強夯法在承朝高速公路濕陷性黃土地基處理中的應用

黃春麗

(河北承德承朝高速公路管理處)

1 沿線地質狀況及分析

承朝高速公路主線全長110.479 km，地處黃土高原區，局部路段屬于第四紀歷經多次黃土堆積和侵蝕作用，形成了塬、梁、峁、溝壑縱橫的黃土地貌。受長時間的水土流失和雨水侵蝕的影響，沿線由東向西部分地貌存在河灘灘地、一級階地、二級階地。河漫灘灘地層上覆蓋0～1.0 m黃土類土，下為2.0～6.0 m卵礫石土層，再下為砂巖或砂頁巖互層;一級階地上覆蓋1.0～2.0 m黃土類土，下為2.0～6.0 m卵礫石層，再下為砂巖或頁巖互層;二級階地上覆蓋2.0～7.0 m黃土類土，下為2.0～6.0 m卵礫石層，再下為砂巖或砂頁巖互層。

經過地質鉆孔及取樣實驗分析，全線40 km處于河灘灘地或一級階地上，屬于輕微濕陷路段;有6.28 km處于二級階地，其中有6段計3.17 km屬于中等濕陷路段。中等濕陷性黃土的主要特征是粉粒土比例大、多孔隙、遇水濕陷、承載力降低，濕陷系數0.015～0.07，濕陷量13.2～40.5 cm，天然含水量7.0% ～21.3%，濕陷厚度1.10～4.0 cm，孔隙比0.843～1.279，液限13.2% ～18.4%，標準干密度1.842～1.877g/cm3。這種土質采用一般常規壓實設備不易被壓實，且有不同程度的反彈現象。如不處理，不僅會使路基沉降，并將使結構物發生不同程度的沉降、傾斜、開裂，甚至影響到結構物的安全和使用。

濕陷性黃土地基處理的目的是減少土的滲水性、壓縮性，控制其濕陷性的發生，部分或全部消除它的濕陷性。針對延塞高速公路不同路段的濕陷性，除采取設置防水、排水措施，并將輕微濕陷路段原地基的壓實度提高到90%以上，并并進行局部換填處理外，對中等濕陷路段、零挖路段及填方高度大于4 m的路段地基，從經濟、施工條件、工程進度和處理效果等方面分析確定進行強夯處理。

2 強夯施工的設計要求及參數的確定

強夯法是根據巨大的沖擊能而獲得深層壓實效果的方法。這種方法是將重錘提高到一定高度后自由落下，多次重復夯擊地面，使地基土在巨大的沖擊能作用下，產生很大的動應力和沖擊波，致使土中孔隙壓縮，土體局部液化，在夯擊點周圍一定深度內產生裂隙，形成良好的排水、排氣通道，使土體內的水分和空氣順利逸出，土體隨著固結，從而在有效影響深度范圍內提高土基強度，降低土籍壓縮性，消除黃土的濕陷性。

按照一般規則，在強夯前初步作出了強夯施工設計并預定出相關參數，然后通過事前實驗以確定施工設計和參數。高速公路最終確定的施工控制參數如下:

(1)加固深度。根據有關資料和冀北山區地區其他公路的實踐經驗，選擇了強夯的有效加固深度為3～4 m，影響深度可達5 m。

(2)單位夯擊能。根據土壤類型和選擇的有效加固深度確定夯擊能為800 kN·m。為此選用的夯擊機械為履帶吊車及自動脫鉤裝置，夯錘為帶氣孔的圓柱形10t鐵錘，錘的底面積為4.9 m2，錘的落距為8 m。

(3)夯點的夯擊次數。夯點的夯擊次數是通過現場試夯的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定的。試夯時以能使土體豎向壓縮最大、而側向位移最小，并同時能以滿足規范規定的“最后兩擊平均夯沉量不大于50 mm，夯坑周圍不發生過大隆起;不因夯坑過深發生起錘困難”為原則，經試夯分析確定夯點的夯擊次數在4～9次時即可達到最好的技術經濟效果。

高速公路不良地質路段的地質結構情況基本是三層，即上層為黃土類土的覆蓋層，中層為卵礫石土層，下層為砂巖或砂頁巖互層。根據這條路上強夯的實踐經驗，夯擊點的夯擊次數與覆蓋層的厚度有很大關系:當覆蓋層厚度小于2 m時可不強夯，只需用重型振動壓路機多次碾壓，即可達到消除濕陷的效果;當覆蓋層厚度大于2 m以上時，強夯的夯擊次數在4次和4次以上;當覆蓋厚度大于4 m以上時，強夯次數最大不超過9次。這個經驗數據可供處理類似地質情況時參考。

(4)強夯范圍。對每個強夯處理段以排水溝外1m為控制范圍。

(5)夯點布置和夯擊遍數。根據試驗結果，夯區內夯擊遍數為三遍，前兩遍采用4個主夯點夾1個副夯點的梅花型布點方法，如圖中a所示;第三遍為低能量滿夯，即將夯錘降低至3～5 m，一夯挨一夯且將夯錘印重疊1/2的方法連續進行夯擊。

為了保證建筑物的安全，路規定強夯場地邊緣距建筑物最小安全距離不小于30m，距輸油管道、供水管道距離不小于20m，距輸氣管道距離不小于70m。從而保證了各管道的安全使用，也使強夯施工得到了順利進行。

3 強夯效果分析

高速公路經過強夯處理的濕陷性黃土土基的密實度得到了明顯提高。表1是某兩段土基夯前與夯后的試驗結果比較。

表1 試驗結果

承朝高速公路濕陷性黃土地基路段原設計為沖擊夯方法處理，其影響深度一般在0.8 m左右，沖擊力小，不易達到要求的密實度，因此在實施是改為強夯法。從實施后的效果分析，影響深度可達4 m左右，明顯看出地基孔隙率減小，密實度提高，從而提高了路基承載力。對于零填路段和填方大于4 m的路段，經強夯處理后路基承載力明顯提高。強夯法施工簡單，進度快，費用低，對于陜北地區地質情況大多為粉質亞粘土，普遍存在著遇水濕陷的不良情況，此法確實是一個效果好而又經濟的施工方法。

［1]李大忠.強夯法處理地基后承栽力的計算［J］.巖土工程師，1996.

［2]地基處理手冊編寫組.地基處理手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2000.

［3]韓自力.淺談強夯設計參數的選取［J］.路基工程，1996.