影響城市道路雜填土地基強夯效果的因素及處理措施

童 云

（新疆石油工程建設有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

隨著城市建設的快速發展以及城鎮化建設力度的不斷加大，產生了大量的建筑和生活垃圾。這些垃圾長期在城市周圍集中堆放，形成了工程性質復雜多樣的雜填土，具有強度低、有機質含量多、孔隙率大、壓縮變形大等特點，是地基處理中的難點。針對雜填土的這些特點，采用強夯技術對雜填土地基進行處理，不僅能滿足城市道路對地基承載力和沉降變形的要求，而且能夠解決雜填土堆放所產生的生態環境問題，是一種費用低、成效顯著的方法之一。但是，在對雜填土強夯的過程中，影響強夯效果的因素較多，本文通過對這些影響因素的分析和研究，提出相應的解決方法，希望對今后采用強夯法處理城市道路雜填土地基具有一定的指導意義。

1 影響強夯效果的因素分析

1.1 雜填土構成成分的影響

城市雜填土的主要成分是建筑垃圾和生活垃圾，其主要特點為顆粒大、孔隙大。在含水率較低或在無地下水影響的條件下，屬于非飽和性土，符合振動波壓密理論[1]。根據該理論，強夯時，當重錘與地面接觸的瞬間，動能轉化成沖擊能，在地層內部形成縱波、橫波和面波，使土體內部被壓密。因此，可以利用夯錘的自由落體運動所產生的沖擊能量，使磚及大塊的混凝土塊等建筑廢料被擊碎，并使顆粒間的空隙被壓縮，從而使雜填土獲得一定的密實度（見圖1）。在土體壓縮變形的過程中，建筑垃圾中的瓦礫及混凝土塊主要起到骨架作用，而其中的碎礫土壓密于碎磚瓦之間，使承載力提高。但是，在實際施工過程中發現部分混凝土塊和磚塊未被完全擊碎，有的甚至未被擊碎，用肉眼就可觀察到強夯后的雜填土剩余空隙仍然較大，雜填土內部的一些混凝土塊周圍依然存在空洞現象，這種現象在同一斷面中較為普遍，如圖2所示。

圖1 現場點夯

圖2 強夯后雜填土斷面

綠化是城市道路不可缺少的組成部分。綠化種植物經長期的用水灌溉，除滿足植物正常的生長要求外，多余的水在重力的作用下不斷向下滲入地基。這種強夯后的地基受水浸濕后，一方面水會在雜填土的顆粒間產生潤滑效應，另一方面水會使土的濕重不斷增大，在重力和潤滑效應的共同作用下，土中的孔隙被進一步壓縮，從而導致路基產生沉降。因雜填土的成分較為復雜，并且均一性較差，所以這種沉降是不均勻的，最終將會導致道路在運行幾年后出現不均勻沉降，因此，這種空洞和大空隙的現象仍然會對道路產生不利影響。

圖1和圖2是克拉瑪依市某EPC城市道路項目K0+545～K0+830段采用4000kN·m夯擊能強夯處理后的雜填土地基斷面情況，其雜填土的成分主要為建筑垃圾，強夯面積5700m2，設計要求的地基承載力特征值為150kPa。所用強夯設備的夯錘底面積5m2，錘底直徑2.52m，處理深度為6.0m，夯點間距4.5m，夯點采用正三角形布置，采用點夯、復夯和滿夯的工藝組合進行施工，經靜載和動力觸探檢驗合格后，從為構造物施工而開挖的基槽斷面可以看出，在1.0～2.0m范圍內較為密實，2.0m以下的空隙逐漸增大，部分混凝土塊未被擊碎，并在一些混凝土塊周圍有空洞現象，該斷面圖可真實地反映出雜填土地基強夯后的效果。

1.2 水文地理環境的影響

雜填土地基地下水的來源主要是大氣降水以及城市綠化灌溉用水。雜填土內的充填物浸水后極易軟化，對雜填土的力學性能具有決定性的影響，在飽和狀態下，其受力特性和作用機理符合動力排水固結理論[1]。在強夯的過程中，雜填土在沖擊波的作用下，土中孔隙被迅速壓縮，使孔隙內的水產生瞬時超孔隙水壓力。這種水壓力，一方面吸收強夯的能量，降低強夯的效能；另一方面它的擴散作用擾動周圍的土體，使已夯過的臨近點周圍的土體出現隆起現象，形成橡皮土。主要表現為：夯擊某一點時，原先夯擊過的臨近點受擠壓而再次隆起。

圖3和圖4是克拉瑪依市某城市道路主線K0+400～k0+900段強夯處理時的現場情況。該段線路經過一垃圾場，地勢較低，大量的建筑垃圾和生活垃圾相互混合形成雜填土，平均堆積厚度在4.5m左右。2008年進行地質勘探調查時，該雜填土路段無地下水，但是在2013年因右側的綠化種植帶灌溉，距路50m外出現一片蘆葦塘，面積為5000m2，水深0.8m。在未采取降排水措施的情況下，對該路段進行了強夯施工，夯點間距為5.0m，采用4000kN·m夯擊能強夯后，夯坑周圍土體隆起過大，部分夯坑內出現滲水，另外，夯擊一點時，原先夯擊過的臨近點出現再次隆起現象，真實地反映了水文地理環境對雜填土強夯的影響。

圖3 現場水文地理環境

圖4 強夯后的出水夯坑

1.3 有效加固深度不易確定及強夯設備性能的影響

1.3.1 有效加固深度不易確定

在強夯的過程中，土層所受到的夯擊能由上部到下部逐漸遞減[2]，如何確定有效加固深度，是雜填土強夯最為關鍵的環節。因現行規范中提供的“有效加固深度預估表”[3]只提供了粗顆粒土和細顆粒土等均質材料在不同夯擊能下的有效加固深度的預估量，未預估出雜填土在不同夯擊能下的有效加固深度，不能參考規范來預估雜填土地基的單擊夯擊能和有效加固深度。另外，因雜填土構成材料具有多樣性和復雜性的特點，其受力特性受磚石、混凝土塊以及其他垃圾材料的含量影響較大，因此，對合理確定有效加固深度存在著一定的困難。

1.3.2 強夯設備性能的影響

強夯設備的錘重、落距、功率等性能參數對強夯的效果影響較大，并決定著雜填土的有效加固深度以及磚石、混凝土塊的破碎程度，同時也決定了地基的承載能力以及抗變形能力。

1.4 其他強夯工藝參數的影響

其他強夯工藝參數主要包括：夯擊點位設計、夯擊次數、遍數及間隔時間等，對強夯效果的影響也很大。

2 提高雜填土強夯效果的措施

2.1 采用強夯-注漿聯合法處理雜填土地基

為了克服雜填土地基因水文環境變化而引起的不均勻沉降，可在施工階段采用強夯－注漿聯合法對雜填土地基進行處理，適用于受地下水影響較小或含水率較小的非飽和土。該方法是先采用強夯法按技術規范的要求對地基進行強夯處理，使雜填土的承載力滿足設計或規范要求。在強夯過后，采用滲透注漿工藝對雜填土地基進行二次處理。一方面所用的注漿漿液可包裹雜填土內的有機物，防止其氧化或降解；另一方面可進一步填充孔隙，排擠土中孔隙所存在的氣體后，在孔隙內形成強度大、化學穩定性良好的“結石體”。這種結石與土體之間緊密接觸，形成復合地基，從而提高雜填土的強度和地基的整體穩定性，改善其物理和力學性能，起到既能控制路基的不均勻沉降變形，又能提高地基承載力的作用。由于雜填土組成復雜，缺乏規律性，差異性很大，孔隙大，因此，其滲透性具有明顯的各向異性，單純采用注漿法對雜填土進行處理，容易造成注漿漿液在雜填土內部串漿嚴重，注漿壓力和注漿量難以控制，雜填土處理后的效果并不理想，因此，需要將兩種方法結合起來使用。這種方法在克拉瑪依市某EPC城市道路項目中得到了應用并且效果較好。

2.2 采用降水－強夯聯合法處理雜填土地基

當雜填土地基受水文地理環境影響較大時，先采取措施進行降排水，然后再進行強夯施工，即采用降水－強夯綜合處理法對雜填土地基進行處理，這適用于受地下水影響較大或土體含水率較大的飽和土。具體措施可采用開挖截水溝進行集水明排或采用井點降水的方式進行降水，也可在道路沿線兩側設置排水盲溝并將盲溝與附近的地下城市排水系統或排水涵洞相連形成排水體系。通過降排水和強夯的多次循環，排除雜填土內的空隙水，加快孔隙水壓力的消散，最終使土體獲得一定的密實度。

2.3 科學合理地確定有效加固深度

（1）修正后邁耶公式為：

式中：H為有效加固深度（m）；W為錘重（kN）；h為落距（m）；K為修正系數。

（2）單擊夯擊能計算公式為：

式中：E為能量（kN·m）。

因雜填土的構成較為復雜，因此，在確定修正系數K時，可先選用一臺強夯設備，采用試夯的方法進行試驗，現場實測有效加固深度為H′，然后用H′與邁耶公式H＝計算出的有效加固深度H，并進行比較，反算修正系數K，即K＝H′/H。克拉瑪依市城南某EPC城市道路雜填土地基強夯的現場實踐證明，根據此方法得到的數據與現場施工得到的數據基本一致，可以滿足施工需要。

2.4 將理論計算與現場實際相結合，優選強夯設備

在選擇強夯設備時，采用鉆探或原位測試方法查明雜填土的構成、埋深以及周圍環境的影響，根據已查明的情況，初步確定夯擊能和處理深度，然后利用修正后的邁耶公式和單位夯擊能公式確定錘重、落距等參數，并據此初步確定強夯設備的型號和類型。

因修正后的邁耶公式只是確定在滿足現場施工和設計基本要求的條件下對強夯設備能級選擇的最低要求，在確定強夯設備的型號和類型時，還應充分考慮強夯設備的工作效率。目前，國內大多采用帶有自動脫鉤裝置的強夯設備，完成一個強夯行程所花費的時間較長，因此，為了提高強夯的效率，應對設備型號、夯點布置、施工進度等方面進行統籌考慮和優化后，選用噸位大、技術先進、性能可靠的強夯設備。

2.5 合理進行夯擊點位設計

夯擊點的間距一般為錘徑的2.5～3.5倍，根據現場情況采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。對于含水率小或不受地下水影響的雜填土，可采用小間距（低值）布置；對于含水率大或受地下水影響較大的雜填土，可采用大間距（高值）布置，以利于超靜孔隙水壓力的消散。

2.6 夯擊次數、遍數及間隔時間等工藝參數的控制

2.6.1 夯擊次數及夯擊遍數的控制

夯擊次數和遍數的確定應遵循使土體豎向壓縮量最大，而側向位移最小的原則[3]。可從現場試夯得到的夯擊次數與有效夯沉量的關系曲線確定。現場夯擊時，各點之間每遍夯擊采用間隔跳夯，夯擊遍數一般為2遍，第2遍夯擊點在第1遍夯擊點之間。

另外，在點夯時，根據振動波壓密理論，沖擊波所產生的面波只限于沿地基表面傳播，該波能使地基表面已密實的部分產生松散現象，因此，必須以低能量進行滿夯，必要時輔以振動壓路機進行壓實，以保證地基表面的密實度。

2.6.2 強夯間隔時間的控制

兩遍夯擊之間的間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間，對含水率大、地下水位高、滲透性較差的雜填土，在采取相應的降排水措施后，間隔時間應長一些，具體可通過試驗確定，以利于超靜孔隙水壓力的消散和水分的析出與排出。當雜填土含水率較小或不受地下水影響時，如夯擊對象主要是磚及混凝土塊等建筑垃圾，不受孔隙水壓的影響，可連續夯擊。

3 結語

采用強夯法處理城市道路雜填土地基具有設備簡單、費用低、利于環保等特點，已逐漸被推廣使用。但是，在處理雜填土的過程中，強夯的效果受雜填土的構成成分、所處的水文地理環境、強夯設備的性能參數以及其他一些因素的影響較大。通過對這些影響因素的分析，并制定相應的策略，以確保強夯處理后的地基既能滿足承載力的要求，又能滿足地基沉降變形的要求，這對城市土地利用、環境保護以及延長道路的使用壽命具有重要意義。

[1]樊世群.強夯法及在雜填土路基工程中的應用機理研究[D].西安：西安建筑科技大學，2008.

[2]張有春，魯建榮.強夯法在路床挖方路基的應用研究[J].交通標準化，2013，5（9）：137-140.

[3]JGJ 79—2012，建筑地基處理技術規范[S].

[4]唐仙.雜填土垃圾填埋場沉降控制研究[D].成都：西南交通大學，2008.

[5]余永禎，范業庶，曾威.建筑工程手冊（2分冊）[M].5版.北京：中國建筑工業出版社，2012.