淺議強夯法在高速公路上的應用

寧永俊

1 強夯地基技術發(fā)展概況

強夯法實際上是將勢能轉變?yōu)閯幽軐Φ鼗幚淼囊环N方法。強夯最早起源于20世紀60年代末法國Menard技術公司，這種方法一般采用80 kN～400 kN的重錘，提高到6 m～40 m的高度，使其自由落下，給地基以沖擊力和振動，從而達到提高地基的強度并降低其壓縮性。

這種方法最初僅用于加固砂土和碎石土地基。經過二十幾年的應用與發(fā)展，它已適用于加固從礫石到黏性土的各類地基土，這主要是由于施工方法的改進和排水條件的改善，強夯法由于具有效果顯著、設備簡單、施工方便、適用范圍廣、經濟易行、節(jié)省材料和工期相對較短等優(yōu)點，很快傳播到世界各地。

我國則是20世紀70年代末開始引進這一新技術，1978年交通部一航局與其他單位協(xié)助在天津港三號進行了強夯試驗，1979年又在秦皇島碼頭進行了試驗，兩次試驗均達到了預期的目的，效果十分顯著，隨后多部門也進行了強夯試驗并開始應用，形成了一套完整的強夯地基處理科學體系，掌握了大量的試驗和工程實測數據，并在全國推廣應用。

2 強夯加固濕陷性黃土的作用機理

強夯加固過程是瞬時對地基土體施加一個巨大的沖擊能量，使土體發(fā)生一系列的物理變化，如土體結構的破壞或排水固結、壓密以及觸變恢復等過程。其作用結果是使一定范圍內的地基強度提高、孔隙擠密。

單點強夯是通過反復巨大的沖擊能及伴隨產生的壓縮波、剪切波和瑞利波等對地基發(fā)揮綜合作用，使土體受到瞬間加荷，加荷的拉壓交替使用，使土顆粒間的原有接觸形式迅速改變，產生位移，完成土體壓縮、加密的過程。加固后土體的內聚力雖受到破壞或擾動有所降低，但原始內聚力隨土體密度增大而得以大幅提高;單點強夯夯錘底下形成夯實核，呈近似的拋物線型，夯實核的最大厚度與夯錘半徑相近，土體呈千層餅狀。

3 強夯施工

我公司臨汾至吉縣高速公路S6合同段項目部設計在K192+680～K192+800段、K193+000～K193+300段作強夯法處理段，段落長度共420 m，原地面強夯面積15249 m2。針對此，我公司進行了強夯。

3.1 基面處理

1)在路基強夯前，對路堤填筑范圍內的原地面進行清理，清除表層腐殖土、樹根、草皮等雜物，并用5 m麻花鉆或取土器，檢查是否有埋置生活垃圾，如有要清除徹底。2)拆除的舊建筑物基礎要清除到地表以下300 mm，且應采用適宜的填料分層夯實至原地表。3)挖掘樹根的坑，深度超過300 mm時必須分層夯填到原地面。4)對原地面凹凸不平、相對高差小于500 mm的地段應進行整平，相對高差大于500 mm的坑，應分層夯實至原地面。5)排除地表水、清理淤泥。對池塘溝渠首先進行排水，然后清除雜質及淤泥，一直清理到天然地基土。如果清不到原地基土，要根據地質勘察資料，研究方案后進行處理，填筑到地表。

3.2 強夯設備的配置

強夯機Q22T一臺(在施工前同監(jiān)理工程師共同對夯錘及脫鉤位置進行標定);平地機PQ180一臺;振動壓路機50 t一臺;裝載機ZL50一臺;灑水車8 t一臺。

3.3 試驗段

由于高速公路線長、點多、面積大，地形、地貌、地質變化也較大，因此，在選擇試驗段時應考慮有代表性，試驗面積取500 m2左右。

通過試驗段獲取以下數據:

1)強夯采用三遍即分主夯、副夯、滿夯。

2)主夯采用錘重15 t，落距10 m，夯擊能量為1500 kN·m;副夯采用錘重15 t，落距6.8 m，夯擊能量為1000 kN·m;滿夯采用錘重22 t，落距4.6 m，夯擊能量為600 kN·m。夯錘底面積3 m2，并設通氣孔。

3)強夯采用1500 kN·m(或1000 kN·m)以梅花形夯擊，采用2.5倍錘徑左右的點距，第一遍夯擊1號主夯點，第二遍夯擊2號副夯點。第三遍采用滿夯，間距為0.96 m。

4)夯點的夯擊次數，第一遍、第二遍為6次，第三遍為2次，且應同時滿足下列條件:a.最后兩擊的平均夯沉量不大于50 mm。b.夯坑周圍地面不應發(fā)生過大的隆起。c.不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。

5)第二遍與第一遍的間隔時間為5 d。

3.4 施工

1)恢復路基中線并用灰線撒出強夯范圍，然后標出夯點的準確位置，并測量地面高程。2)強夯機就位，使夯錘對準夯點位置，測量夯前錘頂高程。3)將夯錘起吊到預定高度，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程。若發(fā)現因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，及時將坑底整平。4)重復2)，3)，完成一個夯點的夯擊，即每個夯點夯6擊。除滿足最后2擊平均夯沉量不大于50 mm外，還要求總夯沉量不小于試夯總夯沉量的90%。5)換夯點，重復2)～4)，直到完成第一遍全部夯點的夯擊。主夯完成后，靜置24 h以上，用推土機將夯坑整平，測量夯后的地面高程。6)在規(guī)定的間隔時間后，重新放線定位，按主夯的施工步驟進行第二遍(副夯)的夯擊，施工按上述步驟逐次完成。7)副夯完成后，靜置72 h以上，用推土機將夯坑填平，進行最后一遍滿夯，夯后測量場地標高。

具體的施工工藝如圖1所示。

3.5 強夯施工監(jiān)測

強夯施工除了嚴格遵照施工步驟進行外，還派有專人負責施工過程中的監(jiān)測工作。

1)開夯前檢查錘重和落距，以確保單擊夯擊能量符合設計要求。2)在每遍夯擊前，應對夯點放線進行復核，夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現偏差或漏夯應及時糾正。3)按設計要求檢查每個夯點的夯擊次數和每擊的夯沉量。

圖1 強夯施工工藝流程

3.6 質量檢驗

1)強夯前在原地表處理到大致平整后，按土質分段取樣做標準重型擊實、土的液塑限、天然含水量試驗及標高測量。

2)強夯完后，除進行灌砂法，還應用平地機將路基整平，橫縱坡與夯前相同，振動壓路機碾壓至設計壓實度(93%)，測量路基的總沉降量。

3)檢查強夯施工過程中的各項測試數據和施工記錄，不符合設計要求時應及時補夯或采取其他有效措施。

4)強夯結束后應間隔一定時間方能對地基質量進行檢驗，一般取1周左右。

5)質量檢驗的方法，應采用現場測試和室內土工試驗相結合。質量檢驗的頻率，應根據地基處理的面積確定，其檢驗點數量不應小于3處/1000 m2，檢驗深度不小于設計處理的深度。

3.7 施工注意事項

1)橋涵臺背15 m范圍內不得進行強夯，15 m以外采用夯擊能1000 kN·m進行強夯，25 m以外按正常路段強夯。

2)應密切注意夯擊中的異常變化，在構造物頂面強夯作業(yè)時，應加強觀察，一旦發(fā)現危及構造物安全時要立即停打，通知總監(jiān)辦、管理處、設計人員研究處理。

3)強夯施工前，應查明場地范圍內的地下構造物和各種地下管線(尤其是通訊電纜)的位置及標高，并采取必要的措施，以免因強夯施工而造成損壞。

4)強夯過程中，當發(fā)生嚴重彈簧現象時立即停止施工，報監(jiān)理工程師處理。

5)強夯不宜在冬季施工。

6)加強強夯安全措施，確保施工人員安全。

4 強夯法施工的優(yōu)缺點

優(yōu)點:可使用工地常備簡單設備;施工工藝、操作簡單;適用土質范圍廣，加固效果顯著，可取得較高的承載力，一般地基強度可提高2倍～5倍;壓縮性可降低2倍～10倍，加固影響深度可達6 m～10 m;工效高，施工速度快，較換土回填和樁基可縮短工期一半;節(jié)省加固原材料;施工費用低，節(jié)省投資，比換土回填節(jié)省50%費用，與預制樁加固地基相比，可節(jié)省投資50%～70%等。

缺點:設備移動不方便，特別是帶門架的起重設備搬遷、就位需要花費較多時間，噪聲較大，由于強夯能對地面沖擊，對周圍建筑均有一定的影響。

[1]高 衛(wèi).淺談強夯法在工程中的應用[J].山西建筑，2010，36(9):122-123.