王珊珊唐山交通建设试验检测有限公司摘 要：以公路工程实例为依托，对该公路高填路基强夯追密试验展开分析论述
研究结果表明，夯沉量与夯击次数有关，当夯击能一定时，可以通过夯沉量确定出最佳的夯击次数，为强夯施工提供指导
同时，夯击能与夯坑周围土体隆起量有关，夯击能越大，隆起量越大
关键词：高填路基;强夯追密试验;夯击能;作者简介：王珊珊（1992—），女，工程师，从事公路试验检测工作
;0 引言山区高速公路建设过程中，因地质环境复杂，会遇到高填方路基，为提高路基的整体稳定性，要采用强夯的施工方法，将填筑层夯击密实，提高承载力，从而满足施工要求
通过强夯追密试验，能够确定出最佳的夯击次数，可为强夯施工提供指导
本文对公路高填路基强夯追密试验展开研究
1 工程概况某公路工程路线全长为79.39km，其中A路段位于山区内，受到地形地貌的影响，需要大量的高填路基施工
施工过程中，在强夯处理路段中选取试验段，其填方高度为20m左右，夯击能分别为2 500kN·m和3 500kN·m，夯锤直径2.0m，总重量为21.39t
B路段沿线上存在较多的高填路基，选取两个断面作为强夯试验段，填方高度为15m左右，夯锤的直径为1.6m，总重量12.5t，夯击能分别为1 500kN·m和2 000kN·m
下面重点对该公路中高填路基强夯追密试验展开分析
2 公路高填路基强夯追密试验2.1 地质条件分析2.1.1 A路段(1）该路段位于斜坡地带上，经过的地貌以中低山构造侵蚀和溶蚀谷地为主；地质构造为紧密褶皱，地层呈现为条带状分布；覆盖层为第四系冲洪积和残坡积层，前者厚度小，多分布在冲沟、河谷和低阶地段，后者主要分布在斜坡地段，厚度不均匀，含有大量的原岩碎块，下伏基岩的延性以沉积岩为主，常见的不良地质灾害有危岩、岩溶、泥石流、滑坡、崩塌等
(2）路段所在区域归属于亚热带湿润季风气候区，冬季无低温、夏季无高温，降雨量相对较充沛，年均温度在15.3℃左右，无霜期较长，约为288d
2.1.2 B路段(1）该路段的地势呈现如下特点：西高东低，北高南低，坡度较大，最大高差约为700m左右，地貌以山区和丘陵为主；地质特征为花岗片麻岩，质地较为坚硬；地层岩芯为第四系松散堆积层，包括洪坡积物、冲洪积等
(2）路段所在区域为暖温带大陆季风气候区，降雨相对较为集中，分布不均匀，平原少雨，迎风坡多雨，6～9月的降雨量占全年总降雨量的85%左右
2.2 强夯追密试验设计2.2.1 选择试验场地(1)A路段选取长度70m的试验段，桩号K19+910—K19+980，该试验段内的填方高度约为20m左右
本次试验开始前，试验段的填方高度达到13m
试验段的面积约为300m2，路基填料选用的是隧道弃渣，以分层的方式填筑
夯击点的位置在距离路基边坡12m的位置处，压力盒传感器布设在夯击点下方，沿着纵断面方向埋设
(2) B路段的试验段选择两个断面，桩号分别为K39+140和K39+146，填方高度为15.1m，试验开始前，已经填筑10m左右
试验段的东西两侧均为挖方路段，南北两侧为临空区域
试验段的面积约为120m2，夯击点与路基中心的距离为10m左右，压力盒传感器布设在夯击点下方，沿着纵断面方向埋设
2.2.2 强夯监测方案(1) A路段强夯试验的夯击能分别为2 500kN·m和3 500kN·m，强夯设备为直径2.0m、重量21.9t的夯锤，落距为11.6m和16.3m[1]
布设2个夯点，夯击次数设定为10次，试验中，每次夯击后，通过水准仪测量夯击点的高程，以此来获取表面的夯击沉降量，并利用布设的位移桩，测定土体隆起情况
(2) B路段强夯试验的夯击能分别为1 500kN·m和2 000kN·m，强夯设备为直径1.6m、重量12.59t的夯锤，落距为12.0m和16.0m
夯点布设2个，夯击次数设定为10次，试验中，每次夯击后，通过水准仪测量夯击点的高程，以此来获取表面的夯击沉降量，并利用布设的位移桩测定土体隆起情况
2.2.3 应力测试(1) A路段强夯试验布设51个压力盒传感器，试验正式开始前，测试传感器的性能，并将数值全部归零，在埋设压力盒传感器的过程中，要先将埋设处的地表整平，并在表层上铺设厚度10cm左右的细砂，将传感器放置水平后，用细砂覆盖，厚度控制在15cm左右为宜，传感器埋设完毕后，应将覆盖层压实，使仪器与砂层紧密接触
压力盒的导线应穿入PVC管内，以免测量过程中受损
盒线连接部位应用绝缘胶带缠紧，埋入细砂内
(2) B路段的强夯试验要布设两个断面，一个断面的夯击能为1 500kN·m，埋设压力盒传感器27个，另一个断面的夯击能为2 000kN·m，埋设压力盒传感器40个[2]
具体的施工步骤与A路段相同
2.2.4 试验设备在本次试验中，压力盒传感器和智能采集仪是主要设备，其中压力盒传感器为电阻应变式，能够测量各种土体在动态荷载作用下的动应力，有两种量程，分别为0.6MPa和1.0MPa，该仪器的特点体现在精度高、稳定性好、灵敏度高、绝缘性能好、体积小等方面
采集仪的核心技术为DSP和FPGA，具备多通道同时运行的能力，采集精度高、噪声低
为满足试验要求，配备两台采集仪
2.2.5 试验过程A路段内埋设的仪器设备相对较多，整个试验的复杂程度较高，具体的试验过程如下：(1）以试验区域的平面图作为主要依据，结合试验流程图，测量试验区内的夯点中心坐标及高程，并如实记录
(2）采用分层的方法填筑强夯试验段
第1层的填筑厚度为1.0m，经计算，填方量约为300m3，填料为隧道开挖产生的弃渣，通过运输车运至现场，用碾压设备将填料压实，测量第一个填筑层的高程，做好记录
当填筑完毕后，将填筑层的表面整平，通过观察无过大的起伏后，将压力盒埋设于填筑层内，要确保压力盒水平，以免倾斜影响测量结果的准确性
其余的填筑层按第1层的方法施工即可
(3）填筑至5层后，便可开展强夯试验，夯击次数设定为10次，强夯过程中，智能采集仪负责记录传感器的读数，现场通过水准仪，对夯坑的沉降量及周围土体的隆起量进行记录
B路段的试验过程与A路段基本相同
2.3 试验结果分析2.3.1 夯沉量与夯击次数的关系(1）强夯试验中，通过水准仪测定每次夯击后的夯沉量，可计算出累积夯沉量，根据夯沉量与夯击次数之间的关系，能够确定出强夯的最佳夯击次数
试验结果表明，在A路段中，夯击能为2 500kN·m时，首次的夯沉量为31cm，第2、第3、第4、第5和第6次的夯沉量分别为21cm、15cm、11cm、7.0cm和3.0cm[3]
第5次后夯沉量开始逐渐变小，第5和第6次的夯沉量平均值为5.0cm，到第9和第10次时，已经达到1.0cm
现行规范标准规定，强夯过程中，单击的夯击能在3000kN·m以内，最后两击的夯沉量应不大于50mm，当A路段的夯击能为2 500kN·m时，最佳夯击次数可以确定为6次
(2）夯击能为3 500kN·m时，首次的夯沉量为42cm，第2到第5次的夯沉量分别为26cm、18cm、12cm、8.0cm，第9和第10次时，已经达到2.0cm和1.0cm
第4次与第5次的夯沉量平均值为10cm，与现行规范标准规定的夯击能为3 000～6 000kN·m时，最后两击平均夯沉量不超过10cm的要求相符[4]
由此可见，当A路段开展强夯作业时，采用3 500kN·m的夯击能，最佳夯击次数可以确定为5次
(3）在夯击能不同的情况下，单击的夯沉量也有所不同
本次强夯试验中，A路段采用两种夯击能，分别为2 500kN·m和3 500kN·m，前者首次的夯沉量为31cm，后者首次夯沉量为42cm，相差11cm，第2到第5次的夯沉量均有差距，从第6次之后，夯沉量的差距越来越小，直至最终夯沉量全部1cm时，二者不再有差别
这说明，强夯试验中，夯击能与夯沉量成正比，即夯击能越大，产生的夯沉量就越大，而夯击次数增大，夯沉量会减小，之所以会出现这种情况，主要是因为土体经过反复夯击达到饱和状态，夯沉量随之变得稳定
(4）夯击能为2 500kN·m时，第五次时累计到85cm,10次累计的夯沉量为95cm，由此可以看出，夯击次数达到第5次时，累计的夯沉量已经达到总夯沉量的90%，换言之，土体经5次夯击后，沉降量已经基本稳定，密实度明显增大，继续夯击密实度只会出现小幅增长
夯击能为3 500kN·m时，所得的结果与2 500kN·m相同[5]
(5) B路段所得的结果与A路段基本相同，当夯击能为1 500kN·m时，最佳的夯击次数可以确定为7次；夯击能为2 000kN·m时，最佳的夯击次数也是7次
两个夯击能在夯击到第7次时，沉降量已经基本稳定，密实度明显增大，继续夯击的增长幅度很小
2.3.2 夯击次数与土体隆起程度的关系(1）当夯锤以自由落体的方式落到夯点时，受到重力加速度的作用，土体会被夯实，同时，夯坑周围的土体则会出现隆起的现象，这个隆起量可以通过水准仪测得
每一次夯击土体均会产生沉降，与夯锤距离越近的位置沉降量越大
由强夯试验结果可知，在A路段，夯坑的深度随着夯击次数的增加而增大，增幅逐步减小
两种不同的夯击能下，在距离夯锤中心1.8m左右的位置处，土体隆起，随着夯击次数的增加，隆起量随之增大
在第一击时，隆起量的增幅最大，之后逐步减小，与夯坑深度的增加趋势基本一致
当夯击到第5次时，坑壁成型，未再出现扩散的现象，不同夯击能的差别体现在夯坑的深度和隆起高度的不同，并且形成的夯坑直径也有所差别，但并不是很大，可以忽略不计
夯坑周围土体的隆起量与夯击能有关，即夯击能越大，隆起量越大
(2）在B路段，夯坑的深度随着夯击次数的增加而增大，增幅逐步减小
夯击能为1 500kN·m和2 000kN·m时，距离夯锤中心1.5m位置处的土体隆起，在第一击时，隆起量的增幅最大，之后逐步减小，与夯坑深度的增加趋势基本一致[6]
当夯击到第6次时，坑壁成型，未再出现扩散的现象，不同夯击能的差别体现在夯坑的深度和隆起高度的不同，且形成的夯坑直径也有所差别，但并不是很大，可以忽略不计
夯坑周围土体的隆起量与夯击能有关，即夯击能越大，隆起量越大
2.3.3 强夯动应力沿纵横向变化从采集仪中，导出强夯第2击的动应力数据，以此为依据，分析其变化规律，具体结果如下：(1)A路段的夯击能为2500kN·m时，位于夯锤正下方2.5m位置处的动应力为66.75kPa,4.5m处为32.63kPa，相比2.5m减小50%,5.5m处为18.35kPa，相比4.5m处减小40%,6.5m处和7.5处分别为8.26kPa和4.15kPa；夯锤左偏1.0m位置处，夯锤正下方2.5m、4.5m、7.5m的动应力分别为33.75kPa、16.63kPa和3.15kPa；夯锤左偏2.0m位置处，夯锤正下方2.5m、4.5m和7.5m的动应力分别为17.66kPa、8.73kPa和2.53kPa；夯锤左偏3.0m位置处，夯锤正下方2.5m、4.5m和7.5m的动应力分别为10.35kPa、4.63kPa和1.15kPa[7]
从上述数据中可以看出，强夯动应力会随纵向深度的增加而减小，夯锤下方距离较小的位置，动应力的衰减速度相对较快，当深度增加后，动应力衰减速度开始放缓
(2）在B路段，当夯击能为1 500kN·m时，位于夯锤正下方2.5m位置处的动应力为58.23kPa,3.5m处为35.17kPa，相比2.5m处降低40%,4.5m处为22.96kPa，相比3.5m处降低35%；夯锤左偏1.0m位置处，夯锤正下方2.5m、3.5m、4.5m的动应力分别为30.23kPa、17.23kPa和13.76kPa；夯锤左偏2.0m位置处，夯锤正下方2.5m、3.5m、4.5m的动应力分别为18.98kPa、12.65kPa和10.76kPa；夯锤左偏3.0m位置处，夯锤正下方2.5m、3.5m、4.5m的动应力分别为12.535kPa、8.30kPa和6.65kPa
夯锤正下方4.5m处的动应力达到22.96kPa，由此说明，加固深度达到4.5m以上[8]
3 结语公路高填路基强夯追密试验是一项较为复杂的工作，试验过程中涵盖的内容较多，为确保结果准确，要掌握相关的方法和要点[9]
本次实验表明，在夯击到第7次时，沉降量已经基本稳定，密实度显著增加，继续夯击的增长幅度非常小；夯沉量与夯击次数有关，最佳夯击次数可以确定为6次；夯坑周围土体的隆起量与夯击能有关，即夯击能越大，隆起量越大；强夯动应力会随纵向深度的增加而减小，夯锤下方距离较小的位置，动应力的衰减速度相对较快，当深度增加后，动应力衰减速度开始放缓
通过试验，能够为最佳夯击次数的确定提供依据，有助于强夯施工的顺利完成
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