贺 炜

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

孔内深层强夯法是通过机械成孔，采用特异性重锤(一般为80 kN～150 kN)提升到高处(一般不小于8.0 m)自由落下，对孔内填料进行强烈冲击和振动，使填料固结，用来提高地基承载力的一种地基处理方法。施工时由深至浅在孔内分层填料，分层夯击或边填边夯，通过对下层填料进行深层动力夯、砸、压实，对上层新填料进行动力夯、砸、劈裂和强制侧向挤压，具有高动能、高压强、高挤密作用、处理深度大、处理效果好及节约工程造价的优点。

1 工程概况

本文以某城市主干路特殊路基处理工程为例，该项目约400 m路段穿越垃圾填埋场，经地质勘察，垃圾填埋场主要由砖块、砼块、碎石等建筑垃圾和塑料袋等生活垃圾等组成，结构松散，稍湿。钻孔揭露最大深度为20多米。经综合论证，设计采用孔内深层强夯，先旋挖成孔，然后扩孔成桩，桩体材料采用路基挖方碎石土。

2 设计参数

2.1 地基处理宽度

依据《孔内深层强夯法技术规程》(CECS 197:2006)，整片地基处理宽度应根据地基处理深度、地基岩土特征等而定。自基础侧边外延宽度可采用处理深度的1/3。

2.2 地基处理深度

地基处理的深度宜穿过垃圾填埋场区域杂填土软弱土层，桩底位于基岩顶面或深入基层不小于1.0 m。

2.3 成孔直径及布置间距

成孔直径一般为400～1 500 mm，本次设计初步定为1 200 mm，施工过程中可根据所选用的成孔设备或成孔方法确定，扩孔后直径为1.8 m，桩身按等边三角形布置，间距3.0 m，桩顶高出设计高程50 cm。

2.4 桩身填料

桩孔内填料，参考当地材料供应情况、工程需求等因素，选用碎石土作为孔内深层强夯桩身材料，并应用压实系数λc控制夯实质量，设计碎石土压实系数λc不小于97%。

2.5 复合承载力标准值

孔内深层强夯碎石土挤密桩处理后复合地基承载力特征值应通过原位测试或当地经验确定，并不应小于路基填筑地基承载力要求。

2.6 地基处理变形计算

孔内深层强夯碎石土挤密桩处理地基变形计算应按国家标准《建筑地基基础设计规范》的有关规定执行。其中复合土层的压缩模量应通过实验或结合当地经验确定。

3 路基承载力及稳定性验算

3.1 复合承载力特征值

复合地基承载力特征值计算依据《孔内深层强夯法技术规程》(CECS 197:2006)计算。

Ra=(Rm+Rb)≥Qk

(1)

Rm=qpmAm+∑qsimAFm

(2)

Rb=∑qpbAb+∑qsibAFb

(3)

式中：Ra为单桩竖向承载力特征值，由主桩(包括桩端扩大头)竖向承载力特征值Rm和串珠状桩的竖向承载力特征值Rb组成。

考虑到垃圾填埋场内垃圾为杂乱堆填，分布不均匀性较大，主桩侧的摩阻力特征值按淤泥质土取值，参考当地相关工程经验，本次计算取6.0 kPa。

主桩端持力层的端阻力特征值按地勘报告实际大小取值。

Ra=qpmAm+∑qsimAFm=1 700×3.14×0.92+6.0×2×3.14×0.9×10=4 662.9 kPa

复合地基承载力特征值按下式计算：

fspk=mfpk+(1-m)fsk

(4)

(5)

式中：fspk为复合地基承载力特征值,kPa；fspk=mfpk+(1-m)fsk= 0.36×1 202.85+(1-0.36)×80=484.23 kPa。

经计算，孔内深层强夯处理后垃圾填埋场路基填筑范围内复合地基承载力满足路基填筑地基承载力不小于200 kPa的要求。

3.2 复合地基沉降变形

复合地基的沉降变形应按国家现行有关标准的规定计算，复合地基的压缩模量 可按下式估算：

Esp=[1+m(n-1)]Es

(6)

式中：Es为桩间土的压缩模量,MPa;Esp=[1+m(m-1)]Es=[1+0.36×(4-1)]×2=4.16 MPa。

采用理正边坡稳定性分析计算软件，建立理论计算模型。经计算，设计基准期内的残余沉降为0.085 m，满足路堤填筑的要求。

3.3 路堤整体稳定性计算

取最不利断面(填筑高度最大为14.0 m，现状边坡坡面较陡，削坡后坡面坡率1∶1左右)，模型按最不利情况考虑，采用理正边坡稳定性分析计算软件，建立理论计算模型。

原状边坡和碎石土填筑体按照不同土层结构建立复杂计算模型，车辆及路面结构荷载简化为超载值，超载值取30 kPa。

碎石土重度取20.5 kN/m3，内摩擦角φ=10°，黏聚力c=25 kPa。

滑动面简化为圆弧滑动面，分析方法采用简化Bishop法；

经计算，最不利断面处滑动安全系数为1.782>1.3，满足规范要求。

4 施工工艺

4.1 试桩

按照设计技术参数和施工方案及工艺在施工场地试桩，成桩后14天进行检测。主要测试压实度和承载力。通过试桩核对地质资料、调整技术参数和施工方案与工艺。

4.2 测量放样

按施工图设计图纸测量放样，确定轴线、边线和桩的准确位置，并对桩间的横向、纵向和对角线检查复核，做好桩位置标记。测量每个桩位实际标高，绘制桩位平面布置图。

4.3 钻孔及成孔检查

成孔机械常用设备有旋挖钻、自移式机械钻和机械洛阳铲等。施工前检查成孔机械、夯填机械，并在成孔机械上设置标尺，以便观察成孔深度。成孔时先准确定位、作业顺序由内向外或由一侧向另一侧进行，并确保成孔机械操作半径内无障碍和作业的连续性。

4.4 回填及夯实

桩身材料采用碎石土，相关技术要求同路基填料碎石土相应技术指标，夯实时应保证含水量控制在最佳含水量±2%。夯实机就位应平整稳固，夯锤与桩孔相互对中，使夯锤能自由下落至孔底，夯填前检查桩孔内无落土、杂物及积水，待清孔后在开始孔底夯实。定量分层填料夯实，人工填料应按照试桩确定数量均匀填进，桩孔内填料夯实高度宜超出设计标高20～30 mm。施工中主要控制回填量、夯锤高度、夯击次数。夯填过程专人管理，做好记录调查，确保施工中不出现漏桩、漏夯现象，同时保证工程资料的真实有效。

4.5 破除桩头，碎石垫层施工

桩顶部分由于土体周围约束条件较差，桩顶局部碎石土夯填质量一般不能满足设计要求。在设计过程中一般要将一定范围内桩头部分破除。对整个地基处理区域进行振动压实3～4遍后，于桩基顶部增设40 cm级配碎石垫层，并在级配碎石顶部、底部各增设一层双向钢塑土工格栅，以减缓路基填筑及道路建成运营过程中不均匀沉降。

5 结束语

孔内深层强夯法具有以下优点：

(1)处理深度较大，最深可达30 m。

(2)桩体可采用建筑垃圾、素土、碎石土等，可就地取材。

(3)处理后承载力高，可靠性好，复合地基承载力平均400 kPa。

(4)工程造价较低，施工工期短。因此在道路工程中对于深层的软弱土、杂填土等特殊路基处理具有广阔的应用前景。