铁路软土路基强夯施工过程控制

【摘要】随着社会的发展与进步，重视铁路施工技术具有重要的意义。本文主要介绍张家口至集宁铁路、集宁至包头增建第二双线、西小召至金泉、临河至策克等专线施工技术的有关内容

【关键词】铁路，软土路基，施工技术，管理

【 abstract 】 along with the development of social development and progress, and pay attention to the railway construction technology has the vital significance. This paper mainly introduces to JiNing railway, JiNing zhangjiakou baotou to the second double, west more small called to JinQuan, overlooking the strategy to such as of construction technology of special line, related content

【 key words 】 railway, soft soil subgrade, construction technology, management

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1.强夯施工简述

随着铁路建设步伐的加快，高速铁路在我国日新月异的飞速发展，列车运行的安全对铁路基础的稳定提出了更高的要求，最近几年新建铁路如：张家口至集宁铁路、集宁至包头增建第二双线、西小召至金泉、临河至策克等都存在不良的地质条件，而且在主要干线的路基施工都不同程度的遇到软弱土地基的情况，这就需要采取一定的措施对不良地质进行处理。强夯就是一种强夯法常用来加固碎石土、砂土、非饱和粘性土、杂填土地、湿陷性黄土等类地基基础，目前广泛应用于工民建、公路、铁路路基、机场跑道、码头等地基处理工程。具有效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节省材料等优点。它通过用巨锤(锤重一般为80～250kN)从高处自由下落(落距一般为8～40m)对地基施加巨大的冲击能及冲击波，使土中出现很大的冲击应力，由于土由固液气三态组成，土体中产生瞬间变形，土层孔隙压缩，土体局部液化，在夯击点周围产生裂缝，形成良好的排水通道，土中的孔隙水和气体逸出，使土粒重新排列，经时效压密达到固结，从而提高地基承载力，降低其压缩性。强夯法还能改善砂类土抵抗振动液化的能力，消除湿陷性黄土的湿陷性，是一种经济和有效的地基加固方法。

2. 强夯施工

2.1施工准备

张集铁路是时速200km／h客货共线，在DK87+800-DK88+200段属于明显的软土地基，施工前，首先调查强夯范围内地表附着物与地质情况、地下构造物和各种地下管线的位置及标高等，对影响施工的各种不利因素，采取切实可行的措施消除各种隐患。当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物及建筑物内人员或设备可能产生有害的影响时，应设置监测点，采取挖减振沟等隔振或防振措施。并做好现场临时防护与排水。

2.2编制施工组织设计

施工前应编制施工组织设计，内容包括施工方法与施工工艺、机具选择、人员组织以及施工总平面布置、计划进度、质量与安全、环境与文物保护等。

2.3强夯试验

采用强夯法处理不良地基，应先按照设计图纸采用不同的夯击能、夯击次数首先进行试验段施工。强夯处理前，一般都有勘察单位提供的勘察报告，里面有不同深度处原状土的天然密度（干密度）、天然含水量、地基承载力、湿陷性系数等，若有条件可在现场不同深度处取原状土测其天然密度（干密度）、天然含水量、地基承载力、湿陷性系数等，并做土的液塑限试验，或进行夯前标准贯入试验及静力触探试验；以备在强夯处理完毕后质量检测时采用上述对应的方法进行对比。

施工前要测量夯锤落距。通过检测不同夯击能、夯击次下不同深度土的干密度、地基承载力、含水量、湿陷系数、夯沉量，判定湿陷是否消除或消除湿陷深度及地基承载力是否满足设计要求，同时控制最后两击夯沉量之和不大于15cm,之差不大于8cm。施工中应详细记录总沉降量和高程。

按不同夯击能、夯击次数处理地基后，分别在不同部位取土样，完成固结试验和密实度及标准贯入等试验，同时完成不同深度处地基承载力试验。

根据试验数据判断：达到要求地基承载力或处理深度时，合理的夯击能所对应的最佳夯击数、夯沉量、干密度及承载力，并以最佳夯击数所对应的夯沉量、干密度及承载力作为施工控制指标。

试夯注意事项：

（1）试夯时夯点的数量，应根据设计要求及地基的复杂程度、土质的均匀性和建筑物类别等综合因素确定。在同一地基内如土性基本相同，试验段施工可在一处进行；否则，应在土质差异明显的地段分别进行。

（2）在试夯过程中，应测量每个夯点每夯击1次的夯沉量。

（3）试夯结束后，应从夯前原地面起至其下2.5或4.0m深度内，每隔0.5～1m取土样进行室内试验，测定土的干密度、湿陷系数等指标，必要时，可进行静载试验或其它测试。

（4）当测试结果不满足设计要求时，应调整有关参数（如夯锤质量、落距、夯击次数、夯点间距等）重新进行试夯。

（5）通过试夯，可以确定在不同夯击能下处理地基能达到的有效深度，为施工提供有关参数，并可验证强夯方案在技术上的可行性和经济上的合理性。

（6）夯击次数和最后2击的平均夯沉量，应按试夯结果或试夯记录绘制的夯击次数和夯沉量的关系曲线确定，夯击次数以达到最佳次数为宜。

2.4 强夯施工参数的确定

强夯施工参数应依据工程场地的土质情况和具体工程质量要求以及试夯参数确定，主要参数有：有效加固深度、单位夯击能、夯点的布置及间距、单击夯击数及夯击遍数等。

1）有效加固深度

有效加固深度既是强夯加固效果的表示，又是选择地基处理方法的重要依据，它反映了处理效果。根据我国的实践经验，一般按下式计算公式：

式中：H――有效加固深度(m)；W――夯锤重（kN）；h为落距（m）；α――与土的性质和夯击能等因素有关的系数，一般变化范围为0.5～0.9。根据工程地质条件和设计要求，如某工程α取0.45。则计算出土层的有效加固深度H=4.5M。

2）单击夯击能

锤重M(kN)与落距h(m)是影响夯击能和加固深度的重要因素，设计中按单点夯击能考虑。

E＝W×h （2）

式中：E――单击夯击能（kN•m）。W――夯锤重（kN）；h为落距（m）；

3）夯点的布置及间距

为了使夯后地基比较均匀，对于较大面积的强夯处理，夯击点一般可按三角形或正方形布置夯击点，这样布置比较规整，也便于强夯施工。根据现场实际情况，可采用正方形或梅花形布置。主夯与副夯时夯点间距采用4.0m；满夯时夯点彼此搭接采用1/4夯锤直径。

4）单点夯击数及夯击遍数

夯击遍数应根据地基土的性质、夯击功能与有效加固深度确定。某工程单点夯击数采用7击，夯击遍数为三遍。

第一遍：主夯，间距4.0m，正方形布置点位，单点夯击7击；

第二遍：副夯，在各主夯点位中间穿行，间距4.0m，正方形布置点位，单点夯击7击；

第三遍：满夯，采用夯点彼此搭接1/4夯锤直径连续夯击。满夯的目的在于将场地表层松土夯实。

5）处理范围

强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1／2～2／3，并不小于3m。

2.5施工程序与施工要点

2.5.1主要施工程序：

①清理、平整场地②现场标出第一遍夯点位置、测量场地高程③起重机就位、夯锤对准夯点位置④测量夯前锤顶高程⑤将夯锤吊到预定高度脱钩自由下落进行夯击，测量锤顶高程⑥往复夯击，按确定夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击⑦重复以上工序，完成第一遍全部分点的夯击⑧用推土机将夯坑填平，测量场地高程⑨在规定的间隔时间后，按上述程序逐次完成全部夯击遍数⑩用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。

2.5.2施工要点如下：

（1）清理场地：强夯施工前，对施工场地进行清理平整。

（2）夯点布置及间距：主夯按夯点间距4m正方形布置，副夯点穿插在主夯点位中间，仍按间距4m布置，满夯夯点彼此搭接1/4连续夯击。夯点放样用石灰桩标明位置，每遍夯击前及夯击后均测量地面标高，计算夯沉量。

(3)夯击就位，进行第一遍主夯夯击：

夯锤采用圆柱形锤，夯锤直径2.5m，高1.2m，底面积4.91m2，锤重16.12t。主、副夯及满夯均用此夯锤。第一遍夯击落距采用13.5m，夯击能为2133KN•m。夯机就位后，将夯锤按设计夯击能起吊至预定高度，脱钩下落，放下钓钩测量锤底倾斜度，当倾斜度大于30°时，应将夯坑填平后再进行夯击。主夯夯击，每点夯击4锤。按上述间距，正方形布置。并做好详细记录。

(4)移动位置，进行下一点夯击。直至完成第一遍夯击。

(5)主夯完成以后，静置一周，待孔隙水压力消失以后，推平夯坑，准备副夯。

(6)重新测量定位，按上述要点进行副夯施工。

副夯每个点同样夯击4锤，夯击能与第一遍相同。夯完以后，间隔一周，推平夯坑准备满夯。

(7)满夯处理：满夯时夯锤落距为第一遍主夯时落距的一半，采用6.7m，夯击能为1050KN•m，满夯处理范围为包括进行主、副夯的全幅。满夯时，夯点彼此搭接1/4（锤底面积）。夯后测量标高。

(8)夯坑若有积水，应排除以后才能推平夯坑。

2.6、施工机具

(1)起重设备：为强夯的主要机械，一般额定起重能力为夯锤重量的1.5―3倍，现场采用履带式吊车改装。根据工程所采用的夯锤和起重高度来选用起重机的型号。可单机作业，也可主、副机(移锤)联合作业。

(2)门架：由横梁和二个支腿组成，支腿的结构形式有格构式或管式。门架上部横梁中心绞接于吊杆顶部。

(3)脱钩装置：强夯机械应采用带有自动脱钩装置的履带式起重机起吊夯锤，保证强夯机在起落锤时不发生倾覆。由带拉杆的吊钩和滑轮组成，配上牵引钢丝绳，当夯锤起到规定高度时能自动脱钩落锤。

(4)夯锤：夯锤的选择系根据土质条件、设计要求和强夯能级决定。夯锤重一般为80―400kN。设数个上下贯通的通气孔。夯锤的材质为铸钢、铸铁或钢壳包混凝土几种。其锤底形状多为圆形，锤底面又有平底、锅底、球形等，地面投影面积一般为4―8m2。

(5)推土机：是强夯必不可少的辅助机械，作为场地整平压实之用。

2.7、劳动组织

(1)起重工： 3000―4000kN•m配8人；

（2）填料工30人(指需填料强夯)。

(3)起重机车司机：2人。

(4)推土机司机：2人。

(5)机修工：3人。

(6)测量工：3人。

(7)其它管理人员和工人配备18人，进行辅助或配合。

3.施工过程中质量控制要点

3.1强夯中需要测定的数据

(1)夯前的场地标高，各遍夯后整平标高。

(2)各遍夯点最后三击的夯沉量，计算出夯坑的总下沉深度，各遍在整个夯区内均匀的选一定数量的点测每一击的下沉量，作为与试夯比较和检测参考、满夯只在开始时，以贯入度控制，得出锤击数，以后以此数为准施打，不再作测量。

(3)强夯中若发现地面变化较大时，需作隆降观测。

(4)强夯形成的夯抗直径，主要在试夯时测定，作为计算土体压缩及填料量的参考。

(5)对有填料要求的强夯，需记录各夯坑的填料数量。

3.2施工要求

(1)施工前必须用仪器，准确放出夯点中心位置，并划出圆圈，施夯时对点要准。

(2)必须按规定的起锤高度、锤击数和控制指标施工，不得随意改变。

(3)施工中如发现偏锤，应重新对点。

(4)施工中如发现歪锤时，需用填料(或土)将坑底垫平，才能继续施夯。

(5)如遇夯锤的通气孔堵塞，应立即开通。

(6)表层土过干(尤其是满夯)应采取增加含水量的措施。

(7)雨期施工，要防止雨水浸泡现场，夯坑内有积水应及时排出后方可施工。

(8)强夯中的满夯是重要的一环，必须精心施工，否则表层质量不好，将造成建筑物沉降过大和发生不均匀沉降。冬期施工时，不宜进行满夯。

3.3施工注意事项

（1）采用强夯法时，土的含水量至关重要。土的天然含水量宜低于塑限含水量1～3%或液限含水量的0.6倍。在拟夯实的土层内，当土的天然含水量低于10%时，应对其增湿至接近最佳含水量；当土的天然含水量大于塑限含水量3%以上时，应晾干降低其含水量。

（2）对于湿陷性黄土处于或略低于最佳含水量，孔隙内一般不出现自由水，每夯完一遍不必等孔隙水压力消散，可采取连续夯击，减少吊车移位，提高强夯施工效率，降低工程造价。

（3）要消除黄土层湿陷性的有效深度，应根据试夯结果确定。在设计要求消除湿陷性的深度内，土的湿陷系数δs均应小于0.015。

（4）严格按要求进行逐点夯击，每击一次，观测一次高程并记录。用同样方法完成一个夯点的夯击，并观测此夯点的总沉降量和高程并记录。发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。

4. 质量检测

4.1施工时现场检测控制指标：

（1）夯沉量：每次夯击后观测记录并计算最后两击夯沉量之和不大于15cm，之差不大于8cm。

（2）湿陷性系数：检测土的湿陷性系数是否小于0.015 。

（3）承载力：参考值大于天然地基承载力。

（4）干密度：参考值大于天然干密度。

4.2强夯效果的检测数量与方法

质量检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑的重要性确定。对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑物地基的检验点不应少于3处；对于复杂场地或重要建筑物地基应增加检验点数。检验深度应不小于设计处理的深度。

质量检验的方法，宜根据土性选用原位测试和室内土工试验。对于一般工程应采取两种或两种以上的方法进行检验；对于重要工程项目应增加检验项目，也可做现场大压板载荷试验。

为了检验强夯的加固及处理液化效果，强夯后7d应选择有资质的检测单位对强夯区域进行平板载荷试验、土工取样试验、标准贯入实验、重型（Ⅱ）动力触探实验。

①．平板载荷试验

现场采用707×707mm2压板，慢速维持荷载法，千斤顶分九级加荷，压板埋置深度在设计基础底板下约0.10m，在荷载板上对称安置四个百分表观察地基土沉降量及各级荷载相对稳定情况。静载点主要布置于独立基础部分场地，共进行10个检测点载荷试验，以评价夯后地基的承载力。

②．土工取样试验

现场使用XY-1型工程钻机，采用φ110钻具开孔，在设计处理深度范围内进行取芯钻进。在钻孔中采用重锤击入法采取原状土样送试验室进行土工试验。取样主要在填土中进行，测试指标主要有地基土的压缩模量、天然含水量、孔隙比，抗剪强度及浅层土的渗透系数等指标。取土样孔主要布置于独立基础部分。

③．标准贯入试验

现场使用XY―1型工程钻机，采用标准贯入器、穿心锤重63.5kg，自由落距76cm，标贯试验的试验间距为1.0m，整个场地内均有布置，以评价夯前、夯后地基土承载力等力学指标，并判断水下砂土的液化情况。

④．重型（Ⅱ）动力触探试验

现成使用XY-1型工程钻孔，采用重型动力触探头，穿心锤重63.5kg，自由落距76cm，整个场地内均有布置。在夯前、夯后布置6个和12个检测点以评价地基土均匀性，并评价填土的承载力。

5.处理效果分析与结论

通过对大量试验数据的统计，强夯处理结果分析结论如下：

（1）土的天然含水量在低于塑限含水量的1-3%，且接近最佳含水量，强夯效应最好。天然含水量接近最佳含水量且不大于塑限含水量、含水量分布均匀时，最后两击夯沉量之和、之差越小，消除湿陷深度越深。此时，用夯沉量控制强夯效应是比较科学、可行的。

（2）在地表水和地下水的影响下，土体天然含水量无规律。地基的土质和含水量直接影响到强夯效果，当天然含水量大于塑限含水量时，同一夯击能的影响深度大大减少，还会出现土体反弹。

（3）对于湿陷性黄土夯实到一定程度，夯实遍数对加固深度影响较小。

（4）用土体密度、湿陷性系数、地基承载力控制工地强夯施工质量均存在一定的弊端，湿陷性系数虽然可以很精确地反映强夯消除湿陷深度与程度，但工地操作性较差，取样困难，试验时间较长，影响施工进度，加之试验取样频率无法确定，频率过大对基础的破坏性较大，频率过小又不能很真实地反映强夯效应。

（5）地基承载力、土体密度与土质性质有关，在土质分布不均匀、含水量无规律情况下，先去判定土的性质，不但没有简化检测程序，反而使检测过程复杂化。强夯后表层土的密度、地基承载力与深度相关性较小，无法确定出控制数据，同样不能真实反映强夯效应。

（6）最后两击夯沉量之和、之差的限值控制是强夯质量控制的关键，设计图纸给定之和不大于15cm，之差不大于8cm，在夯沉量满足设计要求的情况下，施工效果可以满足要求。

通过张集铁路软土路基按以上施工采取强夯措施的加固，达到了非常显著的效果。不仅施工简单方便、成本低廉，而且确实能保证地基的稳定，保证了构筑物或行车运输的安全，相信在以后的不断探索和试验中，通过对设备、工艺、填料的进一步研究、选择，会更省时、更方便、更经济、更安全的成为不良地质路基的加固措施。

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