強夯法處理公路軟土路基施工技術(shù)應(yīng)用

文/趙園、胡根長

1 前言

強夯法主要是針對軟土路基來開展施工處理，是一項專業(yè)施工技術(shù)。其主要的施工原理就是利用起重設(shè)備將重錘提升后再自由下落，對地基形成巨大的沖擊力，實現(xiàn)軟土地基的沖擊和震動，提高軟土路基結(jié)構(gòu)的總體性能，改善路基液化條件，滿足工程的使用安全性要求。該技術(shù)被廣泛應(yīng)用到工程中，處理效果比較好，路基承載力也比較高，并且機械設(shè)備簡單、操作方便，施工周期短、造價也很低，所以是目前公路項目實施的主要技術(shù)[1]。該技術(shù)在應(yīng)用的過程中需要計算的對象比較多，而路基加工效果與施工工藝存在的關(guān)系是相對密切的。因此，為了能夠切實將路基的施工質(zhì)量提高，需要做好施工技術(shù)管控，對技術(shù)的應(yīng)用，其應(yīng)用對工程質(zhì)量起積極作用。

2 強夯法優(yōu)點與缺點分析

2.1 優(yōu)點

2.1.1 適用范圍廣泛：可以應(yīng)用到各種地質(zhì)條件下，比如砂土、粉土、黏性土、黃土等等。尤其是應(yīng)用到一些無法加固處理的大型塊石和建筑、生活垃圾等組合成為的雜填土情況，應(yīng)用置換法來實現(xiàn)地基結(jié)構(gòu)的加固處理。

2.1.2 加固效果顯著：強夯法施工后，可以促進地基承載性能的提升，保證施工效果合格。

2.1.3 有效加固深度：單層8000KN·m 高能量級強夯施工可以達到12m 深度的要求，實現(xiàn)多層強夯作業(yè)施工，深度可達24～54m，所以需要在具體的應(yīng)用中分析各種影響技術(shù)參數(shù)，符合施工的標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.4 強夯施工機具簡單：強夯機一般就是履帶式起重機，通常需要安裝有龍門架等基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)，保證其吊裝和施工的安全性、穩(wěn)定性合格。

2.1.5 節(jié)省材料：通常來說，強夯法在施工中是通過能量施加的方式進行原狀土或者回填土的處理，不會使用其他建筑材料，所以材料比較節(jié)約。

2.1.6 節(jié)省造價：強夯工藝沒有使用額外的施工材料。與樁基礎(chǔ)相比，不僅降低成本，同時還能簡化工藝。人工、材料費用都得到降低，不會產(chǎn)生其他的損耗。

2.2 缺點

缺點主要是施工過程中噪音量較大，所以不能應(yīng)用到人口密集的城市地區(qū)中。

3 強夯法應(yīng)用機理分析

強夯法處理公路軟土路基可以通過使用動力固結(jié)的方式進行加固處理，主要可以分成四個階段來進行：第一，將巨大的夯擊能量轉(zhuǎn)變成為比較大的沖擊能量，可以實現(xiàn)軟土路基的壓縮和振密的處理；第二，土體會接觸到外界環(huán)境因素產(chǎn)生的破壞。在該環(huán)節(jié)過程中，土體的抗檢能力就會失去；第三，通過排水固結(jié)壓密作業(yè)的方式，保證土體裂隙進行必要的發(fā)展，滲透性并不會發(fā)生較大變化，土體結(jié)構(gòu)強度得到提升；第四，強夯施工結(jié)束之后，觸變恢復(fù)和固結(jié)壓密作業(yè)的方式。該環(huán)節(jié)可以促進土體的強度得到有效提升，同時強夯施工方式可以利用強夯置換作業(yè)方式，把碎石、礦渣等性能比較好的集料全部都擠入到路基結(jié)構(gòu)位置上，提升軟土路基的固定處理效果，還能利用置換擠密和排水固結(jié)的方式，組合成為復(fù)合地基的形式，在一定程度上提高承載能力，減少路基沉陷等病害問題產(chǎn)生[2]。

4 強夯法處理公路軟土層的施工技術(shù)

4.1 施工之前的準(zhǔn)備工作

公路軟土路基施工開始前，首先要做好現(xiàn)場土層的平整性處理，做好表面清理，還要進行必要的碾壓處理，達到基本的平整要求。如果超出1∶5 就應(yīng)該挖掘出3%的反坡度臺階，其長度應(yīng)該控制在2m 以下。強夯施工時，其土層結(jié)構(gòu)周邊需要防震和防水處理措施。強夯作業(yè)階段，應(yīng)該做好震動檢測，避免嚴(yán)重震動給周邊設(shè)備、建筑物產(chǎn)生任何的不利影響。土層強夯環(huán)節(jié)，要分主次進行，特別是涵洞周邊區(qū)域[3]。通常來說，應(yīng)該保證路基施工范圍內(nèi)進行強夯處理，在施工后做好涵洞施工處理。施工前應(yīng)該把公路施工設(shè)備的進出路段全部都修建完成，施工周邊水源要及時排除，保證不會影響施工效果。最后，要按照施工圖紙進行測量和施工，給今后的施工提供良好基礎(chǔ)條件。

4.2 施工參數(shù)的確定

4.2.1 加固深度確定。公路軟土地基強夯加固施工方案確定階段，首先應(yīng)該了解到強夯施工所能達到的加固深度，弄清楚夯擊能量、夯點設(shè)置、加固均勻等方面的指標(biāo)要求。

當(dāng)前在工程設(shè)計中，主要是應(yīng)用梅納經(jīng)驗公式：H＝（Wh／10）0.5；公式中：H 為有效加固深度；W 為重錘重量；h 為重錘落距。

4.2.2 夯錘的選擇。公路項目軟土地基強夯施工階段，要重視強夯效果的分析和控制。如果夯錘重量過大、落距比較小，會導(dǎo)致沖擊速度不足，水不會破壞內(nèi)部土體結(jié)構(gòu)，使用效果也比較差。如果夯錘重量比較小，即使沖擊速度比較大，夯實夯擊能量也是很小的，也不能提升夯擊施工的效果[4]。因此，軟土路基施工中，夯錘重量是關(guān)鍵性技術(shù)參數(shù)，要做好選擇和控制。在路基加固達到要求的基礎(chǔ)下，應(yīng)該選擇使用提升機械性能和加固深度的作業(yè)方式，采用重錘進行施工，保證夯錘單位面積靜壓力2.5～4.0t/m2。

4.2.3 單位夯擊能的確定。具體操作上針對夯擊能量要求不高的，需要對單位夯擊能的確定進行確定，一旦確定不下來則會導(dǎo)致路基加固效果比較差；如果夯擊能量過大，會導(dǎo)致能量損失，還會威脅到土體的結(jié)構(gòu)性能，甚至?xí)霈F(xiàn)橡皮土的情況，造成土體強度比較低。因此，當(dāng)前施工中，強夯施工中夯擊能量一般控制為3000kN·M/m2。

4.2.4 夯擊點的布置。在具體步驟的過程中，需要按照路基面積的大小進行確定。就目前來說，在夯擊點設(shè)置的過程中，采用的方式主要是按照三角形與等腰三角形的方式進行布置的。夯擊點間隔距離在設(shè)定中，要考慮到軟土地基厚度、地質(zhì)條件、透水性、土層含水量等多個方面的技術(shù)參數(shù)后確定。需要注意的是，在夯擊點布置的環(huán)節(jié)上，并不是間隔的距離越小越好，一旦夯擊點布置過高就會導(dǎo)致施工質(zhì)量下降；夯擊點布置過密，夯擊點的強度也到不到要求。所以，在夯擊點布置的過程中，需要按照軟土地基的情況，控制夯擊點間距保證為夯錘直徑的3 倍左右為最佳。

4.2.5 夯擊數(shù)與夯擊遍數(shù)的確定。在進行夯擊數(shù)與夯擊遍數(shù)的過程中，按照實際工程的地質(zhì)條件進行選擇。通常情況下需要保證最后兩次夯擊平均下沉50mm 以下，確保單擊夯擊能力不會超過100mm 以及夯擊周邊空間內(nèi)沒有出現(xiàn)比較大的隆起或者起錘困難的情況。夯擊遍數(shù)也是比較重要的技術(shù)參數(shù)，應(yīng)該分析土體性質(zhì)來最終確定，通常情況為1～3遍左右，最后階段要進行一次滿夯作業(yè)施工，實現(xiàn)整個表面的松土與表層部分的全部加固處理。

4.2.6 夯擊間隔時間的確定。在該階段中，對間隔時間的確定是提升路基強度的關(guān)鍵。強夯法作業(yè)階段，在夯擊能的影響下，路基內(nèi)的孔隙水會快速增多；在處于飽和的條件下就會實現(xiàn)土體的液化，強度會下降；在夯擊完成后，會導(dǎo)致其內(nèi)部水壓力的消失，軟土路基內(nèi)強度上升比較快。因此，做好時間控制，提升施工強度和工程的施工進度與質(zhì)量。

5 強夯法施工作業(yè)

5.1 試驗階段的施工處理

在施工方案確定的過程中，需要全面地對夯擊的數(shù)據(jù)指標(biāo)進行合理控制，保證各項指標(biāo)均滿足技術(shù)規(guī)程要求。在開始強夯前，先選擇合適的路段進行試驗夯擊施工，確定好準(zhǔn)確的技術(shù)參數(shù)后才能開始正式施工，保證夯擊施工的效果合格。試驗段夯擊點需要保證在地質(zhì)條件合格、物理參數(shù)達標(biāo)的條件下進行試夯作業(yè)。試夯環(huán)節(jié)，對數(shù)據(jù)進行嚴(yán)格記錄分析是非常關(guān)鍵的，操作上按照施工情況將夯擊數(shù)和坑底標(biāo)高沉量關(guān)系圖、夯擊遍數(shù)和隆起體積關(guān)系圖等，充分掌握夯擊施工和路基變化的各個方面關(guān)系，然后進行施工技術(shù)參數(shù)和性能的驗證分析，為施工方案的制定和工程質(zhì)量的提升起到一定的促進作用。

5.2 技術(shù)的準(zhǔn)備

按照施工方案的要求與施工藍圖的要求做好施工準(zhǔn)備工作非常關(guān)鍵。首先設(shè)置夯點，做好現(xiàn)場的測量放樣工作，同時明確具體的夯擊施工路線，如果分析發(fā)現(xiàn)會給周邊建筑物造成一定的穩(wěn)定性影響，采用開挖減震溝的方式消除影響；其次，將地表淤泥和耕植土進行全面清理，做好現(xiàn)場的整平作業(yè)施工，通過壓路機進行必要的碾壓施工，保證現(xiàn)場的排水系統(tǒng)符合標(biāo)準(zhǔn)，防止地表水進入到路基結(jié)構(gòu)中；最后，進行夯擊變形量的計算與分析，預(yù)先鋪設(shè)施工的集料且嚴(yán)格控制[5]。

5.3 強夯施工作業(yè)

起重機安裝到規(guī)定的位置上之后，根據(jù)施工的技術(shù)參數(shù)做好準(zhǔn)夯點控制，然后進行夯擊施工。夯擊施工環(huán)節(jié)，要保證落錘達到穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，如果存在有坑底傾斜或者夯錘歪斜等問題，需要及時使用石料或者礦渣進行填充處理。夯擊施工中，通過梅花型的方式進行夯擊作業(yè)，分階段來進行施工。強夯施工階段，做好施工合理安排和控制，達到連續(xù)施工的要求；施工階段，保證不同遍數(shù)之間的間歇時間是足夠的，在全部完成夯擊遍數(shù)施工后，最后進行一次滿夯作業(yè)。需要注意的是，搭接面積需要≥1/4 的搭接面積，同時對表層位置進行控制，使其強度達到施工要求。

5.4 施工質(zhì)量檢測

為了讓強夯施工方式提升公路路基的應(yīng)用效果，在具體的實施環(huán)節(jié)，要做好夯擊遍數(shù)、夯沉量、夯沉深度、體積以及隆起等各個方面數(shù)據(jù)的計算和分析，然后進行各個方面的觀測和記錄，了解夯擊施工的具體情況，保證各個方面的夯擊施工都能夠達到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求。此外，還需要通過原位測試法和室內(nèi)土工試驗法進行夯擊效果分析。原位測試主要是通過靜荷載試驗、靜力觸探試驗等方式，主要實現(xiàn)抗剪參數(shù)、壓縮模量、密度、含水量等多個方面的參數(shù)分析，確保夯擊完成后能夠達到路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，使路基結(jié)構(gòu)部分的施工滿足工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 公路軟土路基夯擊的質(zhì)量控制

6.1 現(xiàn)場施工防水、排水工程合理安排和進行。

6.2 夯擊施工，首先應(yīng)該保證夯錘通氣孔暢通性的合格。在夯錘下落時，保證和地面達到水平的要求。每個夯擊點都應(yīng)該進行合理的記錄和控制。在夯擊施工中，要檢測各個夯擊點是否符合工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是否出現(xiàn)意外的問題。如果存在任何問題，都要及時糾正和處理。

6.3 夯擊施工結(jié)束后，應(yīng)該進行土層表面的壓實施工作業(yè)，最后兩次夯擊施工夯沉量應(yīng)該保證在50mm 以下，實現(xiàn)完整的夯擊處理。

7 結(jié)語

強夯法操作是比較簡單的，成本比較低，經(jīng)濟性能非常高。通過該技術(shù)進行公路軟土路基的施工，要考慮路基的實際情況，確定出科學(xué)合理的夯擊施工技術(shù)參數(shù)，切實提升夯擊施工的質(zhì)量水平，為公路項目的施工質(zhì)量提升奠定堅實的基礎(chǔ)，也為我國交通領(lǐng)域發(fā)展做出必要貢獻。