液化土与软土地基强夯施工与检测

　　摘要：根据此一级公路有关强夯处治特殊地基的施工实践，介绍强夯施工工艺和施工监控措施。阐述了软基施工时应着重控制的几个问题及质量检验项目。
　　关键词：液化土，软土，填石强夯
　　1前言
　　液化土与软土是在不同荷载和外力作用下产生不同受力状态和变形的特殊不良工程地基，砂土液化的机理是土体在地震力的作用下，空隙水压力急剧上升，土颗粒间的有效应力降低，当空隙水压力与总应力相等时，有效应力为0，土颗粒处于悬浮状态，强度急剧衰减，表现为地表喷砂冒水，地面沉陷。
　　2工程概况
　　此一级公路与某二级公路相接，本标段之间路段约有1.3km地基属典型的溺谷型软土层，潮水涨退落差大，支汊多深入海平原微丘区，形成由许多海沟构成的潮汐滩涂地，面积广。根据工程地质勘探资料披露，本工程段经过海湾表面主要为沼泽土，海湾积淤，其土层主要为第四系浪积、冲淤积形成的软塑淤泥层及细砂、中粗砂层组成，呈缓坡状展布，系侏罗系岩层经强烈风化后形成的岩层为基岩层。软土及液化土厚度相差较大，最厚达6m。本项目对软土及液化土的处治方法是充填石料进行强夯挤淤加固。
　　3强夯施工控制
　　3.1强夯参数
　　作为人为施加外荷载进行液化土预干扰的强夯法，其加固机理是采用一定质量的重锤按一定的落距自由下落夯击地基，在强大的动能作用下强迫液化土体产生震动，克服土中水的阻力而下降，从而获得位能，使土体提前产生液化，土颗粒重新进行排列，以能量传递的方式使砂土经过压缩、固结，以消除或降低地基液化势态并提高地基承载力。
　　强夯法的有效加固深度既是反映处治效果的主要参数，又是选择地基处治方案的重要依据。依据梅那经验公式（Menard）作为估算依据：H=a，式中：H为加固土层厚度，m；W为夯锤重，kN；h为落距，m；a为经验系数，其值在0.4~1.0之间，与土质条件，地下水位、夯击能大小、夯锤底面积等因素有关。
　　根据国内外经验，结合本项目强夯方案设计及试验路段的研究，梅那经验系数a取为0.50，算得加固土层深度约为8m，第一层夯击遍数采用2遍，即主夯、副夯。夯击能统一采用2500kN•m，经试验，本项目填石强夯的各项施工参数见表1；往后各层的最佳夯击遍数为3遍。
　　表1强夯施工参数
　　
　　3.2强夯施工控制
　　由于填石路堤的填料采用附近开采的花岗岩石填筑，筛选石料标准为最大粒径不超过层厚的三分之二。填石路堤分层填筑，分层搭接，上下层应相互错开，搭接阶梯（错台）宽度一般不少于2m。分层夯实，每层填石厚度不超过1.0m，施工时充分利用潮退时间完成潮位下填石路堤，提高施工效率。由于石块粒径较大，质量较大，为使各石块之间松散接触状态变为紧密咬合状态。在夯实之前，应用大型推土机摊铺平整，个别不平处用人工配合以细石屑找平，使石块之间无明显高差台阶才便于夯实。
　　施工时按先低后高，先中央后两侧卸料的原则安排好石料运送路线。当石块级配较差，粒径较大，填层较厚，石块间的空隙较大时，在每层表面的空隙里扫入石渣、石屑、中砂、粗砂再以压力水将砂冲入下部，反复数次，使空隙填满。对于岩石强度相差较大的石料，要分层或分段填筑。边坡外侧1m内须人工垒砌，在此范围内选择有平整面的大块石人工排砌，垒砌石料粒径必须大于25cm。当地面纵、横坡度大于5:1时，地面必须挖2m宽内向横坡为2％的台阶，坡脚处用石料垒成石垛。夯实路线对夯锤应成弧形，当夯实密实程度达到要求后，再向后移动一夯锤位置。强夯时从中间向两旁进行，夯锤直径为210cm，首遍各夯位宜紧密，如有间隙，则不得大于15cm；次遍夯位应压在首遍夯位的缝隙上，最后两击沉降量相差不大于5cm。经对试验路段研究总结定出强夯夯点布置方案如下图。
　　
　　软土地段路基填筑，应考虑提前安排施工，以使路堤完成后得以留有沉降期，设计有明确要求时，按要求执行，设计无规定时，一般应不少于六个月，沉降期内不应在路堤上进行任何工程。
　　填石强夯施工流程如下图。
　　
　　
　　3.3施工中应注意的问题
　　在强大的夯击能作用下，软土层土体中孔隙水压力迅速增加，达到饱和时有效应力为0，土体液化，强度降到最低，液化土和孔隙水在增加的水压力沿夯锤周围放射状排出后，土体的孔隙水压力消散、有效应力增加，土体密实而强度提高。所以在夯击过程中前后两遍之间应留有一定的间歇时间，使土体孔隙水压力有一定的消散过程以利地基强度的提高，同时可以增大下一遍的夯击效果。间歇时间应通过试夯来确定。
　　由于路堤边坡范围的地基土未有得到强夯加固而成为路堤结构受力的薄弱部位。在实际发生的震害中，往往也是两侧坡脚处发生冒水导致路基边坡以外地基和路堤共同沉陷和滑移破坏。所以考虑加固宽度时应将坡脚（或至边沟外缘）部分全部加固，从路堤稳定的角度考虑，加固宽应达到最危险滑动圆弧以外。
　　填海路堤为防止碎石受海水潮浪的冲刷侵蚀形成空洞，在每一段路堤填至设计标高时，立即进行边坡防护砌筑。
　　4强夯路堤的质量检测
　　地基承载力直接影响着路基和路面的使用性能，以地基的整体强度和刚度、挤淤效果和软土层固结情况进行检测是必不可少的质量控制工作。
　　4.1回弹弯沉是路基在垂直荷载作用下产生的垂直变形。它不仅能反映路基的整体强度和刚度，而且与路基整体的使用状态存在一定的内在联系，用以评定其整体承载能力，同时弯沉值的测定比较方便。本项目的300m强夯试验段的允许弯沉值（0.01mm）为279，经强夯施工后测得其代表弯沉值（0.01mm）为223，强夯效果明显。
　　4.2检测淤泥存留厚度，钻孔取样是了解路基挤淤情况及软土层固结情况的有效措施。钻探结果表明：试验路段在强夯后淤泥残留层厚在0.1m～0.23m之间,下层液化土的固结情况良好。
　　5结束语
　　强夯法处治效果除与夯击能（包括锤重、落距）有关外，还与地基的地下水位、土质差异及土层力学性质指标等因素有关。本项目软土地基结合了抛石挤淤和强夯加固土层两种施工工艺，有效地提高地基承载力，实践表明强夯处治对液化地基加固有明显效果，具有设备简单，施工方便，经济实用的特点。