強夯法在市政道路施工中的應用分析

鮑小玲

（浙江景鴻建設有限公司，浙江 義烏 322000）

1 前言

強夯法是一種加固地基的方法，通常也稱動力固結法。這種方法是指通過采用吊升設備將重錘起吊，吊到較大高度后，使其自由下落，進而將產生的巨大重力勢能轉化為動能作用于地基，瞬時強大動力，沖擊和振動地基土層使其通過短時間作用降低地基壓縮性，提高地基強度，改善受力性能，提高地基承載力，最終達到夯實地基的目的。強夯法在市政道路施工中是主要夯實地基的方法，可經常用于夯實非飽和粘洼土、濕陷性黃土和砂性土。

2 強夯法的加固地基原理

強夯法加固地基目前主要有3 種不同的加固原理，分別是：動力密實原理、動力固結原理和動力置換原理。

2.1 動力密實原理

動力密實原理主要用于加固強夯粗顆粒、多孔隙、非飽和土，用沖擊動力減小土層中的孔隙體積，使土體變得密實，提高土體強度。土層路基在強夯法重錘的強大作用下，土層路基結構中的土粒接觸點會產生壓縮形變，進而使土粒之間的接觸面積加大，土層更加密集，增強路面的承載力度。在土層地基中，土粒并不都是均勻的圓或橢圓形，也存在著片狀顆粒。那么，在強夯法的作用之下，片狀土粒便會被變彎，使其附近的土粒相對產生位移，當土粒接觸處時會進行相對運動。

2.2 動力固結原理

動力固結原理常用于細顆粒飽和土的處理，通過動力固結原理，即巨大的應力波因很大的沖擊能量而在土中產生，以此破壞土體原有結構，液化局部土體并使其產生裂縫，排水通道增加，進而孔隙水溢出，等到孔隙水壓力消散之后，土體發生固結。

動力固結原理是強夯法機理中被最早接受的，這一原理是通過強夯法來實現處理土層地基中飽和細小顆粒的目的。在許多工程實踐中，動力固結原理已經實現其價值意義，并且在經濟效益和技術效果方面取得了不錯的成績。動力固結原理有其獨立的作用系統。（1）飽和土的變化壓縮：土層地基中存在著滲透性極低的飽和細顆粒土，這種極低的滲透性使對地基進行夯實時，外界瞬時荷載作用下的飽和細顆粒土之間的孔隙水不能迅速排出。然而動力固結原理利用有機物分解，壓縮土層中氣泡形式的氣體體積，并使其變形。擁有較強拉應力的部分地基土在瞬時強作用力下不會發生變形，只是形成裂縫網絡結構，水能夠因此迅速排除，之后土層粒子更加緊密，承載能力更強。（2）局部液化的土層地基：強夯開始階段，重復夯實形成外界沖擊力逐漸壓縮地基土中的氣體，在孔隙水壓力不斷增加達到一定程度時，覆蓋壓力與孔隙水壓力相等，液化降低，的土層地基產生，最強的孔隙水壓力形成。繼續強夯的過程中，孔隙水壓力增長值開始降低，強度增長值開始增強，并最后會達到最佳狀態。這種液化的土層地基是局部范圍內的。（3）土層滲透性的改變：外界作用力大于土層地基中的顆粒土孔隙水的側向壓力時，形成排水網絡系統，孔隙水會排出。外界作用力小于土層地基中的顆粒土孔隙水的側向壓力時，孔隙水壓力降低，到一定程度時，孔隙裂縫自行閉合，水的運動得到機會恢復土層地基中的原狀態。（4）土層觸變恢復：當地基中的土層在外界的強夯作用下強度不斷降低，土體液化到達最低值時，裂縫產生在地基土層中，變為自由水的部分地基土層中的吸附水，隨裂縫流出。土層粒子緊密接觸，固定的新吸附水層，有效提升了地基土層的變形模量和抗壓性。

2.3 動力置換原理

動力置換原理可根據置換作用部分的不同分為整式置換原理和樁式置換原理。顧名思義，整式置換原理類似于換土墊層法的作用機理，通過強夯的巨大力量將碎石整體擠入淤泥當中。而樁式置換原理則是采用強夯作用將碎石填筑土體之中，并且間隔地將部分碎石樁夯人軟土中，形成樁式的碎石樁和碎石墩。樁式置換原理的作用機理是通過碎石內摩擦角與墩間土地基復合作用，來維持樁體平衡的狀態。

3 強夯法的優缺點

強夯法普遍運用于道路施工過程中，這種方法對施工過程中常出現的一些問題進行了避免。強夯法的優點有：設備比較簡單，能夠節省材料，施工較為方便，對人力、物力的投入需要較低，經濟實用性比較高。在填充路基路面時，能夠放寬對填料粒徑的要求，更容易獲得材料，達到降低成本的效果。強夯法的運用顯著減少了施工時間，使效益增強。強夯法在高填方中使路基更加夯實，原地面與路基填料結合更加能緊密，路面塌陷的可能性降低。

但強夯法也同時存在著一些缺點，如：強夯法的加固效果會受到地基土層中軟弱夾層的影響，夯擊力度有效傳遞性不足。

4 強夯法的影響因素分析

第一，重錘越重，其落距越大，強夯過程中的單擊能量就越強大，夯擊次數就可以相應減少，單次的夯擊效果就越更明顯。那么，就要根據具體條件，如不同的土體、不同的加固深度來確定單夯擊能，進而在夯擊設計中選擇合適的落距和重錘。

第二，強夯法的實際應用中，布置的夯擊點一般為正方形或三角形。確定夯擊點間距時一般要注意目標深度和土層地基的性質。第一次作用的夯擊點間距一般在重錘直徑3倍左右，之后可適當縮小間距，以此確保夯擊作用深度。

第三，夯擊頻率受土層孔隙水壓力消失速度的影響，夯擊間歇時間由于土層的不同而有所差別。如：粘性土孔隙水壓力消散慢，夯擊頻率不能過大；砂性土滲透性較大，夯擊頻率可以稍大。

第四，過厚的土層厚度使強夯法沖擊力度傳遞不到深層地基中，則強夯作用不顯著。

5 強夯法在道路施工中的實際運用

5.1 施工程序

強夯法的應用在不同的國家也有所不同，如：日本采用輪胎式起重機，西歐國家采用大噸位履帶式起重機，這幾種機器穩定性都較強，施工也比較方便。而我國受條件限制，在市政道路施工中一般使用小噸位起重機，因此需要利用滑輪在強夯法加固時解決部分問題。強夯法在我國市政道路施工中，重錘的起吊需要利用滑輪，重錘的自由落體需要利用自動脫鉤裝置。操作過程是對脫鉤器的鋼絲繩進行拉動，用脫鉤器的鉤掛住重錘，將吊鉤拉至所需高度，伸臂拉轉到相當角度，自然脫落重錘，重力勢能轉化為動能。

5.2 檢測控制

在市政道路施工中使用強夯法結束后，要對加固地基土層進行檢測控制。間隔檢測對于不同的地質間隔時間也不同，如砂土地基和碎土石，間隔時間一般為1 至2 周；粘性土地基，間隔時間一般為2 至4 周；置換地基間隔時間一般為4 周左右。具有科學依據且獲得認可的檢測方法有：十字板試驗，室內試驗，載荷試驗，動力觸探試驗等。

結語

通過強夯法在市政道路施工中的運用，復合地基承載力有效提高，深層地基加固，施工過程中的環境污染減少，工程質量和工期可以得到確保，施工成本有所降低。多國已經認可強夯法的顯著作用。隨著社會的發展和進步，強夯法將會不斷完善，進一步提高，在市政道路施工中發揮更加巨大的作用。

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