強夯法在公路路基施工中的應用分析

王志成

（山西堯通公路勘察設計院有限公司,山西 臨汾 041000）

0 前言

路基是公路的重要組成部分，良好的路基承載能力為公路整體結構穩定性提供保障，避免出現滑塌、沉降等質量病害，延長公路使用壽命。強夯法是處理路基的常用方法之一，通過合理布設夯點并確定夯實參數，借助夯錘高頻率的沖擊和振動，改善土體的密實度，增加路基土體的內摩擦力和抗剪強度，從而提高路基承載能力。因此，結合具體工程案例，總結路基強夯施工技術要點與注意事項，為相關工程建設提供重要參考借鑒意義。

1 公路工程概況

山西省太原市某公路全線里程25.5 km，設計行駛速度100 km/h，整體式路基寬度為26 m，為當地交通要塞，在區域間溝通往來發揮著關鍵作用。在路基工程施工前，由勘查專業人員對項目地質情況進行調查，結果顯示在沿線范圍內存在多段鹽漬土質路基（K9+235～K9+880、K17+200～K18+350、K22+150～K23+200），若未經處理，極易導致路基土失穩，從而降低公路工程施工質量。因此，相關人員高度重視路基處理工作，選擇合理的路基處理方法，提高承載能力。

2 確定路基處理方案

通過調查該公路工程地基土質，不良地基土中包含黏性鹽漬土，以氯鹽為主的鹽性成分，相關技術人員提出振動擠密樁施工技術、水泥樁攪拌施工技術和強夯法施工技術方案。通過技術論證發現，水泥樁攪拌施工的施工效率高且施工成本低，但由于路基中存在鹽漬土，樁基會受到不同程度侵蝕而降低加固效果；振動擠密樁在施工時，會干擾到周圍地形的穩定性，增加施工安全事故風險；強夯法同時具有施工效率高和施工成本低的優勢，無需考慮鹽漬土侵蝕問題且對周圍地層影響較小。因此，通過技術研討和多方論證，決定對該公路路基采取強夯法施工作業。

3 公路路基強夯法施工技術要點

3.1 分析技術原理，確定施工參數

對公路路基進行強夯施工作業，將夯錘的重力勢能轉化為動能，對路基土形成沖擊，增加內摩擦力，使路基土在夯擊作用力下提高密實度，提升路基的密實度和穩定性，增強承載能力，減少沉降性變形。

因此，該工程為明確強夯施工技術特征，進一步分析強夯作業時縱波傳播速度和橫波傳播速度的關系。通常情況下，夯錘的重量和提升高度影響著夯錘的初始運動速度，但在具體施工時，作用力的傳遞方向不同，使傳播周期與振幅強度產生差異，并且土質的密度也是一項重要影響因素。縱波傳播速度Vs和橫波傳播速度Vp的計算公式如下[1]：

式中，G——剪切模量（kPa）；E——彈性模量（kPa）；ρ——土質密度（kN/m3）；μ——土質的泊松比，該工程取值為0.22，經計算，Vs=1.67Vp。

在路基強夯施工作業過程中，縱波加固是影響路基密實度的關鍵因素，但在施工過程中縱波作用力不斷衰減，相應的加固效果逐漸消失。因此，該工程通過上述公式，確定重錘的重量和提升高度，確保滿足加固深度。如表1 所示為不同單擊夯擊能下對不同土質的有效加固深度。

表1 強夯施工有效加固深度

在確定路基處理方案時，有效加固深度是一項重要參考，及時反饋地基處理效果，該工程通過如下公式計算有效加固深度H[2]。

式中，H——有效加固深度（m）；α——修正系數，取值為0.7；M——夯錘質量（t）；h——夯錘落距（m）。

通過計算可知，夯錘與地面的距離為15 m 時，形成的單擊夯擊能可達到2 250 kN·m，路基處理深度＞5 m，滿足公路路基處理需求。該工程主夯與副夯均可達到2 000 kN·m 以上的單擊夯擊能，在施工范圍內完成一次夯實后，補平夯坑，對場地整平處理，重新放線定位再次進行夯實。

確定強夯設備：經過技術論證，該工程強夯施工配備SQH401 強夯機，整機重量為64 t，最大配備夯錘重量為20 t，臂架長度25 m；選擇鑄鐵材質一次性夯錘，根據地質土情況確定夯錘直徑為2 m，錘重為15 t。

3.2 場地平整，測量放樣

施工前對機械設備運行性能進行全面檢查，確保鋼絲繩完好，自動脫鉤裝置可靠且施工機械無漏油、漏電等情況，保證設備性能優良。由施工人員清理路基范圍內的腐殖土，對坡度大且坑洼的位置使用填土填平，為機械設備移動提供便利。該工程在強夯點位借助于GPS放樣，明確中心點位位置后，均勻灑布白灰予以標記，在主夯、副夯、滿夯施工作業時均采取相同定位標記方法。

該工程在布設主夯點時為等邊三角形，相鄰兩個夯點的中心點距離為夯錘直徑的2 倍左右，取值為5 m[3]。在主夯點之間穿插布置副夯點，如圖1 所示為主夯點與副夯點布設示意圖。主夯與副夯施工完畢后，在各點位主夯和副夯各搭接1/2 后布設滿夯點，如圖2 所示。

圖1 主夯點與副夯點布設示意圖（mm）

圖2 滿夯點布設示意圖

為避免夯擊導致路基土表層沉降而對加固效果產生影響，夯擊過程需要監測側向土體的壓力與深層土體的側向變形。該工程嚴格控制側向土體壓力為靜態土壓力的1.1～1.2 倍，深層側向土體的變形幅度在2～5 cm 之間。

3.3 試夯施工，確定技術參數

在正式施工前，選擇500 m2試驗場地試夯施工，對機械設備的運行性能、技術方案參數的可靠性以及夯擊次數、夯沉量等進行測定，在安全位置內挖設減震溝，檢測夯擊能的傳播范圍。該項目充分結合現場試驗結果以及既往施工經驗對施工參數予以確定，共計選擇兩處試驗場地，對超靜態孔隙水壓力、地面加速度進行測試檢驗，同時測試夯實參數，觀察夯實后的沉降變形以及荷載測試等。

試夯作業應保持連續性施工作業，完成第一遍夯實后，間隔一個夯點位置夯擊，在第二遍夯擊時夯實剩余的定位，通過兩遍夯擊完成全部點位的夯實。在點夯作業時，最后2 次的下沉量應不超過5 cm，滿夯后平均下沉量應不超過2 cm，試夯施工現場如圖3 所示。

圖3 試夯施工現場

3.4 強夯施工，提高路基強度

在正式強夯施工時，根據定位位置調整夯機就位，測量并完善夯錘頂面高程的記錄。該工程夯錘重量為15 t，距離路基面高度為15 m，在鋼絲繩上做好相應標記，預留出的安全距離為0.5 m。達到指定高度后，拉動自動脫鉤器，使夯錘通過自由落體向路基傳導作用力，現場由施工人員對夯錘頂面高程與夯沉量進行記錄，完成一次夯擊作業。為保證強夯作業質量，該工程對每次夯擊后的夯沉量均進行記錄，若連續兩次夯沉量均在5 cm 以上，則繼續夯實直到最后兩次夯沉量均值在5 cm 以內[4]。

第一批夯點全部完成施工作業后，利用推土機將回填土填平至夯點位置，初步整平處理后，使用壓路機壓實，為第二遍夯實作業提供良好的作業環境。在第二批夯點作業時，夯實方式和具體施工要求與第一批相同，嚴格把控施工質量。公路路基全面夯實后，進行滿夯作業施工，進一步加固路基，施工作業工序和第一次、第二次夯實作業相同，夯擊點在二次夯實作業時各重合1/2，實現路基施工范圍的全面夯實。完成滿夯作業后，對施工現場整平處理，再次利用壓路機全面碾壓，確保滿足公路路基施工作業要求。

3.5 強夯施工作業監測

3.5.1 監測土體壓力

該公路路基土質為鹽漬土，利用鋼弦式土壓力計對土體壓力進行監測。該設備的主要構成包括壓力傳感器、承受來自土體壓力的膜盒，在膜盒中心以及壓力計的框架位置固定傳感器。在強夯施工作業時，夯錘下落對土體形成沖擊力，此時膜盒會承受到土體的壓力而出現形變，形成液體介質。借助于薄膜液體介質向壓力傳感器傳遞壓力，引起傳感器的鋼絲出現振動情況，通過分析振動頻率確定土體的壓力。

為了使鋼弦式土壓力計準確監測土體壓力，強夯施工作業前，在施工現場合適位置埋設壓力機，利用工具開挖，深度為50 cm，寬度比壓力計寬度超出30 cm，坑位埋設準備好后，保持壓力計水平狀態放入其中，將5 cm厚的細砂鋪設在壓力盒位置，利用水平尺進行偏差校正，使用原土回填，小型壓路機碾壓密實。

3.5.2 監測沉降值

通過對沉降值進行監測，進而分析出強夯作業時和強夯作業后的沉降量。該工程將鋼板作為沉降板，直徑50 cm，沉降板與150 cm 的測量桿相連接，桿外側包裹塑料管嵌套，減輕填土對側桿的摩擦。一切準備工作完成后，在監測斷面位置埋設沉降板，根據側桿高度觀測強夯作業時鹽漬土路基的沉降值。

4 公路路基強夯法施工管理措施

4.1 質量管理

該公路路基強夯施工質量管理措施總結如下：①施工前對現場路基含水率進行檢測，最適宜的強夯施工作業含水率為8%～24%，對于含水率較大的基層結構予以翻曬，含水率較小的基層結構以一定的間距向路基中打孔，注入一定量的水改變其含水率，在良好的含水率控制下，保證路基強夯施工質量。②在確定夯錘圓心后，設置直徑為250 mm 的排氣孔，數量為4 個，在夯錘接觸路基面時，空氣受到壓縮可從排氣孔和四周跑出，避免因為空氣沒有及時排出而導致夯錘在夯坑內吸附，無法拔出[5]。對于夯實后產生較深的夯坑而無法拔出夯錘的情況，代表路基較為軟弱，此時將夯坑填平后再次夯實，確保夯擊深度符合要求后進行后續夯實施工。③在路基強夯施工過程中，為了及時調整和優化夯擊參數，同時保證周邊建筑物的安全，需要進行觀測和記錄，并采取相應的措施。每次夯擊時，設立專人觀測，記錄夯擊遍數、夯擊能量以及夯坑四周的隆起程度。這些觀測數據能夠提供強夯優化的參考參數，幫助技術人員評估夯擊效果和土壤的穩定性。強夯前對周邊已有建筑物進行沉降觀測，并讀取初始數據作為基準。夯擊過程中，按照事先規定的頻率觀測，監測建筑物是否出現異常的沉降情況。如果沉降觀測數據出現異常，即超過了預設的安全范圍，立即加大觀測頻率，以便及時掌握沉降情況的變化趨勢。④在夯擊之前夯錘需要提升到規定的高度，確保夯擊能量的傳遞和作用效果。根據試驗段總結的數據，該工程采用主夯2 遍、副夯1 遍、滿夯1 遍，地質條件差的土體情況可以適當增加夯擊的遍數，增加對土體的固結作用。單點夯擊完成的條件：每個夯擊點在完成夯擊前需要滿足一定的條件，即連續兩次夯擊后，夯錘進入地基的深度小于50 mm，而且夯錘周圍的地面沒有較大的隆起現象，滿足這些條件后，視為該點夯擊結束。夯擊完畢后檢查整個作業面，作業面不得出現彈簧、松散現象，若發現有問題立即返工處理。為了消除土體內的超靜孔隙水壓力，每一遍夯擊完成后，設置一定的時間間隔并補平夯坑。

4.2 安全管理

為保證強夯施工作業安全性，避難發生施工安全事故，該工程執行如下安全管理對策：①在進行起重吊裝作業時，選用具有較好的平穩性和抗傾覆性能的履帶式吊裝機械，提高施工的安全性。在吊臂兩側安裝可移動門架，為設備提供更大的支撐面積，減少設備的搖擺。勻速緩慢起吊夯錘，以減小設備、夯錘的振動和沖擊力，在夯錘上升過程中確保設備的穩定，避免左右搖擺。為避免人員受到夯錘下落時可能產生的傷害，強夯作業時所有人員撤離至安全距離。②評估強夯作業對周邊已有建筑物的影響，確保施工過程中的安全性，盡量避免在居民休息時間施工作業，以減少對居民生活的干擾。在強夯作業時，夯錘與地面接觸瞬間會產生巨大的沖擊力，因此該工程將安全圍擋設置在夯擊施工作業的周圍，減少噪聲和飛石對周圍人員的威脅。③考慮施工工期較緊張，在兩臺夯機同時作業時，將間距調整為5 m 以上，調整落錘時間間隔至少60 s，避免同時落地對周圍土層及建筑物形成較大的沖擊。④對于大風、大雨、大雪、能見度低等天氣，停止強夯作業，在機械四周放置反光錐。

5 公路路基強夯法施工質量檢驗

為驗證強夯施工對公路路基的作用效果，該工程在強夯施工完成20 d 時檢驗加固處理效果，依托平板靜力荷載試驗檢測沉降量、回彈模量以及荷載能力。

在沉降量方面，利用現場靜載法進行檢驗，分析檢驗數據，該公路路基經過強夯作業后，各測點沉降值均低于30 mm，與未處理前相比，路基土的密度、強度等參數均有所提升，說明強夯施工技術處理公路路基在沉降控制方面效果顯著。

在回彈模量方面，對強夯處理前后的回彈模量使用彎沉試驗檢驗，記錄數據如表2 所示。通過分析試驗檢測結果，經強夯處理后路基結構的回彈模量提升50%以上，說明強夯施工技術處理公路路基對提高抗壓強度的作用明顯。

表2 路基回填模量試驗檢測結果

在路基承載力方面，試驗檢測方法為直線插入法，在沿線范圍內共計選擇3 個點位進行檢測，具體數據如表3 所示。結果顯示，強夯施工后路基承載能力較施工前提高50%以上，達到設計標準要求的200 kPa，說明強夯法可有效提高公路路基的承載能力。

表3 路基承載能力試驗檢測結果

6 結束語

綜上所述，對公路路基進行加固處理，使其具有良好的承載能力，為后續施工創造良好條件，提高公路整體質量。山西省某公路路基處理時運用強夯法，嚴格把控施工技術要點及質量控制措施，通過高能量的沖擊作用，有效改善路基的力學性質，使路基更加穩定可靠，具有施工效率高、施工周期短、成本相對較低等優勢，對于提高公路路基施工質量具有重要應用價值。