强夯技术用于高填方土石坝基础工艺实践方法

强夯技术用于郊野公园建设项目高填方土石坝组合式挡土墙基础处理工艺实践摘要：结合郊野公园建设项目土石坝组合式挡土墙高填方施工过程，介绍高填方区基础强夯施工的方法和特点。在高填方下部无法开挖至设计要求岩层的情况下，采用强夯施工技术，对高填方下部位置原有土夹石进行强夯，确保高填方区地基承载力达到设计要求，圆满完成高填方土石坝路堤的施工。关键词：高填方；分层碾压；强夯；施工一、工程概况我单位承建的郊野公园建设项目地形整治工程位于山南麓，占地面积1100亩，该处1974年起由当地农村集体开采石料，先后经过10多家单位近40年的采掘。由于原石场采掘技术落后，政府管理滞后的原因，导致山体千疮百孔，到处是陡坡、深坑，尤其在公园中间有一巨型深坑，面积约为110亩，高程由最低点1999米至最高点2082米，坡顶至谷底高差80多米，形成了很大的陡坎。根据公园规划要求，需使用客土对该采空区进行约50米深的回填，在该巨型深坑基本形成一块场地后，逐步种植景观效果好的乔木灌木，在该处形成丰富的植被层次景观区。在经过地质勘察和多位专家现场多次踏勘后，通过设计方案比选，从安全、经济、环保、公园景观效果等方面综合考虑，确定在采空区出口设计一道组合式土石坝挡土墙，对采空区进行封闭，在保证采空区填土安全的同时，将土石坝体作为园区道路的路基使用。采空区图一采空区图二郊野公园建设项目土石坝组合式挡土墙，土夹石坝坝高40.0m，顶宽6.0m，轴线长179.7m，填土区坡比为1:1.2，石渣坝坝高17m，顶宽3m，轴线长83.7m，内、外侧坡比为1：1.5。总底宽120m，基础由C20片块石混凝土和原有土夹石料强夯击实组成。墙体主要由堆石坝、盲沟、土夹石坝体组成。墙体填筑主要由块石料、土夹石碾压层组成，墙体总填筑约372285m3。土石坝组合式挡土墙设计示意图二、施工方案根据设计要求，土石坝高填方基础需设置在原有岩层上，地勘资料表明，采空区内侧坝基岩层较深（绝对标高为1993m），岩层上为多年开采堆积的土夹石。由于施工前，采空区内已填筑有大量客土，采空区内侧坝基如重新翻挖至岩层工程量很大，费用很高，工期较长，且施工时易产生土方边坡坍塌，造成人身、设备伤亡事故。根据现场实际情况，确定坝基外侧部位，堆石坝基础范围内按照设计要求开挖清理至基岩后采用C20毛石砼回填至标高2000m。其余采空区内侧坝基部位采用强夯技术夯实原有土夹石至标高2000m作为坝体基础。同时标高2006m以下土石坝体先分层碾压再用强夯机加强夯实，以减少土夹石坝体沉降，确保坝体施工质量达到设计和规范要求。1:1.51:1.51:1.5坡比≤1:1.2宽2mX3m深盲沟：3条采空区客土组合式土石坝挡土墙设计示意图堆石坝土石坝1、、施工流程施工准备→基底开挖→基底处理（毛石砼、土夹石强夯）→石坝分层填筑→土夹石坝分层填筑→排水、防护（边坡整修、坝顶整修、坝面防护）→检查验收。挡土墙填筑程序框图2、施工准备由项目部测量人员会同监理工程师复核原始地形，放出两侧边坡设计开挖或填筑边坡线，核准开挖或填筑断面。并做好坝基开挖或坝体填筑前的各项准备工作，包括人员、设备、材料和水电等方面。3、施工道路修建道路布置以现有道路为主，根据现场实际情况顺延或修筑临时施工便道，以便填料运输、机械进出场等。各期填筑运输道路以分布在不同高程、部位的主干道及支线和料场、坝体连接，满足土石坝各期填筑料需求和填筑特性。4、清除开挖范围内植被采用人工配合挖掘机清除坝区内的植被、杂物。5、堆石坝片块石砼基础施工施工道路试验段填筑竣工土夹石墙体填筑施工准备基础处理合格土石强夯处理堆石体填筑根据现场情况，由于堆石坝标高2000m以下墙脚边位于陡坡一侧，无法放坡填筑，经设计同意标高2000m以下的坝基部位在坝脚边线内使用片块石砼浇筑形成砼基础，在砼基础上进行堆石坝的填筑施工。具体程序：坝基土石方清挖（挖基坑）→基坑验收→砼基础浇筑→基础验收。1）、坝基土石方挖运挖掘机由施工便道进入开挖区，从上往下开挖出土堆在便道上，在便道上采用推土机集中，挖掘机挖装，20t自卸车运输至堆土场。2）、基坑验收按照设计要求，墙基部位开挖至原状岩层，并清理表面松散及风化岩层至硬岩后，会同甲方、设计、地勘、监理等单位一起进行施工验槽。基坑经检验合格后，方可进行下道工序的施工。3）片块石砼施工片块石砼浇筑顺序是从基坑左侧开始向右侧延伸，根据工作面情况，采用50cm/层分层浇注，自卸车运输块石，混凝土搅拌车运输商品砼，挖机辅助的方式进行浇注。其施工工艺流程如下：6、土夹石坝强夯基础施工为保证坝体部分基础施工质量，由于土夹石坝体基础部位无法下挖至原有岩层，确定采用强夯技术夯实原有土夹石至标高2000m作为坝体基础。将原有土夹石按平面位置分为四块，采用挖机逐块翻挖至1998m标高后，先采用压路机进行碾压后采用强夯进行夯实。强夯施工选用履带式起重机，夯锤重13t。其底面形式采用圆形。锤底面积3.14m²，锤底静压力值取45kPa。锤的底面宜对称设四个与其顶面贯通的排气孔，孔径取300mm。施工按下列步骤进行：⑴清理并平整施工场地；⑵夯击点采用正方形布置，按间距6m，标出第一遍夯点位置，并测量场地高程；以后各遍夯击点间距与第一遍相同，⑶起重机就位，使夯锤对准夯点位置；清理作业面测量与放线冲洗开挖岩面基坑验收浇筑混凝土布设排水管施工缝处理洒水养护⑷测量夯前锤顶高程；⑸将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；⑹按每夯击点夯击10次，完成一个夯点的夯击；重复步骤⑶至⑹，完成第一遍全部夯点的夯击；⑺每遍强夯完成后用挖机将夯坑填平，并测量场地高程；⑻按施工进度控制每层共强夯三遍，每遍间隔时间为1天，即第二天进行第二遍强夯，第三天进行第三遍强夯。按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。基础强夯图在1998m标高强夯施工后，至2000m标高的土石坝基础每填筑1m厚度再采用强夯进行一次补强处理。7、试验段填筑为保证墙体施工质量，墙体填筑前需做试验段，以获得适宜的松铺厚度、相应的碾压遍数、最佳机械配套和施工组织等一些列的施工数据，以便正式施工时遵照执行。8、坝体填筑1）、坝体填筑工艺坝体作业主要包括铺料、洒水、碾压三道工序。其次还有测量施工、超径石块处理、坡面整理、斜面碾压及防护等工作。为提高工作效率，减少干扰，墙体填筑采取划分成几个填筑块按流水作业法组织施工，在每个填筑块内依次完成填筑的各道工序，各工作面之间设置标志，并保持均衡上升。各工作面工艺流程如下：测量放线→墙料运输、洒水→卸料→铺料→辅助洒水（含水量控制）→碾压→质检。坝体填筑图⑴测量：由测量放出坝轴线、坝料分界线以及坝轴坐标网络和高程点，以便基础分区分段施工和验收。⑵卸料：周边缝料采用进占法，堆石料区用后退法。⑶铺料：除周边缝料、垫层料需用人工配合反铲挖掘机进行平料外，其余均用人工配合推土机平料。⑷洒水：为准确按照设计加水量洒水，在墙外进料公路上设喷淋洒水点，对每车载料进行控制洒水，系统地面设置排水沟。在墙体上只采用胶管进行辅助洒水。碾压前及碾压后块石料含水量控制为10～20%，土夹石填料含水量根据试验情况调整。⑸碾压：采用25t压路机进行碾压，特殊垫层料及垫层料的边角采用HC-70冲击夯夯实和手扶式振动平板夯夯实。⑹质检：除有经验的工程技术人员在施工全过程进行直观检查外，由专业试验人员按规范规定频率进行取样试验检查。2）各种坝料填筑方法⑴岸坡周边、特殊区施工：用1.6m3挖机配20t自卸车运输，后退法卸料，铺层厚约30cm(现场试验确定),人工配合1.2m3反铲挖掘机对边角粗料集中部位和临时坡面进行铺料处理。前缘局部无法碾压，留待斜面碾压时处理。垫层料与岸坡接触部位，用人工按20cm一层铺料，用HC-70冲夯夯实或手扶式振动平板夯实，面积较大部位用25t振动压路机与垫层平齐碾压8～10遍(现场取样确定)。⑵堆石体坝：采用1.6m3挖机配20t自卸车运输，沿坝轴线方向顺序卸料，以TY220推土机平料为主，局部地区人工配合反铲挖掘机摊铺，堆石体（总厚17m），每层压实层厚约0.50m(现场取样检测确定)，采用新鲜岩石，最大粒径20cm，级配良好，采用25t振动压路机碾压8～10遍，含水量20%。⑶土夹石体施工土夹石体采用土石均质混合料，最大粒径15cm，级配良好，含石率70%，洒水量15%。采用25t振动压路机分层碾压碾压8～10遍，每层压实层厚度不大于0.30m，现场按规范规定频率进行取样试验检查压实度，必须达到设计要求的93％，填筑至标高2040m（总高40m）。在2000m标高强夯施工后，为保证土夹石坝的填筑质量，减少坝体沉降，在2000m至2008m标高的土石坝体每填筑2m厚度再采用强夯按基础强夯方法，夯击点采用正方形布置，间距6m，每夯击点夯击10次，每层强夯三遍进行一次补强处理。坝体下部强夯图9、边坡修整挡土墙填筑每升高3.5m，即对坡面进行修坡平整，采用反铲挖掘机削坡修坡并反拍压实，坝面外露的超径块石（俗称冒尖石）亦用挖机斗拍压。用拉线法控制坡面平整度，其外缘与设计坡线误差不超过±25cm。三、质量控制措施坝体各区料在填筑之前，基础清理和处理必须经监理工程师验收合格。在整个填筑过程中，墙体质量控制以填料的颗粒级配、填筑参数（铺料厚度、碾压遍数等）及施工工艺为主，抽样检验为辅，质量控制主要抓好料源控制和坝体施工质量控制两部分。1、坝料质量控制(1)每批料上坝前，由质检员对填料进行评定，根据填料情况确定使用部位。(2)上坝料中的超径石在料场就地解小，上墙料中发现有超径料时，及时在墙体上处理。(3)坝体堆石料开采后用1.9m3挖机装20t自卸汽车运输上墙填筑。2、坝体施工质量控制（1）坝体填筑前根据设计、施工技术规范要求及试验段确定的各种参数制定详细的坝体填筑施工技术措施及实施细则，并向各个施工管理人员及工人进行全面技术交底，在此基础上建立质量责任制，做到每道工序都有专人负责，实行标准化管理。（2）料场与坝体施工面之间派专人联络，负责坝体填料调配。（3）现场施工技术、质检人员在现场跟踪监控上坝填料质量、碾压参数、施工程序及施工工艺，发现质量问题及时处理，不符合要求的施工工艺及时纠正。同时注意观察碾压机械的工况，工况不好的及时更换修理。（4）设置若干种类、数量的标识牌，标识各填筑区、当前的状态，如“该区验收合格”、“该区正在强夯”、“该区正在碾压”、“该区正在进料”等，便于质检员和监理工程师检查。（5）保证坝体填筑尺寸，防止超填和欠填。不同填筑料的接缝尺寸，做到不混料碾压。保证分期填筑料接合部位的施工质量，做到不漏填不欠压。（6）坝面填筑尽可能平起不错台，以满足填筑质量要求。（7）堆石填筑时严禁从高边坡向下卸料，防止石料分离，靠近岸边地带回填细碎石料，防止石料出现架空现象。（8）检查强夯施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯和采取其它有效措施。（9）强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基质量进行检验。3墙体填筑质量的检查根据设计、规范要求及试验段确定的数值执行检测、检验。四、结束语郊野公园建设项目地形整治工程已于2012年6月完工，至今已经历二个雨季。经观测，在坝顶和坝面上设置的18个沉降观测点水平位移未超过3cm,垂直沉降未超过5cm，且2012年雨季过后至今沉降量未超过1cm。根据该土石方组合式挡土墙的实际情况，结合项目所在区域位置、工程施工的特殊性、施工工艺、工期要求及机械、材料组织等方面因素综合考虑，确定在高填方土石坝（路基）基础处理上运用强夯技术取得了良好的效果，质量、安全、进度达到了预期目标。节省了施工投入，加快了施工进度，取得了较好的经济效益，积累了在高填方土石坝（路基）基础处理上使用强夯施工技术的经验。完工后的土石坝组合式挡土墙正面图完工后的土石坝组合式挡土墙顶面图参考文献：1）、《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）2）、《碾压式土石坝施工规范》（D