片石夯压加固法处理昆洛路改扩建工程软基浅层地基

片石夯压加固法处理昆洛路改扩建工程软基浅层地基

耕作土壤是典型的不良软土。在道路、交通及土木工程中,一直认为是属于必须清除的非承载土。昆洛路改扩建工程软基处理路段以耕植土和软土为主,面积达80余万m2。耕植土和软土多为软塑-可塑状,承载力低(100～130kPa),并易向极软塑-软塑状态转化。昆洛路改扩建工程时间短、工程量大、地质条件复杂、施工难度大。软基浅层处理采用常规的换填法难以达到工期和环保要求。根据昆洛路软土分布特点,我们提出用片石夯压加固法处理,取得了理想的效果。1动夯实机对于基岩的承载作用片石夯压加固法是在不清除表层耕植土条件下,用高能量滚动夯压机夯压片石层,在置换、挤密、压实作用下,片石强行挤入软土,在夯压影响深度范围内,软土强度增强,抗变形能力提高,形成复合地基,构成满足要求的承载层。1.1提高软土地基强度片石经高能量滚动夯压机夯压后,对土体产生挤压嵌入和震动作用,孔隙中的水分和气体被排出,土体孔隙变小,压缩系数降低,压缩模量提高,在一定深度内与土体共同组成复合地基,地基承载力提高。提高软土地基强度的过程为:(1)不断的夯击,能量转化为各种波传到土层,石块嵌入下层土体,产生置换,强制压缩或挤密(包括孔隙水和气体的排出)。(2)下层土体结构被震动、扰动后,土的抗剪强度暂时降低,土体结构和渗透性改变,软土中的饱和水排出,土体强度提高。(3)随着超孔隙水压力的消散,有效应力增加,土颗粒重新排列趋于稳定,土体抗变形能力增强,地基整体强度提高。1.2片石突出基础降低了推进浅层处理的难度片石夯压加固法工艺流程为:清除地表植被→铺设片石层→建立测量标记和夯压定位标记→滚动夯压机夯压→按设计夯压遍数和控制标准进行中间测量和终止夯压测量→终止夯压→夯压面修整。在地基硬壳层厚度和强度有限、地下水位较高的情况采用片石夯压加固法进行软基浅层处理,选用合适的夯压设备十分重要。冲击能量过大,硬壳层遭受破坏,过小则达不到设计要求。因此,强夯设备和普通振动压路机都不能满足要求,而高能量滚动夯压设备冲击能量介于二者之间,较为适宜。该设备由牵引车和多边形夯轮组成,在滚动时对软基产生夯击。当牵引车拖动夯轮向前时,夯轮滚动产生偏心,形成较大的冲击力,以周期性的低频、高幅、高能量冲击夯压片石,对浅层软土产生置换和压实作用(图1)。昆洛路施工使用3HCT-28型滚动夯实机,冲击能量25J,三边形轮质量14.8t,冲击压力600～2500kN,冲击频率2～2.5次/s,行走速度10～15km·h-1。1.3合理的粒径和级配石材质坚、不易风化、水稳性好,片石抗压强度≥30MPa,合理的粒径和石块级配,能在长时期内保持坚硬状态。昆洛路片石层采用石灰岩抗压强度≥30MPa,粒径30～40cm,以人工手摆工艺施工,厚度为40～70cm。1.4复合地基的施工(1)施工过程中,检验清除植被、片石材料、施工工艺,对夯压设备完好使用、夯压方法和遍数、夯压沉降测量、终止夯压沉降值进行控制,注意观察夯压中是否出现“弹簧”和波浪状起伏过大,产生无效夯压时停止作业,采取措施处理。(2)施工效果采用钻探、动力触探测度、标准贯入试验、钻孔取样、室内土工试验,对比勘察资料分析比较。检测点每km不少于5个,检验深度大于夯压影响深度。(3)复合地基选择有代表性的路段采用压板载荷试验检验变形指标。(4)做好路基的沉降观测和填方控制、道路工后沉降观测。(5)施工效果检验和复合地基检验在地基处理完成4～5周后进行,道路工后沉降观测按要求的方法和时间进行。2片石压缩加固法的处理效果分析2.1变质土体物理力学性能钻探结果表明,片石层与其下部软土相互嵌固形成土石复合层,改善了软土特性,提高了地基承载力和土体抗变形能力。原地面下0～3m土体的物理力学性能变化显著,孔隙比、压缩系数、含水量、液性指数明显变小,压缩模量、承载力提高。昆洛路软基浅层采用片石夯压加固法施工的路基沉降量均小于5cm,满足设计要求。处理效果见图2。2.2片石时固土为等温下的浅层变形提供了重要对照,利用其物理力学指标的影响,确定了“重塑基”的基本特征采用片石夯压加固法形成复合地基主要是挤压强化作用,在地基浅表层形成均匀、密实、高强度的硬壳层。其次是夯压挤密、排水固结作用,地基土强度提高。(1)夯压挤密有效影响深度4～5m,自上而下形成4个区(图3):H1区:厚度为片石层铺设高度减去夯压沉降量,夯压后石块错位移动,互相嵌固紧密。H2区:(浅层挤压强化区)由石块与土体共同组成复合地基,其深与片石层的夯压沉降量相等。H3区:(挤密区)深度为原地面下0～3m,该区土体孔隙被压缩,密度提高,为挤压强化区的持力层,并由于部分石块挤入及表层置换后形成排水通道,也加速了土体的排水固结。H4区:夯压影响较H3区减弱,深度为原地面下3～5m,该区土体受到一定的夯压挤密影响,物理力学指标有所提高,孔隙水压力消散,土体强度有一定提高。(2)经夯压挤密后,复合地基强度及抗变形能力得到了显著提高:1)H1区片石层强度和整体性好,有一定厚度,起到了均匀传递路基及其以上荷载的作用。2)H2区浅层挤压强化硬壳层与H1区域共同协调变形,承担上部荷载。3)土石复合硬壳层是较好的排水通道,土体因石块挤入而改善了渗透条件,在上部荷载作用下加快了排水固结速度。4)预压变形作用,大于22遍的高能夯压挤密,使软地基的一部分沉降在夯击挤密后即完成,对减少工后沉降有明显作用。(3)经钻探、动力触探、标贯、钻孔取样与室内土工试验,对比勘察资料分析,采用片石夯压加固法完成的浅层软基具有以下特点:1)路基下片石、土石复合层明显,界线清楚,夯压密实。2)路基0～3m软土物理力学指标提高,尤以耕植土层最为显著。3)由于软基路段地下水位较高,特别是路基下部地基土常年处于饱水状态,处理后的地基耐久性和稳定性仍可能会发生一定改变,局部地段可能会发生不均匀沉降,应注意观测、处理。3加固后统一基层基础在道路沉降量≤30cm的变形控制条件下,昆洛路采取片石夯压加固法、振动沉管碎石桩法和浅层换填法处理的效果对比见表1。昆洛路采用片石夯压加固法完成软基浅层处理80万m2,少清除表层耕植土60万m2。按平均厚度50cm计算,减少挖运土30万m3、回填路基土方21万m3,仅此一项就减少投资约1500万元。此外,因减少了弃土外运和路基填土,减少了取、弃土场及土方运输造成的环境污染,从而提高了工程建设的环保效益。4关