強夯法在市政道路建設中的應用探討

劉 瓊

湖南高嶺建設集團股份有限公司，湖南長沙 410000

1 強夯法的加固機理

目前，強夯法主要適用于地基的加固和改造，在平時的作業活動中，常見的處理方式主要有三種：

（1）動力固結：動力固結理論主要是針對富含細顆粒飽和土的地基加固而言，對這類地基進行強夯處理時，機械所產生的巨大作用力會導致地基中產生強大的應力波，進而使得土體的原本結構面貌得到一定程度的變形或加固。地基結構的改變，必然會引起土體局部的液化現象，并產生較多的裂隙，從而改善土體結構中的排水功能，降低其排水壓力，待超孔隙水壓力徹底消散后，土體逐漸固結。因為軟土具有觸變性，強度可恢復。

（2）動力密實：強夯法作業原理為動力迷失，主要應用于多孔隙、粗顆粒、非飽和土的加固，從動力學角度來說就是通過沖擊型動力荷載對土體持續施加外部壓力，使得土體密實度提升，孔隙縮小。非飽和土夯實過程中，就是借助強夯的外力使得土體中的空氣被充分的擠壓出去，從而使得土顆粒的排列更加緊密，因變形而更加密實。

（3）動力置換：動力置換主要包括整式的和樁式的兩種形式。所謂的整式置換法就是利用強夯機械將所有的碎石等物質擠壓融入地基的淤泥之中，該類型的工作原理就是相當于更換地基的結構層。樁式置換的置換原理在某種程度上來講與整式動力置換相類似，不同的是將碎石導入土層中而非淤泥中，部分碎石還會導入軟土層中，從而形成碎石樁或碎石墩，但最后的目標都是通過置換地基從而形成復合地基。

2 幾種常見的強夯置換法

建筑工程基礎沉降加固置換原理是使用砂、碎石等材料將軟土置換出，與未經加固的部分形成復合地基，以達到加固地基的目的。常用的強夯置換法施工流程如圖1所示。

圖1 強夯置換法示意圖

2.1 振沖置換法（或稱碎石樁法）碎石樁法

振沖置換法又稱為碎石樁法，應用單向或者是雙向振動的沖頭，噴射高壓水流，經過下沉成孔、碎石填充和振實等多道工序形成強度較高的碎石樁。樁體和原有粘性土結合形成的復合地基，其優勢體現在提高地基承載，控制總體沉降。但是振沖置換法不宜應用于淤泥、淤泥質土、砂土、粉土等區域的地基處理。對于不排水抗剪強度小于20kPa的軟土地基，采用碎石樁時需注重施工控制與工藝方案的編制，以保證最終的處理效果。強夯法對不同地基具體要求如表1。

表1 強夯法對不同地基要求

2.2 石灰樁加固法

石灰樁加固法是在軟土地基中使用設備鉆孔，在鉆孔中填充生石灰固化劑，從而形成強度高、結構穩定的樁體。選用生石灰材料的主要目的為充分發揮出生石灰吸水、膨脹、放熱等性能，改善樁體周邊土體的物理力學性質，此時樁與土結合，提高了地基的強度，實現了加固的最終目的。

軟弱粘性土地基在處理過程中普遍會采用石灰樁加固法。

2.3 強夯置換加固法

強夯置換加固法適用于厚度＜6m的軟弱土層，夯實與填充碎石作業同時進行，構建深度3～6m、直徑為2m的碎石樁體，和周邊土體結合形成了復合地基。強夯置換法應用于含有軟粘土地基處理中效果最佳。

2.4 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)法

水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）工藝要點是合理確定石屑、粉煤灰、水泥配比，添加適量的水，拌和均勻，后通過振動沉管打樁機或者是其他專業設備制成粘結性較強的樁。相鄰樁間的土通過褥墊層形成了復合地基。在市政道路軟土地基處理中，水泥粉煤灰碎石樁多應用于填土、飽和及非飽和粘性土、砂土、粉土等地基處理作業中。

2.5 柱錘沖擴加固法

柱錘沖擴加固法是利用直徑為0.2～0.6m、長度在2～6m之間、質量為1～6t的柱樁錘沖擴成孔，在其中填充碎磚三合土等材料，反復夯擊，形成樁。相鄰樁間的土通過褥墊層形成復合地基。對于帶有填土、粉土、粘性土、粘性素填土、黃土等成分的地基處理十分有效。

3 強夯法的優點

3.1 對土體的適應性較強

一般情況下可以在各類土體中展開該作業，例如砂性土、粉土、一般黏性土、黃土、人工填土等，以及部分難以處理的含有大塊碎石土、建筑、工業垃圾等成份的雜填土，都可借助置換法使得軟土地基得以加固壓實。

3.2 強夯后的地基更加堅固

地基在經過強夯處理后，其承載能力、厚度、堅實度等均可得到有效的改善。

3.3 強夯施工機具較為單一

履帶式起重機是強夯作業中最為主要的工具，在使用過程中通常與龍門架等設施相配合，從而更好地提高該起重機的起吊能力和穩定性。

3.4 減少材料浪費

由于強夯處理作業多是在原地基或回填土方前直接開展的，所以一般也不需要其他材料的配合使用，在很大程度上減少了材料的浪費。

3.5 節約造價成本

強夯工藝的優勢之處在于并不需要太多的建筑施工材料，與其他建筑施工工藝相比，在購置、運輸、制作、打入費用，除了消耗油料和人工費用等方面就有了較大的節約，總體造價成本也會隨之有效下降。

4 強夯法的常遇問題、原因概括及應對措施

4.1 強夯作業后土層的下沉量與規定指標具有較大差異

（1）含有淤泥或粉砂土的土壤中展開強夯作業，容易加快其中的液體流動速率，從而增強土體的不穩定性。

（2）在地下水位過高或地基土含水量過大的土壤中展開強夯作業，會使得其中的水量因遭受擠壓而產生波動。

4.1.1 應對措施

在含有淤泥或粉砂土的土壤中展開強夯作業前，可以預先于土層表面鋪設一層0.5～2.0m厚度的砂石層。

根據實際情況恰當調整夯擊的力度或人為的改變地下水位高度后開展強夯作業。

4.1.2 原因概括

強夯作業后，實際的強夯效果并未達到預期的目標，主要表現在影響深度達不到標準要求：

（1）土質的質地并不相同，有可能摻雜一定的砂卵石，使得夯擊的效果受到部分影響；

（2）施工地段可能遇到障礙物或會影響施工效果的砂礫石；

（3）夯錘的重量、落地間距或夯擊次數、擊拍力度等都未經過嚴格的測試而作出錯誤的判斷，使得土體的壓實度因此變得更加不均勻；

（4）夯擊的次數過于繁多，使得部分土層壓實過度甚至形成硬層，夯擊作業對土層的影響深度也會因此被阻礙；

（5）相鄰兩次的夯擊作業時間間隔未準確把握，相鄰兩次強夯作業之間的時間間隔過短就會導致土層內的孔隙來不及消解，相鄰兩次強夯作業之間的時間間隔過長就會導致原有的夯擊影響力度被削弱。

4.1.3 應對措施

強夯作業正式開始之前，首先要查明地質實情，針對不同的土層或土夾層采用不同的夯實方法，這要要求靈活選擇夯擊的能量，在遇到障礙物的情況下，必須要仔細清掃處理。作業過程中夯錘重量的選擇、落地間距等具體的強夯數值必須要經過嚴格的測試才能將其確定。強夯作業一般需要重復，但每一次之間都需要有一段緩沖時間，該時間的長短主要靠土壤的性質決定，例如粘土或沖積土需要有至少20d的緩沖時間。

如果一次強夯作業達不到預期的夯擊深度，可適當增加夯擊的次數或增加夯錘的重量。

4.2 強夯后土壤松散膨松，遇水易凹陷

4.2.1 原因概括

（1）強夯后的平整工作沒有按時開展，也沒有借助低能夯再次進行拍平壓實工作；（2）市政道路施工過程中有機動車輛經過使其受影響；（3）強夯時，忽略對凍土層的處理，待天氣回溫后土層松軟膨脹。

4.2.2 應對措施

（1）強夯完成后應對凹坑進行細節彌補，借助較低力度的夯錘仔細壓實平整；（2）強夯作業進行中應嚴禁機動車輛對其干擾；（3）冬季的強夯作業應特別注意對凍土層的處理。