強(qiáng)夯法處理公路軟土路基施工技術(shù)應(yīng)用研究

徐 彬

(貴州通力達(dá)公路工程監(jiān)理有限公司銅仁分公司)

0 引 言

強(qiáng)夯法是公路工程軟土路基施工處理中較為常用的技術(shù)方式，其施工作用的機(jī)理為通過采用起重設(shè)備將重錘提升之后自由下落，產(chǎn)生非常大的沖擊能量作用在路基上，對(duì)軟土路基產(chǎn)生非常強(qiáng)的沖擊和震動(dòng)，進(jìn)而起到提高軟土路基強(qiáng)度，減小軟土路基壓縮性以及改善軟土路基液化條件的作用。強(qiáng)夯法的施工處理應(yīng)用范圍廣，路基處理效果明顯，路基承載力可以得到顯著提高，而且施工機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單、材料用量少、作業(yè)工期短、處理造價(jià)相對(duì)較低，因而在公路工程施工中的應(yīng)用非常廣泛。但是由于強(qiáng)夯法施工參數(shù)多，路基加固效果與施工工藝息息相關(guān)，為了確保軟土路基的施工處理效果，必須強(qiáng)化施工處理階段的各工序管理，以真正發(fā)揮強(qiáng)夯法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，達(dá)到改良軟土路基的目的。

1 強(qiáng)夯作用機(jī)理分析

強(qiáng)夯法處理公路軟土路基主要是發(fā)揮動(dòng)力固結(jié)加固作用，對(duì)公路路基進(jìn)行強(qiáng)夯的作用主要有四個(gè)階段，第一階段是夯擊勢(shì)能轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大的沖技能，對(duì)軟土路基的土體形成強(qiáng)制壓縮與振密;第二階段是土體出現(xiàn)液化與土體結(jié)構(gòu)破壞，這一階段土體抗剪強(qiáng)度喪失;第三階段則是排水固結(jié)壓密階段，這一過程中土體裂隙有所發(fā)展，土體的滲透性改變，土體的強(qiáng)度提高;第四階段則是強(qiáng)夯之后一段時(shí)間的觸變恢復(fù)以及固結(jié)壓密，這一階段土體強(qiáng)度會(huì)繼續(xù)提高。同時(shí)在強(qiáng)夯施工中往往采用強(qiáng)夯置換施工處理方式，通過將碎石以及礦渣等物理力學(xué)性能相對(duì)較好的粗集料強(qiáng)行擠入路基中，發(fā)揮加固軟土路基的作用，并依靠置換擠密以及排水固結(jié)，形成碎石墩復(fù)合地基，進(jìn)一步的提升路基的承載力，減小路基的沉降問題。

2 軟土路基強(qiáng)夯施工參數(shù)的確定

(1)有效加固深度的確定。進(jìn)行公路工程軟土路基強(qiáng)夯加固處理方案設(shè)計(jì)，首先必須考慮強(qiáng)悍的有效加固深度，這也是影響夯擊能確定、夯點(diǎn)布置以及加固均勻性的關(guān)鍵因素。目前在工程施工中大多采用梅納經(jīng)驗(yàn)公式:H =(WH/10)0.5;公式中:H 為有效加固深度，m;M 為重錘重量，t;h為重錘落距，m。

(2)夯錘的選擇。由于夯擊能的高低對(duì)于公路工程軟土路基的強(qiáng)夯效果有著主導(dǎo)作用，如果夯錘太重、落距不足，有可能造成沖擊速度不夠，不足以破壞公路工程軟土路基的結(jié)構(gòu)，難以取得應(yīng)有的效果。如果夯錘太輕，即使沖擊速度較大，但是夯擊能有限，也難以取得較好的夯擊效果。因此在軟土路基施工中，對(duì)于夯錘重量的選擇，在路基加固條件允許而且具有相同提升機(jī)械能以及加固影響深度的情況下，盡量選擇使用重錘，控制夯錘單位面積的靜壓力在2.5～4.0 t/m2。

(3)單位夯擊能的確定。如果單位夯擊能過小，會(huì)造成軟土路基的加固效果較差，如果單位夯擊能過大，不僅會(huì)造成能耗的增加，而且也會(huì)對(duì)土體造成破壞，甚至形成橡皮土，降低土體的強(qiáng)度。因此，現(xiàn)階段在工程施工中，一般控制夯擊能不超過3 000 kN·M/m2。

(4)夯擊點(diǎn)的布置。對(duì)于公路工程軟土路基施工而言，由于一般是大面積的路基處理施工，因此在夯擊點(diǎn)的布置上往往采取等邊三角形或者是等腰三角形的方式進(jìn)行布置。對(duì)于夯擊點(diǎn)之間間距的確定，則應(yīng)該根據(jù)需要處理軟土路基土層厚度、軟土路基的具體土質(zhì)條件、土質(zhì)特性、透水性以及土層的含水量等綜合確定。需要注意的是，夯擊點(diǎn)間距并不是越小越好，如果夯擊點(diǎn)過密，很容易造成加固效應(yīng)在淺處疊加形成硬殼層。一般在軟土路基工程施工中，夯擊點(diǎn)的間距控制在夯錘直徑的3 倍左右。

(5)點(diǎn)夯擊數(shù)與夯擊遍數(shù)的確定。單點(diǎn)夯擊數(shù)應(yīng)該根據(jù)軟土路基強(qiáng)夯施工現(xiàn)場(chǎng)的夯擊次數(shù)與夯沉量關(guān)系曲線確定，一般控制最后兩次夯擊的平均夯沉量在50 mm 以內(nèi)，控制單擊夯擊能量不超過100 mm，同時(shí)確保夯擊周圍地面沒有過大的隆起以及起錘困難的問題。對(duì)于夯擊遍數(shù)的確定，則應(yīng)該根據(jù)軟土路基的土體性質(zhì)來確定，一般情況下夯擊遍數(shù)在1～3 遍左右，最后再進(jìn)行一遍滿夯，以對(duì)前幾遍的松土和表土層進(jìn)行加固。

(6)夯擊間隔時(shí)間的確定。夯擊間隔時(shí)間是指強(qiáng)夯法兩次夯擊之間的間隔時(shí)間，在強(qiáng)夯法施工的整個(gè)過程中，在夯擊能作用下，軟土路基中的孔隙水壓力迅速的增加，達(dá)到飽和條件后土體液化，強(qiáng)度降低最低，停止夯擊以后，孔隙水壓力消散，軟土路基土體強(qiáng)度陡增，因此應(yīng)該在夯擊不同遍數(shù)之間設(shè)置一定的間隔時(shí)間，為土體強(qiáng)度的提高提供時(shí)間。

3 強(qiáng)夯法施工作業(yè)管理

(1)試驗(yàn)段的施工處理。對(duì)于在施工方案設(shè)計(jì)階段確定的單點(diǎn)夯擊能、單位面積夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、夯點(diǎn)間距、間歇時(shí)間等參數(shù)，在正式進(jìn)行強(qiáng)夯施工作業(yè)之前必須進(jìn)行試驗(yàn)段的施工，以便于明確對(duì)于地基承載力、變形模量、有效加固影響深度的影響。試驗(yàn)段夯擊點(diǎn)應(yīng)該選擇在地質(zhì)情況和土質(zhì)的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)具有代表性的區(qū)域進(jìn)行試夯。在試夯階段，應(yīng)該全面的記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并繪制夯擊數(shù)與坑底標(biāo)高下沉量關(guān)系圖、空隙水壓力增量時(shí)間過程線、夯擊擊數(shù)與夯坑隆起體積關(guān)系曲線圖、單位面積夯擊能與地面平均沉降量圖、夯前夯后標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)隨深度分布規(guī)律圖，通過數(shù)據(jù)曲線分析對(duì)強(qiáng)夯法施工設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證分析，并根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果制定正式的施工方案。

(2)強(qiáng)夯施工作業(yè)技術(shù)準(zhǔn)備工作。在進(jìn)行強(qiáng)夯加固軟土路基施工作業(yè)前，首先應(yīng)該按照強(qiáng)夯設(shè)計(jì)平面圖中夯點(diǎn)的布置在施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量放樣，并確定強(qiáng)夯的走行路線，對(duì)于可能影響到構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的，必須提前開挖隔振溝。其次，挖除地表淤泥及耕植土，并對(duì)施工作業(yè)場(chǎng)地進(jìn)行整平，可以采用壓路機(jī)適當(dāng)碾壓，此外還應(yīng)完善施工作業(yè)場(chǎng)地的臨時(shí)排水系統(tǒng)，以免地表水進(jìn)入路基范圍內(nèi)。之后按照計(jì)算分析的夯后變形量，預(yù)先鋪設(shè)粗集料或者是礦渣填料。

(3)強(qiáng)夯施工作業(yè)。在起重機(jī)就位以后，即可按照各項(xiàng)施工作業(yè)參數(shù)的要求對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)進(jìn)行夯擊處理。在夯擊施工過程中，應(yīng)該確保落錘平穩(wěn)、夯位準(zhǔn)確，如果出現(xiàn)坑底傾斜而造成夯錘歪斜時(shí)，應(yīng)及時(shí)將夯坑采用石料或者是礦渣填平。整個(gè)夯擊施工作業(yè)順序采取梅花型順序夯擊，分段進(jìn)行。在強(qiáng)夯施工作業(yè)過程中，應(yīng)該合理安排施工節(jié)拍，確保施工夯擊施工連續(xù)進(jìn)行。施工中應(yīng)該確保不同遍數(shù)之間的規(guī)定的間歇時(shí)間必須足夠，在完成全部夯擊遍數(shù)之后，應(yīng)該按照施工方案要求采用低能量“滿夯”，按照不少于1/4 的搭接面積，將場(chǎng)地表層土夯實(shí)，同時(shí)對(duì)夯后場(chǎng)地高程進(jìn)行測(cè)量。

(4)施工質(zhì)量檢測(cè)。為了確保強(qiáng)夯法處理公路軟土路基的實(shí)際效果，在強(qiáng)夯施工過程中，應(yīng)該對(duì)夯擊次數(shù)、夯沉量、夯坑深度、開口大小、夯坑體積、場(chǎng)地隆起和下沉記錄、夯擊后場(chǎng)地的夯沉量、孔隙水壓力增長(zhǎng)檢測(cè)、每批夯點(diǎn)的加固效果檢測(cè)、最后2 擊的貫入度等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的控制。在完成強(qiáng)夯法施工作業(yè)之后，應(yīng)該采用原位測(cè)試法和室內(nèi)土工試驗(yàn)法對(duì)夯擊處理的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，原位測(cè)試主要是進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探試驗(yàn)、荷載試驗(yàn)等取土試驗(yàn)，主要是對(duì)土體的抗剪指標(biāo)、壓縮模量、密度、含水量、孔隙比、滲透系數(shù)、濕陷系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，確保處理后地基承載力以及穩(wěn)定性滿足要求，同時(shí)對(duì)于不合格的區(qū)域應(yīng)該采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行處理。

4 結(jié) 語

強(qiáng)夯法施工工序簡(jiǎn)單、成本投入較少，是一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好的軟土路基施工處理方法。在采用強(qiáng)夯法處理公路工程軟土路基的施工過程中，應(yīng)該根據(jù)軟土路基的實(shí)際情況，合理的設(shè)計(jì)好強(qiáng)夯法的加固參數(shù)，強(qiáng)化施工工藝管理，以提高軟土路基處理質(zhì)量，確保公路工程建設(shè)施工的順利完成。

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