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软土路基强夯处理方法及加固效果研究
作者:biyeessay    发布于:2021-03-26 10:13:24    文字:【】【】【
摘要:在8遍点夯+4遍满夯的处理下,使用瑞雷波法检测路基加固效果,从频散曲线可以看出加固后路基土密实度明显改善,波的传播速度提升较大,土体承载力、变形模量有较大的改善。通过试验段数据的回归分析,确定承载力、变形模量与传播速率的定量关系。结果表明约96%的测点满足路基承载力强度要求,强夯法加固软土路基的效果较好,可为类似工程提供参考。
软土路基强夯处理方法及加固效果研究


摘要:在8遍点夯+4遍满夯的处理下,使用瑞雷波法检测路基加固效果,从频散曲线可以看出加固后路基土密实度明显改善,波的传播速度提升较大,土体承载力、变形模量有较大的改善。通过试验段数据的回归分析,确定承载力、变形模量与传播速率的定量关系。结果表明约96%的测点满足路基承载力强度要求,强夯法加固软土路基的效果较好,可为类似工程提供参考。
关键词:强夯法;地基处理;瑞雷波检测;回归分析


Dynamic compaction treatment of soft soil subgrade and analysis of vehicle dynamic load response mechanism
Abstract: Under the treatment of 8 times point ramming + 4 times full ramming, the Rayleigh wave method is used to detect the effect of subgrade reinforcement. From the dispersion curve, it can be seen that the compactness of subgrade soil is significantly improved after reinforcement, the propagation speed of wave is greatly improved, and the bearing capacity and deformation modulus of soil are greatly improved. Through regression analysis of the test data, the quantitative relationship among the bearing capacity, deformation modulus and propagation rate is determined. The results show that about 96% of the measuring points meet the requirements of subgrade bearing capacity and strength, and the effect of dynamic compaction is better, which can provide reference for similar projects.
Key words: dynamic compaction; foundation treatment; Rayleigh wave detection; regression analysis


 
1 引言
经济快速发展促进交通运输行业的发展,在路桥修建过程中会经常出现地基承载力不足的现象。针对这种现象,往往需要进行地基加固处理,地基加固方法包括:强夯法[1-2]、真空预压法[3-4]、挤密砂桩[5-6]、高压旋喷桩[7-8]等,其中,强夯法、真空预压法在原地层岩土强度较高的工程中较为适用,挤密砂桩、高压旋喷桩在一定程度上对原有岩土体进行置换,形成复合地基提高地基承载力。针对地基加固效果常用的检验方法包括:现场试验[9]和数值模拟[10]研究。本文以某公路修建过程中,路桥过渡段遇到的软土地基问题,研究强夯法在这种类型地基加固中的应用。
公路采用沥青混凝土浇筑,厚度为20cm。路面以下为半刚性基层,厚度为40cm。工程区内含有厚度在2.5~3.5m的素填土石层,密实度不均匀,在工程区范围内厚度变化相对较大。2.0m以上部位多为碎石,块径在0.30m~0.60m之间居多,下部多为粉质粘土。在淤泥层上含有一硬壳层,硬壳层下淤泥厚度在20.0m以上,含有腐殖质,强度较低。淤泥层下为砂卵石层。
2 软弱路基处理方法
地基设计填土高度为5.0~6.5m,根据勘察报告,此处在厚度在2.5~3.5m的素填土石层,这将大大提高地基处理的难度。一般情况下,使用竖向排水和桩基础进行地基加固处理,在此工程中若使用以上两种方法进行地基加固,则需要开挖或者穿越2.5~3.5m厚的素填土石层,施工难度较高、工程量大、工程工期长且工程投资高。若使用天然地基,不进行地基加固处理,直接采用回填土的方式,则难以保证工程的正常使用,正常施工后难以避免会出现不均匀沉降、塌陷、失稳等现象,造成路面形成裂缝,严重影响到道路的正常使用。
结合工程特点以及类似工程经验,采用强夯法作为地基处理方法。通过多次强夯,使得地基提前完成固结沉降,通过回填山石提高原硬壳层的厚度,同时在重力作用下加速下伏淤泥层的固结,提高地基承载力用以支撑上覆填土的荷载。
根据工程经验,该项目在采用强夯法进行地基加固处理是,可采用8遍点夯+4遍满夯的夯实处理措施。其中8遍点夯的夯击能在1500~2500kJ之间,满夯夯击能在800~1200kJ之间。点夯采用4.0m×4.0m正方形布置。两次夯击处理之间时间间隔在7d~12d为宜。
地基强夯加固初期,采用D=2.5m的平锤,采用夯沉量,一般在0.2~0.3m之间较为适宜。主要原因是原地层中存在硬壳层,导致夯击能难以直接传递至淤泥(软土)层,使用D=2.5的平锤以较小的夯沉量进行夯击处理,有利于软土的加固效果。后期采用D=1.25m的柱锤,可击穿原硬壳层,将夯击能传递至淤泥层。单点夯击完成后,应立刻在夯坑中回填土,平整后再次夯击[11]。
3 基于瑞雷波技术强夯加固效果检验
3.1 基本原理
根据现阶段已有的研究成果显示,土体的密实度、承载力以及其他相关的力学性质与瑞雷波在土体中的传播特征具备较为显著的相关性。因此,利用瑞雷波的传播速度等相关传播特征参数,反映待检测的土体相关参数是可行的。
采用强夯法对软土路基进行加固处理后,可明显降低软土的压缩比,有效提高了=地基承载力和瑞雷波的传播速度。因此,获取的瑞雷波传播速度高则表明地基加固效果较好,若传播速度较低则表明地基加固效果较差。瑞雷波的面波传播速度是路基土承载能力的直接反应。
瑞雷波检测路基加固效果的信号采集装置见图1。在工作现场,利用地表布置的传感器获取脉冲荷载作用下R波的竖向分量信号。之后利用频谱获取R波速度。
 
图1 瑞雷波检测系统
3.2 检测方法
面波采用单端激发共炮点等道间距排列,根据工程经验选取适宜的偏移距、道间距等参数,采集相关数据,根据频谱分析与相关计算获取频散曲线。
根据本工程特点,测线沿着道路轴线布置,使用6次叠加、12道接收的方法对加固后的路基进行连续探测。
(1)激发面波。由于瑞雷波穿透深度与波长成正相关关系,因此,频率越低的瑞雷波穿透性越强。因此,探测深度取决于瑞雷波的频宽。由于本工程路基深度较浅,使用大锤锤击垫板获取高频的瑞雷波。
(2)确定偏移距、道间距。偏移距、道间距对检测的深度、宽度影响较大。偏移距、道间距越小检测深度越浅。结合工程特点,确定偏移距为6.0m,道间距为2.0m。
(3)其他参数确定。瑞雷波获取的频散曲线经常出现数据分布不均匀的现象,低频散点较为稀疏,高频散点较为致密。采样间隔和记录长度与检测结果精度关系密切,根据类似工程检测经验,确定本次检测确定采样间隔为0.5ms,记录长度为0.8s,采样点数为1024。为了获取尽可能多的数据,检波器采用4Hz,在采集数据之前需对检波器进行一致性检验,检测结果必须满足工程检测要求。
3.3 检测结果
采用强夯法对软土路基进行加固处理并整平后,保证了路面的平整度,检波器在该环境中施工较为简便,与路基表面之间展现出了较好的耦合性。由于工程施工工期较为紧张,在检测过程中难以避免会遭受汽车、人工活动扰动,对工程检测精度带来一定影响,但是在工程检测过程中已经尽可能将扰动控制在最小的程度,工程检测结果较为可靠。
3.3.1 频散曲线
采用强夯法加固前、后的频散曲线见图2。通过对比结果可知采用强夯法处理后,软土路基的加固效果和强夯法的影响深度。与加固前相比,瑞雷波的传播速率有了较大幅度的提升,表明软土路基的密实度有了较大幅度的提高,路基土承载力提高。同时可知,此次强夯法加固软土路基影响深度约为7.5m。
 
图2 加固前、后频散曲线对比
3.3.2 定量分析
在进行软土路基加固效果检测过程中选取部分路段作为试验段。在进行瑞雷波检测的同时,进行承载力检测,同时获取该段路基的瑞雷波传播速度和路基土的强度参数,如:承载力、变形模量。采用回归分析的方法获取该段软土路基承载力、变形模量与路基瑞雷波传播速度的关系。回归分析结果如下:
F=2.64×V0.78(1)
E=8.84×10-5V2.47(2)
式中:F为承载力;E为变形模量;V为瑞雷波传播速度。
强夯完成后,根据检测结果,加固后的路基96%的测点满足要求。各层地基承载力提升较大。其中素填土层地基承载力由加固前的160kPa提升至210kPa;淤泥层承载力由加固前的42kPa提升至48kPa。力学强度提升显著。
4 结论
根据工程经验采用8遍点夯+4遍满夯的方式处理软弱地基。使用瑞雷波检验强夯法加固软土路基效果,通过频散曲线分析,加固后土体密实度明显提升,土体承载力、变形模量明显改善。通过回归分析获取加固后土体承载力的定量结果,96%的测点满足承载力要求。
参考文献:
 
[1] 陈超.强夯法在高速公路路基施工中的应用分析[J].黑龙江交通科技,2019,42(01):66+68.
[2] 刘慧.强夯法在公路软土地基处理中的应用[J].工程建设与设计,2019(08):90-91.
[3] 杜虎.真空预压法在某软基处理工程中的应用[J].福建交通科技,2019(02):138-140.
[4] 孙佳锐,王常明,吴长江.直排式真空预压法加固吹填土地基的固结沉降分析[J].岩土工程技术,2019,33(02):92-96.
[5] 陈培帅,夏崟濠,谭贤君,罗会武,杨晓华.预压荷载作用下砂桩复合地基承载力模型试验研究[J].水利水电技术,2019,50(04):16-22.
[6] 何洪涛,李建宇,林佑高,王坤.挤密砂桩加固外海深厚软土沉管隧道基础[J].中国港湾建设,2019,39(05):67-74.
[7] 宋新龙,周波,魏鲡.高压旋喷桩处理路基病害成桩控制技术现场评价试验研究[J].水利与建筑工程学报,2019,17(02):216-221.
[8] 张祥龙,黄传青,张伟.高压旋喷桩加固地基在南京越江隧道风井工程中的应用[J].工程建设,2018,50(12):41-45.
[9] 费晗,李志俊,蔡德钩.瞬态瑞利波法在检验地基加固效果中的应用研究[J].铁道建筑,2010(09):86-88.
[10] 刘彬.螺纹桩和水泥搅拌组合桩地基处理数值模拟[J].铁道建筑技术,2018(11):101-105.
[11] 王洋.沿海吹填区道路软土地基处理方法初探[J].北方交通,2018(03):132-134

 
 
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