强夯法处理铁路路基的效果研究

第33卷第7期　　　　　　　　　　33No.7　　山西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.2007年3月Mar.　2007SHANXI　ARCHITECTURE

文章编号:100926825(2007)0720296202

强夯法处理铁路路基的效果研究

孙勇军

摘　要:介绍了强夯加固机理,阐述了强夯技术的几个发展阶段及其研究方向,着重对影响强夯处理的主要因素进行了论述,并结合具体的工程实践进行了工程试验,试验结果表明,强夯用于铁路路基土体的的夯实加固具有良好的效果。

关键词:强夯技术,铁路路基,工程试验中图分类号:U416.1

文献标识码:A

级强夯,使强夯消除黄土湿陷性的深度达到15m。此后,高能级强夯技术发展迅速,应用范围进一步扩大,许多国家重点工程都采用了强夯地基处理技术,取得了预期效果,为国家节省了大量投资。

第四阶段,从2002年底至今,为了处理高填方地基,试验开发了10000kNm能级强夯;经检测,10000kNm能级强夯有效处理深度超过了12m,强夯技术取得了较大突破,缩小了与国外先进技术的差距。目前强夯工程最高应用能级已经达到10000kNm。为了更进一步扩大强夯的应用范围,在强夯技术的基础上,还形成了强夯置换和柱锤冲扩等新技术。

目前国内强夯技术有三个研究方向:1)以处理饱和软土为目的低能级强夯技术;2)以处理高填土和深厚湿陷性黄土,以及消除湿陷为目的的高能级强夯技术;3)强夯与其他地基处理技术优势互补,发展成为组合式地基处理技术。

引言

强夯法又名为动力固结法(DynamicConsolidationMethod)或动力压实法(DynamicCompactionMethod),是20世纪60年代末由法国Menard技术公司首先创用的。这种方法是反复将重锤(一般为10t～40t)提到高处使其自由落下(一般落距为10m～

40m)夯击地基,从而使地基的强度提高、压缩性得到降低的方

法。开始时仅用于处理砂土和碎石地基,后来由于施工方法的改进和排水条件的改善,逐步推广应用到细粒土地。

文中将对强夯加固机理进行深入阐述,并在此基础上结合具体工程实践,对强夯处理铁路路基的效果进行评价,从而为工程设计提供参考依据,为科学研究积累大量数据。

1　强夯加固探讨1.1　强夯加固机理

夯击加固土体的方法就是通过施加外力使土中孔隙体积减小,土颗粒间更加靠近。对于土体中气体来讲,较容易在压力作用下压缩或从孔隙通道排出;只有封闭的微气泡不易压缩,但所占体积相对较小。对于土体中水来讲,其本身的压缩性可忽略不计,只有畅通的排水通道才有可能使其排出,只有受到外界施加的压力才能摆脱重力、毛细作用力以及土颗粒表面分子引力的约束作用而被排出。因此,足够大的外加压力和较为畅通的排水通道是土体被夯击压实的充分条件。这也表明,非饱和土体较之饱和土体更容易被压实,粗粒土较之细粒土更容易被压实。

对天然地基土的夯击压实方法与人工填土的分层压实方法有区别。原因在于天然地基土的特性、状态及土层厚度都不能人为选择,只有根据相应情况选择适合的压实方法和措施:而人工填土的特性、状态及分层厚度是可以人为选定的。这就是强夯法与其他压实方法之间区别的本质所在。

1.3　影响强夯处理的因素

1)地基土的类型及特性。强夯处理对于粗粒土以及非饱和

的黄土、粉性土和砂性土,其加固作用相当显著。但对于饱和的

粘性土其加固效果不甚理想。直到目前,对于强夯加固饱和软粘土的工程效果尚有许多争议;其工程效果远远未对于非饱和土那样成功。对于这类地基土,当采用强夯处理时,往往要采取一些有利于排水的措施,如铺筑砂垫层,打设砂井及排水板等。

2)大量的工程实例已经表明,地下水位是影响强夯加固效果

的重要因素。地下水位低的地基土,强夯加固效果好;地下水位高的地基土,则强夯加固效果相对较差。因此,在高水位地区进行强夯处理地基时,有人建议最好通过各种降水法使地下水位处于预期的加固深度之下。

3)夯击功能对强夯处理地基的效果有直接的影响。夯击功

1.2　发展阶段及研究方向

我国强夯技术经历了几个发展阶段:

第一阶段,自引进到20世纪80年代初,约8年,本阶段工程应用的强夯能级比较小,一般仅为1000kNm,处理深度5m左右,以处理浅层人工填土为主。

能是指对地基土施加功能的统称,其中包括有单击夯击功能和夯击次数概念。显然,单击夯击功能愈大,夯击次数愈多,加固效果愈好;所需使用施工机具也愈笨重,施工费用愈大。研究与实践表明,单击夯击功能基本上决定了强夯加固的有效范围;夯击次数则主要在于提高有效范围内的加固效果,当然对有效加固范围

也有一定影响。

第二阶段,20世纪80年代初～20世纪90年代初,约10年。4)夯击加载机具的合理配套使用可以使有限的夯击功能最

大限度地施加于预定范围的地基土上,从而达到最佳的强夯加固效果。夯击加载机具的配套体现在锤重和落距的选择,以及锤形

尺寸的设计。

5)夯点的布设及夯击方式的影响。夯点的布设及夯击方式

本阶段,兴建国家重点工程山西化肥厂,为了消除黄土地基的湿陷性,国家化工部组织开发了6250kNm能级强夯,使强夯的有效处理深度提高到了10m左右,强夯的应用范围也得到扩展,强夯技术日臻完善。

第三阶段,20世纪90年代初到2002年,本阶段以兴建国家重点工程三门峡火力发电厂为契机,成功开发了8000kNm能

与地基土的类型和处理深度有关。夯位排布一般有正方形网格排列、夯点中心间呈等边三角形以及梅花形排列等。对于含水量

收稿日期:2006212222

作者简介:孙勇军(19722),男,工程师,中铁十五局第三工程有限公司,河南洛阳　471000

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较大而透水性较差的粘性土地基,需要采用间歇多遍夯击方式,以使土中孔隙水压力有较充分的消散时间。对于处于稍湿状态的非饱和地基土,土中没有或很少自由水,强夯过程中不存在孔隙水压力消散与孔隙水排出问题,因而可以在一个夯位上一遍连续夯到所需的总击数,再移到次一个夯位上逐位一遍夯成。最后再降低落距,满夯一遍,将夯坑拍平。

这样,在平面上的夯位排列无须象夯击饱和土体那样采用较大距离的跳点布,从而要大大地减少使夯锤在平面上移动所费的工时,施工操作简便,工作效率高。

高了26.47%、快剪内摩擦角提高了21.51%。强夯后的快剪内聚力则有较大的减小,约减小40%。总体来看,强夯的加固效果较好。

3.2　平板载荷试验

为了更加精确地检测强夯加固后的地基承载力,在场地中选取3个点进行了平板载荷试验。试验方法采用慢速维持荷载法,现场试验堆载量依据设计值2倍,承载板采用1.0m×1.0m方板,板底铺50mm～150mm中粗砂。总加载量为500kN,分8级加载和4级卸载,每级加载量62.5kN,卸载按其加载量值的2倍进行。每级加载后,按间隔10min,10min,10min,15min,15min,以后每隔30min测读一次沉降量,当连续2h内,沉降量小于0.1mm/h时,则认为已趋稳定,可加下一级荷载。卸载每级按加载值2倍进行,间隔为30min,30min,30min,180min测读回弹量。检测结果如表2所示。

表2　强夯后平板载荷试验结果统计表

编号

123

2　工程概况2.1　工程地质资料

根据提供的工程地质勘察报告,强夯试验区段内主要为硬塑状冲洪积硬塑粘土;根据GB1830622001中国地震动参数区划

图,该段地震动峰值加速度为0.04g,地震动反应谱特征周期为0.3s。硬塑Q2al+pl粘土,厚5m～8m,为Ⅲ级土,w=23.4%,γ=19.8kN/m3,Cu=55.7kPa,ψu=13.5°,Ps=1.77MPa,Es=7.87MPa,σ0=110kPa,e=0.872～0.316,f=0.3,ψ=33。地下水主要类型为上层滞水,主要靠大气降水及地表水补给,水位随

季节变化。

最大试验载荷

kN375500500

极限承载力≥kPa150150175

基本承载力

kPa225.0225.0287.5

残余沉降变形模量

mm

E0137.2243.9614.21

沉降34.1546.0841.64

沉降7.906.5223.61

沉降0.791.239.24

—

28.5824.83

2.2　试验方案2.2.1　夯击点布置及间距

夯击点间距(夯距)的确定,一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定。夯点按正方形布置,相邻夯点的中心距离4m,满夯时保证1/4夯锤直径的搭接长度,夯击范围为路堤边坡坡脚外5m。以保证使夯击能量传递到深处和保护夯坑周围所产生的辐射向裂隙为基本原则。

　　由表2可知,三个点地基承载力分别为225kPa,225kPa,

287.5kPa。场区内地基承载力值极差大于平均值的30%,剔除

最大值287.5kPa异常值,该场区的地基基本承载力为225kPa,达到了设计承载力150kPa的要求。

4　结语

根据以上强夯加固前后钻探取样、平板载荷试验表明,应用强夯对铁路地基进行加固,能够收到良好的效果,主要表现在:

1)力学指标有所提高:压缩模量较强夯前提高了17.88%、固结系数提高了26.47%、快剪内摩擦角提高了21.51%。

2)地基承载力有大幅度提高,能满足设计承载力150kPa的要求。参考文献:

[1]地基处理手册(第二版)编写委员会.地基处理手册(第二版)

[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.8.

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2.2.2　夯击遍数及间歇时间

夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定。可采用点夯2遍～3遍。完成后间歇72h,在夯点间隙处补夯1击～2击(副夯),满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击,锤印彼此搭接。本次试验夯击能采用1500kNm。

3　强夯效果评价3.1　主要力学指标

强夯试验前后对试验场地的力学指标进行了测试,结果如表

1所示。

表1　强夯前后场地力学指标统计表

检测指标夯后标准值夯前标准值

压缩系数

MPa-10.140.14

压缩模量

MPa15.1612.86

固结系数

cm2/s4.3E-033.4E-03

渗透系数

m/s1.7E-081.8E-07

直剪快剪内摩擦角

17.2314.18

内聚力

kPa68.81105.31

[4]寇昆仑.强夯技术在加固松软地基中的应用研究[D].西安理

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[5]何锦恒,张　涛.强夯法加固软土地基的试验[A].天津软土地

　　根据表1可以看出,加固前后主要力学及压缩性指标均有所提高。强夯后的压缩模量较强夯前提高了17.88%、固结系数提

基论文选集[C].天津:天津科技出版社,1985.

[6]董　方.高速公路强夯加固技术理论与应用研究[D].湖南大学硕士论文,2004.

Researchesontheeffectofrailwaysub2gradetreatmentbyheavytampingmethod

SUNYong2jun

Abstract:Thearticleintroducesthestrengtheningmechanismofheavytampingmethod,illustratesseveraldevelopmentalstagesandresearchdirectionsofheavytampingtechnique,discussesthemainfactorsinfluencedheavytampingtreatment,carriesoutengineeringtestonitcom2binedwithconcretepracticalengineering,andshowsbytestresultsthatithaswelleffecttotampandstrengthenrailwaysub2gradebyheavytampingmethod.

Keywords:heavytampingtechnique,railwaysub2grade,engineeringtest