強(qiáng)夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用探討

張德儉

摘 要：在公路工程施工中經(jīng)常會(huì)遇到軟土地基，穩(wěn)定性比較差，強(qiáng)度低，流變性明顯，難以滿足公路工程對(duì)地基承載力的需求，需要進(jìn)行科學(xué)處理。強(qiáng)夯法是公路軟土地基處理中常用的方法，在施工成本、施工效率等方面有明顯優(yōu)勢(shì)。基于此，結(jié)合工程實(shí)例，立足強(qiáng)夯法的原理和適用范圍，分析了強(qiáng)夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用要點(diǎn)，希望對(duì)今后類似工程施工有一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯法;公路工程;軟土地基;夯擊遍數(shù)

1、工程概述

某公路工程按照一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，總長(zhǎng)度為23.22km，施工工期比較緊，通過(guò)地質(zhì)勘查分析，發(fā)現(xiàn)1.24km的路段為軟土地基，含水量比較大，難以滿足公路施工需求，如果采取傳統(tǒng)換填碾壓的方法，工期比較長(zhǎng)，無(wú)法按期完成，強(qiáng)行施工容易發(fā)生不均勻沉降，通過(guò)綜合考慮分析，采用更加強(qiáng)夯法施工技術(shù)，取得了良好效果，值得類似工程學(xué)習(xí)借鑒。

2、強(qiáng)夯法的原理和適用范圍

強(qiáng)夯法是目前軟土路基處理中常用的的方法，主要機(jī)理是采取100～400kN之間的重錘，從6～40m的高處自由落實(shí)，利用重錘自由下落形成的重力勢(shì)能沖擊軟土地基，促使土地壓密緊實(shí)，從而達(dá)到提升強(qiáng)度、承載力、降低壓縮性的目的。強(qiáng)夯法處理公路軟土地基，既能對(duì)路基進(jìn)行壓實(shí)擠密，也可以對(duì)一定深度范圍內(nèi)的土層施加一定的動(dòng)力荷載，以破壞土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，縮小結(jié)構(gòu)性空隙。大量工程實(shí)例和研究結(jié)果表明，通過(guò)強(qiáng)夯法處理后的公路軟土地基，在后期使用中其沉降量通常小于5cm，可很好的保障公路工程施工質(zhì)量。

強(qiáng)夯法具有很強(qiáng)的適用范圍，在碎石土、砂土、低飽和度的粉土、濕陷性黃土、素填土等公路軟土地基中都能得到很好的應(yīng)用，施工效果顯著，具有良好的發(fā)展前景。

3、強(qiáng)夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1做好施工前的準(zhǔn)備工作

在應(yīng)用強(qiáng)夯法之前，需要提前對(duì)軟土路基的地質(zhì)條件、地表既有建筑、地下管線等進(jìn)行全面調(diào)研，并采取有針對(duì)性的措施和方法，進(jìn)行保護(hù)，以免在強(qiáng)夯中造成破壞。如果強(qiáng)夯施工振動(dòng)影響范圍內(nèi)有建筑物，需要提前布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本工程軟土地基強(qiáng)夯施工范圍內(nèi)有兩座高層建筑，為降低對(duì)高層建筑基礎(chǔ)造成的破壞和影響，采取了開(kāi)挖減振溝的方法進(jìn)行處理來(lái)控制強(qiáng)夯振動(dòng)造成的運(yùn)行，并在施工現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)安全防護(hù)措施和排水措施。

3.2平整場(chǎng)地和測(cè)量放線

在強(qiáng)夯之前，需要對(duì)強(qiáng)夯施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整平處理，本工程采用推土機(jī)平整場(chǎng)地，為強(qiáng)夯施工提供便利的條件。并且估算強(qiáng)夯之后地面沉降的情況，確定強(qiáng)夯之后的高程，以保證施工質(zhì)量。測(cè)量放線的主要作用是確定夯擊點(diǎn)位和各夯點(diǎn)之間的距離，本工程施工中各夯點(diǎn)之間的距離控制在6m左右，布設(shè)方式以正方形為主，在第一遍夯擊正方形的中心位置上布設(shè)第二遍夯擊點(diǎn)，每個(gè)夯點(diǎn)通過(guò)全站儀和鋼尺相互配合的方法準(zhǔn)確標(biāo)示出來(lái)，本工每個(gè)測(cè)量夯點(diǎn)之上插上一截長(zhǎng)度在30cm作用的木樁，再測(cè)量每個(gè)夯點(diǎn)原地面高程，為編制強(qiáng)夯方案提供真實(shí)的數(shù)據(jù)支持。

3.3鋪設(shè)碎石和試夯

在案例工程軟土地基處理中，有54.12m的路段，飽和細(xì)顆粒土位于地下水比較高的路段，影響強(qiáng)夯效果，需要先將碎石層鋪筑到亞粘土表面，鋪設(shè)厚度控制在2m范圍中，以保證強(qiáng)夯機(jī)械設(shè)備能夠進(jìn)入到制定的施工位置，而且還能起到消散超凈水壓力的作用，更好的保障強(qiáng)夯法處理軟土地基的質(zhì)量[1]。

在正式強(qiáng)夯之前，需要進(jìn)行不超于50m的試夯，以確定路軟土地基的承載力、強(qiáng)夯參數(shù)、場(chǎng)地高程等。試夯過(guò)程需要對(duì)每項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)詳細(xì)記錄，包括：夯擊次數(shù)、夯擊深度、累積沉降量等，尤其是最后兩擊的平均沉降量必須滿足設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)夯施工完成后1～4周內(nèi)要開(kāi)展承載力檢測(cè)，以驗(yàn)證強(qiáng)夯設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)以及施工方案是否達(dá)到設(shè)計(jì)承載力，當(dāng)試夯結(jié)束之后，也要確定累積沉降量，并預(yù)估試夯之后場(chǎng)地的水平高程，以確定是否需要補(bǔ)土或者削土，通過(guò)試夯分析，本工程強(qiáng)夯法施工中，高能級(jí)強(qiáng)夯和有效加固深度關(guān)系及夯點(diǎn)間距如表1所示：

3.4確定有效的加固深度

在應(yīng)用強(qiáng)夯法處理公路軟土地基時(shí)，確定有效的加固深度是重中之重，既是公路軟土地基處理方案制定的有效依據(jù)，也是衡量處理效果的關(guān)鍵參數(shù)，在案例工程施工中強(qiáng)夯法有效的加固深度按照以下公式進(jìn)行確定：

此公式中，H表示強(qiáng)夯法加固的公路軟土地基的有效深度（m）;a表示經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，如果是黃土地質(zhì)，則a的取值范圍在0.1～1.0之間，如果粘土地質(zhì)，a的取值范圍在0.4～0.5之間，如果是砂性土質(zhì)，a的取值范圍在0.5～0.8之間;w表示錘重（KN）;h表示夯錘的落距（m）。強(qiáng)夯法加固有效深度要從起夯面開(kāi)始算起[2]。

3.5確定單位夯擊能量

單位夯擊能量也是應(yīng)用強(qiáng)夯法需要精確把控的參數(shù)，公路軟土地基的類別不同、結(jié)構(gòu)類型何在不同，則單位夯擊能量也不相同，具體參數(shù)需要通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)夯擊來(lái)確定。通常情況下，如果是粗顆粒土則單位夯擊能量的取值范圍在1000KN·m/㎡～3000KN·m/㎡之間，而細(xì)顆粒土的單位夯擊能力權(quán)值范圍則在1500KN·m/㎡～4000KN·m/㎡之間。

3.6夯擊遍數(shù)

強(qiáng)夯的夯擊遍數(shù)，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)夯擊得到的夯擊遍數(shù)以及夯沉量的關(guān)系曲線合理確定，并且要同時(shí)滿足多個(gè)條件，其一是最后兩次夯擊的平均夯沉量不能超過(guò)5cm，單擊夯擊能量最大不能超過(guò)10cm;其二夯坑周圍不能存在較大的隆起;其三是不能因?yàn)楹豢舆^(guò)深而發(fā)生起錘困難的問(wèn)題。通常情況下，夯擊遍數(shù)不能小于2遍，最后一遍要以低能力夯擊，且每遍夯擊之間需要有足夠的時(shí)間間隔，按照公路軟土地基中超靜孔隙水壓力的實(shí)際消散時(shí)間來(lái)確定每遍夯擊的時(shí)間。案例工程軟土地基多為砂性土，空隙水壓力的峰值出現(xiàn)在夯擊后的瞬間，其消散時(shí)間在2～4min之間，相鄰兩遍夯擊的間隔時(shí)間比較短，基本上在重錘起落所需時(shí)間范圍內(nèi)，可進(jìn)行連續(xù)夯擊。對(duì)于粘性土，孔隙水壓消散時(shí)間比較慢，并且隨著夯擊能的增加，孔隙水壓也會(huì)隨之增加，其消散時(shí)間在3～4周之間，但需要保證最后一遍夯擊時(shí)，夯坑的沉降量不超過(guò)5cm，且夯坑周圍地面不能存在較大的隆起，最大不宜超過(guò)30cm。

3.7明確強(qiáng)夯順序

在強(qiáng)夯法處理公路軟土地基時(shí)，要遵循從深到淺的原則，要先處理聲稱的軟土地基，再處理中層軟土地基，最后處理表層軟土地基，最后一遍夯擊結(jié)束之后，要用推土機(jī)將所有的夯坑填平。因此，經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯處理的公路軟土地基上部表層比較松散，這就需要再次進(jìn)行低能量滿夯[3]。在案例工程強(qiáng)夯施工中，選擇用小夯錘進(jìn)行夯擊，提高滿夯的頻率，有效保證了公路軟土地基表面夯擊質(zhì)量。

3.8質(zhì)量檢驗(yàn)

為嚴(yán)重強(qiáng)夯法處理公路軟土地基的效果，本工程強(qiáng)夯完成之后，采用了靜載試驗(yàn)+動(dòng)力觸探試驗(yàn)聯(lián)合檢驗(yàn)方法，對(duì)強(qiáng)夯效果進(jìn)行檢驗(yàn)。具體的檢驗(yàn)結(jié)果如下：

靜載試驗(yàn)結(jié)果：在強(qiáng)夯之前，進(jìn)行一組試驗(yàn)，強(qiáng)夯之后再進(jìn)行一組時(shí)間，對(duì)強(qiáng)夯效果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)公路軟土地基強(qiáng)夯之后，地基的承載力提高了50%以上。

動(dòng)力觸探檢驗(yàn)結(jié)果：本工程填土材料主要為碎石和塊石，強(qiáng)夯前后效果并不是非常明顯，但在上部粒徑比較小的部位加固效果顯著，密實(shí)度最小提升了1倍以上，在中密以上，承載力特征值超過(guò)300KPa。

通過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)可知，本工程公路軟土地基通過(guò)強(qiáng)夯法處理之后，加固效果顯著。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，本文采用工程實(shí)例結(jié)合理論實(shí)踐的方法，探討了強(qiáng)夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用，探討結(jié)果表明，軟土地基的特點(diǎn)決定了其無(wú)法滿足公路施工的要求，需要進(jìn)行有針對(duì)性的處理，可用的技術(shù)方法比較多，其中強(qiáng)夯法就是常用的處理技術(shù)。和其他處理技術(shù)相比，強(qiáng)夯法在施工效率、質(zhì)量、成本等方面有顯著優(yōu)勢(shì)，可進(jìn)行大范圍推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉慧.強(qiáng)夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)， 2019，406（8）：98-99.

[2]陶余德.強(qiáng)夯法施工技術(shù)在市政道路軟土路基處理中的應(yīng)用[J].智能城市，2020，6（8）：P.235-236.

[3]趙坤.強(qiáng)夯法在處治公路深層軟土地基工程中的新思路及應(yīng)用[J].交通世界，2019，520（34）：48-49.