高路堤强夯处理设计方法与流程

本发明属于岩土工程技术领域，尤其属于高路堤强夯处理设计方法。

背景技术：

强夯加固是一种方便、快捷、经济、环保的地基处理方法，被广泛应用于多种岩土类型场地的地基处理。在修筑高路堤时采用强夯法进行补强处理，提前消除路堤沉降也是一种常用的工程处理措施。

目前对于强夯设计大都以经验为基础,并基于试夯结果确定各项施工参数,加固效果基本上也只能借助夯后检测确定。当检测结果不满足设计检测指标要求时，就需要调整强夯设计方案，再进行试夯直到满足设计检测指标。也可能出现加固效果检验指标远大于设计指标，造成不必要的浪费。因此，需要把强夯前模糊的、不确定的或不均匀的地基土通过某种方法或手段预测夯后加固效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种高路堤强夯处理设计方法，使强夯设计由定性设计变为定量设计。

本发明公开的高路堤强夯处理设计方法，包括以下步骤：

一、强夯前测试路堤压实度，确定强夯加固后的目标压实度；

二、根据需要强夯加固的路堤高度，确定需要强夯的层数及每层强夯加固的厚度；

三、根据需要强夯加固的厚度确定强夯夯击能，并保证选取的强夯夯击能其有效加固深度大于需要加固的厚度；

四、根据强夯夯击能结合强夯的夯锤直径确定强夯径向影响范围；

五、根据强夯径向影响范围确定夯点间距、夯点布置及强夯遍数；

六、根据夯点间距及夯点布置选取强夯加固单元体；

七、根据强夯的布置形式及夯点间距换算成夯坑累积夯沉量h1；

八、现场试夯测量强夯单元体内单点夯沉量计算累积夯沉量h2；

九、比较h1与h2的大小，若h1＞h2，则调整强夯的夯点间距、夯点布置或增加夯击能，并重复进行步骤六、步骤七和步骤八；若h1≤h2，则进行试验检测核准。

优选地，步骤五中，夯点布置为正方形，步骤七中强夯后目标压实度所需加固单元体内夯坑的平均累积夯沉量：

上式中：

l1为夯点布置采用正方形时的夯点间距，

h为强夯加固土层的厚度，

d为夯锤直径，

其中λc为强夯前测试的路堤压实度，λ′c为强夯后目标压实度。

优选地，步骤五中，夯点布置为梅花形，步骤七中强夯后目标压实度所需加固单元体内夯坑的平均累积夯沉量：

上式中：

l2夯点布置采用梅花形时的夯点间距，

h为强夯加固土层的厚度，

d为夯锤直径，

其中λc为强夯前测试的路堤压实度，λ′c为强夯后目标压实度。

优选地，步骤五中，夯点布置为正三角形，步骤七中强夯后目标压实度所需加固单元体内夯坑的平均累积夯沉量：

上式中：

l3为夯点布置采用正三角形时的夯点间距，

h为强夯加固土层的厚度，

d为夯锤直径，

其中λc为强夯前测试的路堤压实度，λ′c为强夯后目标压实度。

优选地，步骤七中，现场试夯确定单点夯击时的夯击次数及对应单点夯沉量，通过现场试夯得到的夯击次数与夯沉量的关系曲线以及每次夯击后累积平均夯沉量对应的压实度变化确定最佳夯击次数。

本发明的有益效果是：本发明以压实度为控制指标，结合强夯实际加固深度，以强夯加固的单元体为对象，计算出了满足目标压实度的夯坑体积，根据不同的夯点布置形式，将其换算成平均累积夯沉量，使强夯设计由定性设计变为定量设计，弥补了以往以经验为主的强夯设计方法，使强夯设计及施工更具有目的性，提出了强夯设计施工参数的量化指标，形成了一套科学的强夯设计方法和步骤。

附图说明

图1是本发明的设计流程图。

图2是正方形布置时普夯区压实度与夯沉量计算简图

图3是梅花形布置时普夯区压实度与夯沉量计算简图

图4是正三角形布置时普夯区压实度与夯沉量计算简图

图中l1、l2、l3分别为正方形、梅花形、正三角形布置时夯点间距，①、②、③、④表示第一、二、三、四遍强夯，实线为夯锤，虚线为径向影响范围。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明。

本发明公开的高路堤强夯处理设计方法，包括以下步骤：

一、强夯前测试路堤压实度，确定强夯加固后的目标压实度；

二、根据需要强夯加固的路堤高度，结合经济比确定需要强夯的层数及每层强夯加固的厚度；

三、根据需要强夯加固的厚度确定强夯夯击能，并保证选取的强夯夯击能其有效加固深度大于需要加固的厚度，即保证强夯有效加固深度大于需要的加固深度；

四、根据强夯夯击能结合强夯的夯锤直径确定强夯径向影响范围；

五、根据强夯径向影响范围确定强夯的夯点间距、夯点布置及强夯遍数，所述夯点间距是指点夯各遍完成后，最终在地基平面上形成的夯点间距；

六、根据强夯夯点间距及夯点布置选取强夯加固单元体，计算达到目标压实度所需夯坑体积。

七、根据强夯的布置形式及夯点间距换算成夯坑累积夯沉量；

如图2～4所示，

1)当夯点布置为正方形时，强夯后目标压实度所需加固单元体内夯坑的平均累积夯沉量：

2)梅花形时，强夯后目标压实度所需加固单元体内夯坑的平均累积夯沉量：

3)正三角形时，强夯后目标压实度所需加固单元体内夯坑的平均累积夯沉量：

上式中：

如图2所示，l1为夯点布置采用正方形时的夯点间距，即为选取的正方形加固单元体的边长；

如图3所示，l2为夯点布置采用梅花形时的夯点间距，即为选取的正方形加固单元体的边长；

如图4所示，l3为夯点布置采用正三角形时的夯点间距，即为选取的正三角形加固单元体的边长；

h为强夯加固土层的厚度；

d为夯锤直径；

其中λc为强夯前测试的路堤压实度，λ′c为强夯后目标压实度。

式(1)推导如下，式(2)(3)类似。

高路堤在强夯补强加固前路堤往往经过碾压施工处理，强夯加固后其周边隆起量较小，假设强夯时夯坑边缘没有隆起，夯坑土体全部挤密进入加固区，加固后土体的密度相等，由此得到：

(v1+v2)λc＝v2λ′c(4)

式中，v1为选取的加固单元体内夯坑的体积；v2为等效加固区域的体积；λc为强夯处理前填土压实度；λ′c为强夯处理后设计的压实度。

由式(4)可以推导出达到强夯后所需设计压实度的夯坑体积为

令则

v1＝βv2(6)

强夯的夯点布置形式主要有正方形、梅花形、正三角形等。以正方形夯点布置为例，选取其中一个强夯加固单元体作为研究对象，可将所需的夯坑体积换算成加固单元体内各夯点的平均的累积夯沉量。

当各遍强夯采用的夯锤直径相同时，选取图1中的加固单元体，单元体内包含4个夯坑，设加固单元体内各夯坑的平均累积夯沉量为夯坑的总体积

由于强夯的振动作用，在夯坑深度范围内的土层将会被振松，因此对于v2等效加固区域体积的计算，不考虑夯坑以上土层，等效加固区域的体积

式中h为强夯实际加固土层的厚度。

将式(7)、(8)带入式(6)，则加固单元体内夯坑的平均累积夯沉量为

八、现场试夯确定单点夯击时的夯击次数及对于单点夯沉量，通过现场试夯得到的夯击次数与夯沉量的关系曲线以及每次夯击后累积平均夯沉量对应的压实度变化确定最佳夯击次数；

九、强夯加固单元体内的各遍强夯累计夯沉量小于需要的累计夯沉量，即h1＞h2时，调整强夯夯点间距、夯点布置或增加夯击能；强夯加固单元体内的各遍强夯累计夯沉量大于需要的累计夯沉量，即h1≤h2时，进行试验检测核准。

参照图1、图3本发明一种高路堤强夯处理设计方法。下面结合某市政工程高路堤强夯工点说明该方法的使用过程。

某市政工程高路堤高20m，路堤填土为风化的泥岩，路堤强夯补强前压实度88％。强夯补强的设计为夯击能为6000kn·m，夯锤重30t，落距20m，夯锤直径2.5m。

某市空港路市政工程道路地形地貌为丘陵山区，施工中高填方路段较多，为保证路堤稳定，减少工后沉降量，对填方高度大于16米段落进行强夯补强处理。其中第一层强夯高度以填方高度为6～12m范围开始，高度小于6m的填方段第一层不强夯，其上路堤每填8m。

具体步骤依次是：

一、强夯前测试的路堤压实度为88％，强夯后路堤压实度至少达到95％；

二、堤填筑材料采用风化的泥岩，考虑分层的数及强夯夯击能级的有效加固深度，采用分两层加固，每层加固厚度8m，

三、决定对区域选用单击夯击能为6000kn·m的履带式吊车，其有效加固深度9～10m，超过所需加固厚度，满足夯击能要求；

四、夯击能6000kn·m，夯锤直径2.5m，强夯夯点间距取2倍夯锤直径5m；

五、夯点布置形式为梅花形，夯击遍数为4遍，采用间隔夯点夯击，第一遍主夯点采用10m×10m间距正方形及中间一点，第二遍主夯点加固10m间距中间一点，形成5m×5m正方形布点，第三、四遍次夯点加固5m×5m正方形中间一点，第一、二遍分别夯击8次，第三、四遍分别夯击6次；

六、选取强夯加固单元体为5m×5m正方形，单元体内包含2个夯点；

七、根据梅花形布置形式夯沉量计算公式，计算夯沉量

八、现场试夯的对四遍强夯各进行了16个夯点夯沉量的统计，方法如下表1所列，经过四遍强夯夯沉量平均值累计为1.59m，通过比对，强夯设计方案满足设计要求。

表1

九、现场试夯的夯沉量统计如下表所示，经过四遍强夯夯沉量平均值累计为1.59m，通过比对，强夯设计方案基本满足设计要求。根据强夯设计方案试夯后进行了压实度测试，48个测点压实度平均值为0.952，达到了强夯设计要求。