強夯法加固鐵路路基的具體應用探討

李志華

摘要：我國地域遼闊，各個區域的地形地貌具有很大的差異。鐵路工程作為國民經濟的大動脈，對促進區域經濟發展、提高交通運輸效率、改善人們出行環境具有重要意義。經過幾十年的發展，我國鐵路形成了八橫八縱的鐵路網絡。鐵路工程具有施工范圍廣、施工環境復雜、建設周期長、施工技術要求高等特點，一條鐵路線可能跨越十幾個城市，由于每一個區域的地質條件不同。鐵路施工過程中，可能遇到軟土地基。由于軟土的含水量比較大，土層自身承載力比較低。所以路橋施工之前，必須對這些軟土路基進行加固處理，提高軟土路基的承載力。常見的方法有換填法、強夯法、真空預壓法等特點。由于強夯法施工工藝簡單、適應范圍廣、施工成本低、加固效果好、土粒結合緊密、變形沉降量小、施工周期短，強夯法是換填法施工周期的一半，所以強夯法在軟土地基加固工程中廣泛使用。本文闡述了強夯法施工法的原理以及特點，并結合實際的工程，分析了強夯法在加固鐵路路基工程的具體應用。

關鍵詞：強夯法；加固鐵路路基；施工工藝

1 強夯法加固法原理和特點

1.1強夯加固法原理

強夯法是利用重達100噸以上的重錘從高空幾十米的高度自由下落，對軟土地基進行反復夯實，提高土地的密實度，減少軟土地基的壓縮性，從而改變軟土路基的性能，達到提高軟土路基的承載力。這種處理方法主要是將重錘的重力轉換為沖擊能量，通過重錘瞬間產生的動能作用在路基上，從而壓縮土層的空隙，將空隙中的水分子排除到土層外部，達到壓縮和密實土體的作用。一般情況下，強夯法適合顆粒直徑大于0.05mm的粗顆土粒，如砂土、粉煤灰、雜填土、碎石土、回填土、低飽和度粉土、粘性土以及濕陷黃土等軟脫土體加固效果比較明顯。非飽和性黏土地基，一般采用連續夯實或者分遍間歇夯實的方式，并通過現場實驗確定夯實的次數和夯實的深度。

1.2強夯加固法特點

強夯加固法具有以下特點：第一，施工所需設備比較簡單，施工成本比較低。比換填法節省60%的費用，與預壓法節省50-70%的費用，與砂樁施工法節省40-50%的費用，極大地節省了施工的人力成本和物力成本。第二，加固效果明顯，可以提高地基的承載能力，可提高地基2-5倍的承載能力。第三，土粒結合效果好，有較高的結構強度，變形沉降量小，土地壓縮性可降低2-10倍，加固深度達到6-10米。第四，施工周期短。夯實加固法一套設備每個月加固面積可以達到5000-10000平方米的地基，比換填法和樁基施工工期減少一半以上。

2 強夯法加固鐵路路基的具體應用

2.1工程概況

某鐵路引入線無砟軌道綜合試驗段全長12.65千米，其中DIK131+420—DIK132+500段的路基總長度為700米。通過勘察，發現該施工路段屬于丘陵地貌，基層巖石裸露，自然坡度為15-30°，局部區域地勢比較陡坡；山坡植被發育比較茂盛。該施工地段的土層分別為粉質黏土、碎石土、泥夾砂巖、灰巖等土體。根據調查情況，發現該地段為軟土地基，為了提高鐵路路基的承載力，確保鐵路運行的安全性和穩定性。對DIK131+420—DIK132+500段的DIK131+785～888—DIK132+332～256（m）段的路基進行加固，加固線路總長度為256米，加固范圍路基坡腳外3米加固深度為4-6米，強夯加固面積為5500平方米。為了確保路基的夯實強度符合鐵路的實際荷載要求，在路基夯實之前，將DIK131+785～888段作為路基加載試驗段。

2.2強夯加固施工工藝

2.2.1確定施工工藝參數

在施工前，必須結合到鐵路路基的實際承載量，確定夯實加固的夯擊能量、壓強等參數。根據該工程的實際情況，確定使用25T履帶式強夯機，夯實錘重的直徑為2米，錘重為13.5噸，夯實錘的落距為14.8米。夯實的能量為點夯1958KN·m，滿夯能量為1000KN·m，靜壓為42KPa。夯實分三次進行，第一、二遍為點夯，第三遍為滿夯；夯擊次數為點夯6-11次，以末次夯擊下沉量≤5cm作為控制依據，滿夯為1擊。夯實過程中，為了確保夯距和設計要求的夯坑距離一致，將夯點的間距控制為2.7米左右，夯點形狀為梅花形布置，滿夯則為四分之一環。夯擊的間隔根據工程的實際情況決定，該路段的路基按照設計要求，該路基路肩3米厚，底層為滲透性比較好的粘性土，針對滲透性比較好的粘性土層地基一般間歇時間控制在1-2個星期，兩遍之間的間隔時間縮短為7天。

2.2.2施工準備

為了確保夯實效果，在夯實之前，施工單位必須對強夯路段進行處理，清除施工現場的大的石塊、木頭等雜物，平整土地，放好征地線以后，用挖掘機或者推土機將地表的草皮、樹根以及清除，以滿足夯實的施工條件。由于軟土地基的含水量比較高，施工前在路基兩側做好排水溝，以利于土壤中的水分及時排除，并在DK131+780路段設置一條橫向排水溝。準備好，彩條布，防止下雨天雨水浸泡強夯路段，從而影響到夯實效果。根據夯實路段的實際地質條件，在夯實路基路面鋪設0.5米的砂礫墊層。考慮到施工成本，墊層砂礫層采用砂礫石或者隧道棄砟石土。為了驗證這兩者的實際效果，在施工路段DIK131+785～888，選擇15米長的半斷面路基，在路基路面鋪設0.5米的砂礫墊層，然后進行夯實。發現隧道棄砟石土作為墊層的夯實效果比較好，所以在實際施工路段，軟土地基鋪設0.5-0.8米的隧道棄砟石土墊層。

2.2.3強夯加固施工

鋪設好隧道棄砟石土墊層以后，并重新平整地面，整個施工現場的高程控制在261.54—261.87米之間，然后用石灰標識出第一遍夯擊點的位置，起重機就位，將夯錘對準相應的夯點位置，測量夯前錘到頂高程的距離，如果不足則需要調高位置。將夯錘起吊到預設的14.8米的高度，夯錘脫鉤自由下落后，將吊鉤放下，測量錘頂到高程的距離。測量得出第一擊的夯實沉量控制在0.1—0.3米；第二擊的夯沉量控制為0.2—0.25米；第三擊的夯沉量控制在0.1—0.15米；第四擊的夯沉量控制在0.1—0.15米；第5擊的夯沉量控制在0.08—0.1米；第六擊的夯沉量控制在0.05—0.08米之間；第七擊的夯沉量控制在0.05—0.07米之間；第八擊的夯沉量控制在0.04-0.05米之間；局部地區夯點打到了9—12擊才達到設計要求。夯擊點累計夯沉量大致在0.6—1.2米，夯抗周圍的隆起量控制在0.1米，隆起量不大。在夯實過程中，部分夯錘可能存在傾斜夯實的現象，所以需要用回填土將其坑底填平，確保整個夯錘的水平。按照上述施工步驟，將下沉量小于等于5厘米沒有夯錘的夯點進行夯擊，分別夯擊完成設計的全部夯點，然后用推土機將這些夯坑全部填平。間隔一個星期以后，根據上述步驟進行第二遍夯擊。第二遍夯擊完成以后，用推土機將夯坑全部填平，并用小夯錘進行滿夯，從而進一步調高整個地基表層土的夯實效果，確保夯實密度達到設計要求。

2.2.4施工監測

由于鐵路工程施工地質條件比較復雜，施工過程中可能由于操作不當或者控制不當，導致夯擊的位置沒有對準夯點位置，從而影響到實際夯實的效果。所以夯實結束以后，需要檢查夯錘重和落距，確保夯擊的能量達到設計要求，以免影響夯實效果。為了避免夯實過程中夯點放線錯誤，每一次夯擊之前，需要檢查夯點位置和每一個夯點夯擊次數以及夯擊的沉落量，發現漏夯時，需要及時補充。

2.2.5強夯施工檢測驗收

2.2.5.1地基系數、壓實系數、孔隙率檢測

為了確保強夯加固效果，地基夯實以后還需要檢查實際夯實效果。夯實加固驗收時，檢查各項指標是否符合實際要求。地基系數K30≥110KPa，壓實系數Kh≥0.95，承載力≥200KPa，孔隙率n<28。強夯施工結束兩個星期以后，根據設計要求，檢查表層的地基系數K30、Kh、n等指標，經過檢查，發現檢測結果如下：通過平板載荷儀檢查夯實地基的六個夯實點，得到地基系數分別為：128MPa、152MPa、144MPa、130MPa、126MPa、147MPa；將表層墊層挖開以后，用灌砂法檢查表層黏土的壓實系數，選擇六個夯實點夯實系數Kh如下：0.98、0.99、1、0.98、0.99、0.99；選擇六個夯實點，使用密度濕度儀器檢查夯實表層的孔隙率n，得到以下結果：19.5、16.2、15.7、18.6、16.4、14.2。

2.2.5.2重型動力觸探試驗

夯實路段施工前，在路基基底選擇3個點做重型動力觸探測試，得到測試深度為6米，夯實17天以后，選擇3個點做重型動力觸探測試，得到測試深度同樣為6米，檢測結果如下表：

2.2.5.3靜荷載試驗

夯實結束17天以后，選擇5個點作為該路段路基基底的靜荷載試驗，得到檢測結果如下表：

2.3夯實加固效果

通過對地基系數、壓實系數、孔隙率等指標的驗證，發現檢測效果符合進行重型動力觸探試驗數據表明，路基基底強夯面以下1.5米范圍，地基夯實以后承載能力提高了2倍多，夯實面以下1.5-2.4米地基承載能力比夯實后提高了1.4倍，強夯面以下2.4-4.3米范圍，地基承載力比提高了0.4倍，夯實加固深度達到路基施工要求。其中以強夯面以下2.4米以下的范圍內加固效果最好。通過對軟弱基地加固后的靜荷載試驗，發現檢驗荷載承載力大于200KPa，表明在靜荷載檢測深度在0.8-1.2米范圍內，地基承載力滿足施工要求，所以地基表層土層可以作為路基基礎的主要持力層。

3 夯實加固常見問題

夯實加固過程中，會出現下沉量達不到設計標準、影響深度不夠等問題。夯實加固以后達不到下沉量控制標準可能是由于淤泥質土和粉質土在夯實過程中，產生液化現象或者地基土含水量過大，導致側向擠出現象。出現這種現象，必須在強夯土層面上鋪設0.5-2米的砂石，然后進行夯實。如果軟土含水量過多，則適當降低夯實能量；強夯深度達不到影響深度問題主要是由于土質不均勻，下部存在砂卵石夾層，在夯實過程遇到孤石或者不成片的砂礫石，夯實點過密等原因導致。夯實前，必須勘查地質情況，及時清除土層的障礙物，進一步優化夯實方案。

4結束語

通過對路基基底進行夯實加固處理以后，發現夯實以后，路基基層系數、壓實系數以及孔隙率滿足施工各項要求，可將其作為鐵路路基其他地段軟土地基處理的參考系數。在強夯施工過程中，需要結合實際情況，不斷修正設計參數，從而更加符合實際施工要求。

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（作者單位：中鐵六局集團北京鐵路建設有限公司）