將是整個(gè)工程建設(shè)的重要制約因素，同時(shí)也是工程建設(shè)成敗的關(guān)鍵。因此，填料壓實(shí)的處理方法及施工工藝就顯得至關(guān)重要。強(qiáng)夯法作為地基處理的一種方法，適用于碎石土、砂土、素填土和雜填土等地基，由于其加固效果明顯、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用［1～3］。在進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)時(shí)，孔隙水壓力及變形監(jiān)測(cè)為必不可少的監(jiān)測(cè)手段，利用它可以確定強(qiáng)夯最佳夯擊能量、夯點(diǎn)間距、點(diǎn)夯間歇時(shí)間以及強(qiáng)夯有效加固深度等重要參數(shù)。

1 工程地質(zhì)概況

擬建工程場(chǎng)地地形相對(duì)平坦，地面高程約4.99～5.36 m，場(chǎng)地自上而下主要為：素填土（碎石）、砂混淤泥、粉質(zhì)粘土及中粗砂。各土層特征分別描述如下：素填土（碎石）以碎石為主，一般上部稍密～中密狀，下部呈松散狀，碎石含量約占50 %～70 %，粒徑一般為2～8 cm，最大約10 cm，充填物以粗砂礫為主，厚度約5.7～6.7 m；砂混淤泥呈軟塑狀，以中砂為主，混淤泥質(zhì)土，土質(zhì)不均，厚度約0.8～2.0 m；粉質(zhì)粘土為軟塑～可塑狀，混有大量中粗砂粒，夾粉土團(tuán)，厚度0.8～3.4 m。中粗砂以中密為主，局部呈密實(shí)狀。

2 強(qiáng)夯施工試驗(yàn)方案

試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯設(shè)計(jì)點(diǎn)夯2遍，滿夯2遍，點(diǎn)夯單擊夯擊能要求為 2 500 kN·m，夯點(diǎn)間距為 5 m× 5 m，夯錘直徑選2.3 m左右，錘重在215 kN左右，落距為11.9 m；每遍夯完后，待孔隙水壓力消散后（消散75 %以上），再進(jìn)行下一遍夯擊。點(diǎn)夯完成后推平場(chǎng)地，滿夯兩遍，滿夯單擊夯擊能600 kN·m，錘印相互搭接1/4錘底面積。滿夯施工完成后，其上再用振動(dòng)力200 kN的振動(dòng)壓路機(jī)碾壓6～8遍。強(qiáng)夯完成后要求鐵路路基基床（厚度1.9 m）地基承載力特征值不小于 180 kPa，路基基床底層以下地基承載特征值不小于150 kPa。

圖1　試驗(yàn)區(qū)夯點(diǎn)布置

3 強(qiáng)夯施工監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

對(duì)夯坑周圍地表豎向變形、土體水平位移以及孔隙水壓力的累計(jì)增長(zhǎng)等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過獲得的數(shù)據(jù)分析來(lái)確定強(qiáng)夯施工的最佳強(qiáng)夯參數(shù)及施工工藝。

3.1 夯擊能影響距離

將同一深度測(cè)點(diǎn)的孔隙水壓力（△u）與該處距離夯點(diǎn)中心的遠(yuǎn)近作關(guān)系曲線，得到孔隙水壓力與距離關(guān)系曲線（圖2、圖3），對(duì)夯擊過程中的水平加固范圍進(jìn)行研究。根據(jù)數(shù)據(jù)表明：孔隙水壓力隨水平距離增加迅速衰減，這與強(qiáng)夯時(shí)沖擊波在土體中衰減規(guī)律相似，距離夯點(diǎn)中心5.5 m處孔隙水壓力值約為夯點(diǎn)附近最大值的 80 %，距離夯點(diǎn)中心7.5 m處僅為34 %。

圖2　水平距離與△u關(guān)系曲線（第一遍點(diǎn)夯）

圖3　水平距離與△u關(guān)系曲線（第二遍點(diǎn)夯）

點(diǎn)夯進(jìn)行中每擊實(shí)測(cè)夯錘底面夯沉量，同時(shí)對(duì)夯坑周邊進(jìn)行凹陷及隆起的變形測(cè)量，具體結(jié)果的關(guān)系曲線見圖 4，結(jié)果表明，在點(diǎn)夯過程中，靠近夯點(diǎn)中心4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)下沉顯著，遠(yuǎn)離夯錘各點(diǎn)下沉逐漸減小，在大于5.5 m測(cè)點(diǎn)下沉不明顯；同時(shí)夯擊過程中未發(fā)生隆起，表明夯擊能量的利用率較高，有效夯實(shí)系數(shù)較大。綜合考慮孔隙水壓力監(jiān)測(cè)及夯坑變形測(cè)量結(jié)果，夯點(diǎn)在水平方向上的影響距離4.5～5.5 m，設(shè)計(jì)點(diǎn)夯間距5.0 m合理。

圖4　豎向變形與夯點(diǎn)距離關(guān)系曲線

3.2 夯擊能的有效影響深度

將同一測(cè)點(diǎn)不同深度范圍孔隙水壓力（△u）與地面高程作關(guān)系曲線，得到孔隙水壓力與深度關(guān)系（圖5、圖6），對(duì)試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯影響深度進(jìn)行分析，可以看出，孔隙水壓力增量在深度方向分布相差較大，在-1.5 m處出現(xiàn)拐點(diǎn)，之后衰減迅速，深層（大于-3.0 m）的孔隙水壓力相對(duì)較低，此時(shí)在-3.0 m處孔隙水壓力僅為-1.5 m處的20 %～50 %，在設(shè)計(jì)夯擊能下，加固影響深度約在-1.5～-3.0 m之間，此高程之下土層的受強(qiáng)夯影響在迅速減弱，加固強(qiáng)度與效果也相應(yīng)減弱。

圖5　影響深度與△u關(guān)系曲線（第一遍點(diǎn)夯）

圖6　影響深度與△u關(guān)系曲線（第二遍點(diǎn)夯）

有研究認(rèn)為［4］，孔隙水壓力大小為自重應(yīng)力的20 %點(diǎn)處深度為強(qiáng)夯有效影響深度，由此定義，在此夯擊能下，剔除個(gè)別差異較大數(shù)據(jù)，在高程-1.5 m處孔隙水壓力為19.9～29.6 kPa，此處自重應(yīng)力約為126 kPa，占16 %～23 %。

根據(jù)監(jiān)測(cè)成果及以上計(jì)算綜合判定，有效加固深度分布在6.5～7.0 m之間。

3.3 最佳夯擊擊數(shù)

將孔隙水壓力（△u）與夯擊次數(shù)作關(guān)系曲線，如圖7、圖8所示，隨著夯擊次數(shù)的增加，碎石填筑體密實(shí)度的增加，不同深度孔壓增量也逐漸增大，尤其是在前3擊增加效果顯著，但是隨著夯擊次數(shù)（8擊以后）的繼續(xù)增加，相臨兩擊孔隙水壓力累計(jì)增量迅速減小，趨于穩(wěn)定，增加夯擊次數(shù)對(duì)提高加固深度的作用逐漸減弱。同時(shí)，由于第一遍夯擊后地基中形成的豎向裂縫，在第二遍夯擊時(shí)起到了一定的降壓作用，第一遍夯擊時(shí)孔隙水壓力積聚的水平明顯高于第二遍夯擊，這一現(xiàn)象說明，一遍點(diǎn)夯后土層顆粒間密實(shí)性增大，二遍點(diǎn)夯時(shí)的能量主要作用于土層顆粒間而不是用于增加孔隙水壓力。

圖7　夯擊次數(shù)與△u關(guān)系曲線（第一遍點(diǎn)夯）

圖8　夯擊次數(shù)與△u關(guān)系曲線（第二遍點(diǎn)夯）

圖9　單擊夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系曲線

將單點(diǎn)單擊夯沉量與單點(diǎn)試驗(yàn)夯擊次數(shù)作關(guān)系曲線，如圖9所示，夯沉量第一擊最大，隨著夯擊次數(shù)的增加，同一位置處的動(dòng)應(yīng)力不斷增大，3～5擊后土體動(dòng)應(yīng)力趨于穩(wěn)定，夯錘下土體的夯沉量也不斷增加并在7～10擊后趨于穩(wěn)定，說明土體得到了壓密，加固深度也有所增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度不大。

隨擊數(shù)增加，錘底淺部地基土因密實(shí)度增加而越來(lái)越難以密實(shí)，夯擊能將很大程度上消耗在淺部地基土的進(jìn)一步壓縮上，一部分也將因?yàn)闇\部硬層的徑向擴(kuò)散而不能傳遞到深部土層中去，在 14擊以后單擊夯沉量基本均在50 mm以下，在其他條件不變的情況下，片面地增加夯擊次數(shù)來(lái)提高強(qiáng)夯加固深度的做法是不合理的，在滿足工程要求的前提下存在一個(gè)最優(yōu)夯擊次數(shù)。

根據(jù)關(guān)系曲線，取曲線趨于平緩的拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的累積夯擊擊數(shù)，同時(shí)結(jié)合單點(diǎn)夯擊能試驗(yàn)的夯擊擊數(shù)與孔隙水壓力的變化規(guī)律，綜合分析后，確定最佳夯擊夯擊次數(shù)為：第一遍點(diǎn)夯最佳夯擊擊數(shù)10～13擊，第二遍點(diǎn)夯最佳夯擊擊數(shù)10～12擊。

3.4 地面沉降及加固效果

根據(jù)強(qiáng)夯前后地面高程測(cè)量結(jié)果（表1），最終地面夯沉量為0.66 m。

表1　地表總夯沉量監(jiān)測(cè)

強(qiáng)夯結(jié)束 14天以后，進(jìn)行動(dòng)力觸探或標(biāo)貫及載荷板檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果與強(qiáng)夯前土體進(jìn)行對(duì)比，見表2。表層0～3 m范圍內(nèi)N63.5大于6擊，土體密實(shí)度達(dá)到中密以上，交工面0～2 m范圍內(nèi)地基承載力特征值不小于180 kPa，2 m以下地基承載力特征值不小于150 kPa，處理效果滿足設(shè)計(jì)要求。

表2　強(qiáng)夯試驗(yàn)前后力學(xué)指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié) 論

本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)填海碎石土鐵路地基開展強(qiáng)夯試驗(yàn)研究，通過對(duì)試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測(cè)資料的綜合分析，為本地區(qū)該類回填土地基處理施工方案及提供參考。

1）2 500 kN·m強(qiáng)夯夯點(diǎn)間距：對(duì)于碎石土回填地基，夯點(diǎn)間距5.0 m×5.0 m布置是適宜的。

2）2 500 kN·m強(qiáng)夯最佳夯擊次數(shù)：對(duì)于碎石土回填地基，結(jié)合根據(jù)孔隙水壓力分析、夯坑沉降量及設(shè)計(jì)終錘標(biāo)準(zhǔn)，第一遍夯的最佳夯擊擊數(shù)10～13擊；第二遍夯的最佳夯擊擊數(shù)為10～12擊。

3）2 500 kN·m強(qiáng)夯有效影響深度：對(duì)孔隙水壓力隨深度的變化規(guī)律綜合分析，試驗(yàn)區(qū)在設(shè)計(jì)單擊夯擊能量下，其強(qiáng)夯的有效影響深度約 6.5～7.0 m。

［1]JGJ79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2012.

［2]曾國(guó)熙， 盧肇鈞， 蔣國(guó)澄， 等. 地基處理手冊(cè): 2版［M］.北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2000.

［3]高政國(guó)， 杜雨龍， 黃曉波， 等. 碎石填筑場(chǎng)地強(qiáng)夯加固機(jī)制及施工工藝［J］. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2013， 2: 377-383.

［4]周榮官， 何開勝， 陳金昌. 強(qiáng)夯試驗(yàn)中孔壓的作用［J］.水運(yùn)工程， 2005， 10: 70-73.

Research on Dynamic Compaction Test of Railway Bed Backfilled with Crushed Stone Soil

Zhu Hongtao， Fan Yingying， Zhao Jin
（CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

The pore water pressure and ground deformation are monitored and measured in the dynamic compaction project of railway bed backfilled with crushed stone soil. Some parameters obtained during the dynamic compaction are studied， i.e. the spacing between two tamping points， impact depth and the optimum tamping times etc. The research results produce the large-size construction parameters for guiding the foundation treatment of the project， which may serve as

for the design and construction of local projects.

dynamic compaction； crushed stone soil； pore water pressure； ground deformation

TU472.3+1

A

1004-9592（2016）03-0087-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160322

2015-12-16

朱洪濤（1983-），男，工程師，主要從事港口地基處理及堆場(chǎng)道路設(shè)計(jì)工作。