強夯法在市政道路施工中的運用

劉可

（福建省同源建設(shè)工程有限公司，福建 上杭 364200）

1強夯法的概念

強夯法是指通過將重錘的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，使地基土層能夠通過短時間作用和瞬時強大動力和沖擊波迅速固結(jié)，以達到夯實地基，提高地基承載力目的的一種方法。通常也可稱為動力固結(jié)法。這種方法經(jīng)常用于對砂性土、濕陷性黃土和非飽和粘性土的夯實中，是市政道路施工階段中夯實地基的主要方法。

2強夯法的加固機理

2.1 動力密實原理

土層路基在強夯法的強大作用下，土層結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生壓縮變形，進而使土體更加密實，對路面的承載力度也得到增強。土層部分變形具體過程如下：

2.1.1 在重錘的強大作用下，土層路基中的土粒接觸點將會發(fā)生彈性形變和塑性形變。土粒之間的接觸面積不斷得到加大，而它們之間的圓心距不斷縮小，這就使得土層呈密集趨勢。

2.1.2 在土層地基中，無法保證每顆土粒都是均勻呈現(xiàn)圓或橢圓形的，片狀顆粒不可避免的存在。那么此時，經(jīng)過強夯法的作用，這些片狀土粒便會變彎，附近土粒便會產(chǎn)生相對位移。

2.1.3 當土粒接觸處時，土層顆粒將會產(chǎn)生相對運動。

2.2 動力固結(jié)原理

強夯法機理中的動力固結(jié)原理是最早被接受的，這種原理目的是實現(xiàn)強夯法對土層地基中的飽和細小顆粒的處理。已經(jīng)在多個工程實踐中實現(xiàn)了價值意義，并取得了不錯的經(jīng)濟效益和技術(shù)效果。動力加固原理在于有其自身的獨立作用系統(tǒng)。具體作用程序如下：

2.2.1 飽和土發(fā)生壓縮變化

雖然對于土層地基中的飽和細顆粒土，由于其滲透性特別低，導(dǎo)致當對地基進行夯實時，飽和細顆粒土在外界瞬時荷載作用下，細顆粒土之間的孔隙水不能得到迅速排出，但是在動力固結(jié)原理中采用的是利用土層中有機物的分解，在夯實地基過程中，土層中的以微氣泡形式存在的氣體體積被壓縮，并迅速產(chǎn)生變形。在外界瞬時強作用力下，部分地基土還存在較強的拉應(yīng)力，從而不發(fā)生變形，只是形成樹枝裂縫排水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得孔隙中的水能夠順利迅速排除，土層粒子之間距離更加緊密，承載能力也更強。

2.2.2 土層地基發(fā)生局部液化

在強夯過程中，開始階段，在重復(fù)夯實作用下，地基土中的氣體逐漸受到外界沖擊力而產(chǎn)生壓縮，土層地基孔隙水壓力增長值不斷增加，當達到一定程度時，即孔隙水壓力與覆蓋壓力相等時，地基土便會發(fā)生液化，這是孔隙水壓力達到最強。隨著強夯時間的延長，土層地基孔隙水壓力增長值不斷降低，而其強度增長值不斷增強，最終達到最佳狀態(tài)。需要提及的是，對于地基土而言，液化只發(fā)生在土體的局部范圍內(nèi)。

2.2.3 土層滲透性發(fā)生變化

在外界強大沖擊下，當土層地基中的超孔隙水壓力增加到一定程度時，即作用力大于顆粒土的側(cè)向壓力的時候，孔隙水會隨著排水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的形成，隨著排水通道順利排出。當孔隙水壓力降低到一定程度，即作用力小于顆粒土的側(cè)向壓力的時候，之前形成的孔隙裂縫將會自行閉合，土層地基中的水的運動同時得到恢復(fù)原狀態(tài)的機會。

2.2.4 土層觸變恢復(fù)

經(jīng)過外界持續(xù)不斷的強夯作用，地基中的土層部分強度不斷降低，當?shù)竭_最低值時，即土體液化或接近液化時，地基土層便會產(chǎn)生裂縫，同時地基土層中的吸附水部分變?yōu)樽杂伤?，將會隨著裂隙流出。當孔隙水壓力降低到一定程度甚至消失時，地基土層的抗壓性和變形模量都得到有效提升，原因就在于土層粒子緊密接觸的同時，地基土的新吸附水層已經(jīng)逐漸固定。

2.3 動力置換原理

根據(jù)動力置換的作用部分的不同可以將其劃分為整式置換和樁式置換。不言而喻，整式置換就跟換土墊層相似，利用強夯的重大力量將碎石整體壓入淤泥之中。而樁式置換法則是指通過強夯作用將碎石整體壓入土體之中，并將一些碎石樁子間隔地夯進軟土之中，從而形成碎石樁和碎石墩。其作用機理是通過碎石之間的摩擦角對樁間土的作用以維持狀體平衡的狀體。

3強夯法的優(yōu)點及缺點

在道路施工過程中，強夯法已經(jīng)得到普及，原因在于這種方法能夠避免施工階段經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題。其具體優(yōu)點如下：

3.1 強夯法的設(shè)備簡單、施工方便，還能節(jié)省材料，能夠降低人力、物力投入，具有相當?shù)慕?jīng)濟實用性。

3.2 在對路基進行路面填充時，對填料粒徑?jīng)]有細致要求，使材料更易獲得，同時降低成本。

3.3 強夯法的實施能夠有效減少施工時間，效果顯著，增強效益。

3.4 在高填方中，強夯法能夠夯實路基，是路基填料與原地面之間更能緊密結(jié)合，降低了以后路面塌陷的可能性。

強夯法不僅存在著上述優(yōu)點，同時不可避免的也存在著一定的缺點，例如：由于地基土層中含有部分含有較高含水量的軟弱夾層，致使夯擊力度不能得到有效傳遞，影響強夯法的加固效果。

4影響強夯法的因素分析

4.1 重錘落距

重錘越重，重錘落距越大時，強夯法的單擊能量越強大，夯擊次數(shù)也會隨之減少，夯擊作用越明顯。因此，在夯擊設(shè)計中，要根據(jù)不同土體之間的差別和所要加固的深度，確定夯擊的單夯擊能。然后根據(jù)具體條件選擇合適的重錘和落距。

4.2 夯擊點布置及間距

在強夯法實際應(yīng)用中，一般將夯擊點布置為三角形或正方形。對于夯擊點之間的間距，通常根據(jù)土層地基的性質(zhì)和目標深度進行確定。夯擊點間距在第一次作用時一般選擇重錘直徑的3倍左右，在以后的作用中，夯擊點間距便可適當縮小，目的是保證夯擊沖擊力作用的深度。

4.3 間歇時間

夯擊的頻率跟加固土層中的孔隙水壓力消失速度有關(guān)，對于不同的土層，夯擊間歇時間往往不同。例如，對于砂性土而言，由于其滲透性較大，因此夯擊頻率可以較大；對于粘性土來說，孔隙水壓力不能迅速消散，因此夯擊頻率不能過大。

4.4 土層厚度

當土層厚度過厚時，強夯法的沖擊力度不能有效傳遞到深層地基中，致使強夯法作用不顯著。

5道路施工過程中強夯法的實際運用

5.1 施工程序

不同的國家對強夯法的應(yīng)用不同，例如西歐國家采用的是大噸位履帶式起重機，這種機器的優(yōu)點就是具有較強的穩(wěn)定性，施工方便，而日本則采用的是輪胎式起重機，效果也很好。對于我國而言，由于我國在工程實施過程中，只能具備使用小噸位起重機的設(shè)備，因此在利用強夯法進行加固時，必須利用滑輪來解決難題。

我國在市政道路進行強夯法實施過程中，利用滑輪起吊重錘，并利用自動脫鉤裝置，將重錘完成自由落體過程。具體操作過程是拉動脫鉤器的鋼絲繩，將重錘掛在脫鉤器的鉤上，當?shù)蹉^達到所需重錘落距的高度時，繃緊的鋼絲繩會將脫鉤器的伸臂拉轉(zhuǎn)相當角度，重錘自然脫落，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。當然，如果起重臂在較大仰角下可能會發(fā)生后傾。因此可以采用將履帶起重機的臂桿一端加以輔助門架，或者其它安全設(shè)施，以防止機架后傾。在施工時，要求自動脫鉤裝置可以保證靈活操作，且必須具有足夠強度。

5.2 檢測控制

在強夯法實施結(jié)束后，應(yīng)對所加固地基土層進行質(zhì)量檢測。該檢測過程應(yīng)是一個間隔過程，通常對于不同的地質(zhì)，檢測間隔時間也有所不同：對于碎土石和砂土地基，間隔時間理論上為1到2周；而對于粘性土地基，間隔時間應(yīng)為2到4周；對于置換地基，間隔時間為4周。

質(zhì)量檢測方法有很多種，例如室內(nèi)試驗，動力觸探試驗，十字板試驗，載荷試驗等，各種檢測方法都有其科學依據(jù)，并且已經(jīng)獲得認可。

6結(jié)語。在市政道路實施過程中，強夯法的作用顯著且已經(jīng)通過多國認可。隨著社會的進步，強夯法必然能夠得到進一步改善和提高，進而發(fā)揮更加重要的作用。

[1]周冕，王海舟.路基強夯技術(shù)在道路施工中的運用[J].2008.

[2]賀曉錦.淺談強夯法在道路工程中的應(yīng)用[J].