路基强夯法施工工艺
张璟鑫++徐占锋
[摘 要]桥涵台背跳车历来是市政公路工程在运营过程中难以避免也难以解决的问题，近年来一些工程采用强夯机对桥涵台背进行夯实，提前加速该部位的工后沉降，收到了一些积极的效果。目前，其仅在改良土路基或填石路基上有所应用，但土石路基在江汉平原上难以适用，本文专门针对江汉平原上采用长江砂作为筑材填筑的路基进行分析研究并将试验结果做出阐述，旨在阐明强夯设备在此类填料上的作用与效果，为类似工程提供部分借鉴与依据。
[关键词]江汉平原；填砂路基；沙公高速；桥涵台背强夯；施工
中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0014-02
1 项目背景与国内研究现状
由于桥（涵）台为刚性体，桥头路基为弹塑性体，在路基填土自然固结沉降及行车荷载的长期作用下，桥（涵）台与桥头路基形成高差导致桥头跳车，因此台背回填的夯实效果直接关系到公路通行后行车安全性与舒适性。虽然在施工过程中，台背的填筑质量已经过监理中心试验室检测合格，但出于品质工程更高的要求与具备充足的质量储备的目的来考虑，通过强夯法处治可以成倍的提高路基承载力，大大改善路基填料间的均匀性，从而减少结构物背部回填的不均匀沉降值。
本文以湖北省沙市至公安高速公路第一标段为依托，对填砂路基桥涵台背进行夯实试验，得出夯实参数，最终通过结果论证夯实的效果。
2 主要研究过程
2.1 试验部位选择
由于施工现场背墙结构的不同，分为肋板式与直墙式，根据现场实际情况，将刘院子中桥小桩号（K19+679.5）台背回填及K19+500机耕通道台背回填范围作为本次液压高速夯实机夯实首件施工部位。
背回填填料为级配良好的透水性砂砾，粒徑小于10cm，分层压实厚度不大于15cm，压实度不小于96%，桥梁台背回填平均高度约为3.6m，回填顶面宽度约为25.6m，砂砾回填量484m3；机耕通道台背回填平均高度约5m，回填顶面宽度约25.3m，台背两侧砂砾回填量1373m3。台背回填施工均满足规范值，且全部已通过监理单位的验收检测。
2.2 设备选择
施工现场采用上海朗信THC36系列液压高速夯实机，该机锤重3t，在重力和液压力的作用下，强制下落对路基进行压实，并在液压油缸的作用下实现快速的上下往复动作，在装载机或挖掘机工作装置的牵引下，可以机动灵活地对公路路基不同位置进行准确、快速压实，从而满足对冲压、作业面积进行单点或连续的压实要求。根据需要，夯击能量根据提锤的高度有低、中、强三档可调，产生的最大夯击势能可达6KJ，最大夯击势能时的频率可达20次/min，该施工水平方向影响半径为2m，垂直方向影响深度可达4m。其性能参数如表1所示。
2.3 测量放样
（1）待台背分层回填完毕后，对台背回填顶面进行高程测量，确保达到设计高程，并将测量结果形成纸质版高程数据表。
（2）现场测量人员利用全站仪放出台背回填长度和宽度，用石灰标识出砂砾回填区域、包边土内边线。放出各夯点布设位置，距离应急车道外边线1.6m、距离墙身1.5m进行划线指导现场强夯机施工。
2.4 夯点布置
（1）本试验段夯点间距按锤径的1.2倍考虑，采用夯锤的直径为1m，则夯点中心间距为1.2m。
（2）按照夯点布置原则采用石灰标示出台背回填区域的各夯点布置位置，为后续强夯施工做准备。
3 夯实施工
3.1 第一阶段
通过对比试验的方法确定冲击效果，确定最佳落锤高度。
（1）第一批次贴近桥台设置两个点，贴近包边土设置两个点，采用60cm落锤的高度进行试验，击实作业完后对桥台混凝土结构与包边土预埋测点进行检测。
（2）第二批次同样设置四个点，但点位与第一批次点位应错开，采用90cm落锤高度进行试验，击实作业完成后对预埋测点进行检测。
3.2 第二阶段
本阶段同样设置两批次测点进行试验，第二批次试验作用为确定第一次批次试验成果的可靠性。
（1）设置两相邻点作为本试验载体，采用第一阶段确定的落锤高度进行击实施工。
（2）稳定指标按强夯地基处理规范中连续次数内下降不小于1cm视为稳定。
（3）待一号点趋于稳定后，进行二号点的击实作业；由于前述作用机理，二号点在进行击实作业过程中，一号点的坑面一定会向上隆起，判定稳定依据仍然为连续两次隆起高度小于1cm。
（4）分别记录两试点达到稳定条件后的击实次数，由于两试点隆起与下降的过程实际上可视为台背回填区材料内部力的重新分配与重新平衡，故最终的击实采用采用两试点击实次数关系即可。
3.3 实施阶段
（1）根据已布置好的点位，在点位上放置一块400×300mm，厚3cm钢板，保证钢板水平，现场实际施工前并未洒水湿润。
（2）调整液压强夯机位置，使夯锤垂芯能够与钢板中心重合，保证夯击时钢板受力均匀。
（3）第一阶段试验，在贴近桥台位置选取了两个点，分别用60cm落锤高度和90cm落锤高度进行夯击试验。用90cm落锤高度夯击试验时，当夯击次数达到24次时，经现场测量沉降量趋于稳定；用60cm落锤高度夯击试验时，当夯击次数接近24次时，经现场测量沉降量依然明显。
（4）第二阶段试验，在台背回填与路基结合部位选取了两个相邻点，用90cm落锤高度进行强夯试验。首先夯击第一点，现场发现当夯击次数达到26次时，最后两次沉降量1cm、0.9cm，停止夯击第一点；接下来夯击第二点，同时对已经实施夯击的第一点隆起情况进行监测，液压强夯机夯击第1次时，经测量第一个夯击点隆起变化量接近3cm；当夯击次数达到10次时，经测量第一个夯击点隆起变化量为2.5cm；当夯击次数达到第15次、16次时，经测量第一个夯击点隆起变化量为0.7cm、0.5cm，因隆起变化量已经小于1cm，停止夯击试验。
（5）试验结束后，对台背回填范围内的夯击点进行整平处理，对该区域进行高程测量，计算出台背回填沉降量。
3.4 水平位移监测
（1）在桥台背墙、墙身、包边土位置设置水平位移观测点，桥台位置两侧包边土各设置2个点，台身设置4个点。
（2）在夯击过程中，采用全站仪做好各观测点的水平位移连续监测工作，并做好相关记录，当水平位移出现异常情况时，应立即停止施工。
4 小结
4.1 肋板式桥台夯实试验数据整理
通过液压强夯首件工程的施工，确定了液压强夯夯击次数、夯锤高度等参数，原施工方案合理、具备实际操作性。关键工序控制（如：落锤高度、夯击次数、点位布置合理等）控制良好、到位，其施工工艺流程可以在全线进行推广，指导后续台背强夯施工。
（1）台背强夯试验过程总结：
本次试验通过两个阶段试验，第一阶段试验主要确定落锤高度参数，通过试验测试出落锤高度对桥台混凝土结构及包边土产生的影响，第二阶段试验主要确定击实次数，通过试验确定合理击实次数用以指导大规模施工。
①在第一阶段试验中经测量结果显示，达到相同的击时效果用90cm落锤高度夯击效率更高，同时经过水平位移监测，包边土及桥台混凝土结构物无位移，正好验证了“在其不产生破坏作用的前提下，落锤高度越大，击实效率越高，效果越好”的理论。
②在第二阶段试验中，分别记录两试点达到稳定条件后的击实次数，根据试验数据第一点夯击26次后，平均每次沉降量小于1cm，据此判定达到稳定沉降效果；当第二点夯击次数达到16次时，第一点隆起量0.5cm，平均每次隆起量小于1cm，据此判定达到稳定状态；由于两试点隆起与下降的过程实际上可视为台背回填区材料内部力的重新分配与重新平衡，故最终的击实次数可视为26-16=10次。
综合以上两阶段夯击试验，采用落锤高度90cm，夯击数10次的方法即可达到理想夯击效果。
（2）台背强夯试验思考：
试验结束后，对刘院子小桩号桥台（K19+676）台背回填区域的夯点收面后复测标高，得到整体夯实面下降约7.3cm，换算成砂砾方量约19.71m3。通过此次强夯试验，很大程度上的减少了结构物背部回填的不均匀沉降值，同时也证明了强夯液压工艺的可行性及施工的必要性。
4.2 直壁式夯击试验数据整理
在K19+500机耕通道台背回填区域强夯试验用90cm落锤高度、夯击10次方法进行夯击试验，主要目的是探索前阶段已确定的最佳落锤高度和最佳夯击次数的夯击方法對直壁式桥台台背回填的夯实效果。
本试验按照首件施工方案确定夯点布置原则进行点位布置，在贴近桥台结构物1.5m处选取2点，贴近应急行车道一般宽度位置选取2点分别进行两次夯击试验，即选取4个试验点进行夯击。
（1）第一次试验，选取桥台结构物附近的两个夯点，第一点2次～10次夯实累积最大沉降23.4cm、相对沉降最小1.4cm；第二点2次～10次最大累积夯实量22.7cm、相对沉降最小1.3cm。
（2）第二次试验，选取应急车道两个夯点，第三点2次～10次夯实累积最大沉降22.6cm、相对沉降最小1.5cm；第四点2次～10次最大累积夯实量22.3cm、相对沉降最小1.2cm。夯击试验结束后，对K19+500机耕通道台背回填区域的夯点收面后复测标高，得到整体夯实面下降约5.2cm，换算成砂砾方量约13.5m3，试验数据见下表：
5 总结
5.1 基于试验数据对比后的思考
首先，两种结构形式的混凝土桥台试验数据差异性主要来源于混凝土结构的不同，扶壁式桥台台背区域除提供了路基横向的侧向力外，较肋板式桥台还承受了沿路基纵向的侧向荷载。故而，砂砾内部力重新平衡后，反射到表面的变化量小于肋板式桥台。
其次，在施工过程中，通过设置人手对现场进行巡察的结果来看，肋板式桥台的台前锥坡表面无推移无裂缝。从试验结果来看，两种桥台结构物均未产生移动，因此，可初步推测夯实产生的材料推移效果对桥台前后与包边土基础无破坏性效果。
最后，对比两种数据可得，由于砂砾材料本身具备的特性—基本无粘聚力，也无级配。因此，在夯实过程中的材料体积的变化应当为材料本身体积压缩与小部分材料的推移，且推移量不足以引起已施工完毕的结构物与包边土的整体推移。
5.2 建议
（1）夯实前对台背区域进行洒水，使夯实效果更好。
（2）虽然试验已对90cm高度落锤进行了验证，但出于保护结构物的角度出发，建议将临近结构物的一排夯点落锤高度改为60cm。
5.3 结论
数据结果对比见表2。
通过上述试验确定，本方法在实际夯实过程中，通过数据证明可行，能对台背质量起到一定的提升效果。在台背逐层验收合格的前提下，可使其内部密实度得到进一步的加强。
参考文献
[1] 《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）.
[2] 强夯地基处理技术规程》（CECS 279：2010）.
作者简介
张璟鑫（1989年-），男，助理工程师，毕业于黑龙江工程学院土木与建筑工程学院道路桥梁与渡河工程专业，工学学士，从事公路、市政工程项目管理工作5年，主要负责技术管理工作。
徐占锋（1991年-），男，助理工程师，毕业于武汉工程大学资源与土木工程学院土木工程交通土建专业，工学学士，从事公路、市政工程项目管理工作2年，主要负责技术管理工作。
