軟基處理強(qiáng)夯施工工藝及原理解析

武斌 周峰

1，聊城市公路工程總公司第一工程處，山東 聊城；2，聊城市公路工程總公司第二工程處，山東 聊城

軟基處理強(qiáng)夯施工工藝及原理解析

武斌1周峰2

1，聊城市公路工程總公司第一工程處，山東 聊城；2，聊城市公路工程總公司第二工程處，山東 聊城

強(qiáng)夯法，又稱動(dòng)力固結(jié)法或動(dòng)力壓實(shí)法。強(qiáng)夯法加固效果顯著、適用土類廣、設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、節(jié)省勞力、施工期短、節(jié)約材料、施工文明和施工費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，目前已有幾十個(gè)國家、成千上萬的工程項(xiàng)目采用此方法處理地基。本文結(jié)合高臨高速路的具體情況論述了強(qiáng)夯施工工藝。

強(qiáng)夯；施工；工藝

高臨高速臨清段位于魯西黃河沖擊平原地區(qū)，土質(zhì)為低液限粉土、黏質(zhì)砂土，地下水位較淺，埋深2～30m左右。由于特殊的地質(zhì)條件，在已建成的公路中，橋頭跳車現(xiàn)象比較普遍。為加速橋頭路基沉降、增加行車的舒適性，對(duì)所有結(jié)構(gòu)物的橋頭處進(jìn)行強(qiáng)夯處理。

1 強(qiáng)夯加固機(jī)理

1.1 動(dòng)力夯實(shí)

在非飽和土，特別是孔隙多、顆粒粗大的土中，巨大的夯擊能量產(chǎn)生的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力在土中傳播，使顆粒破碎或使顆粒產(chǎn)生的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力在土中傳播，使顆粒破碎或使顆粒產(chǎn)生瞬間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而孔隙中氣泡迅速排出或壓縮，孔隙體積減小，形成較密實(shí)的結(jié)構(gòu)。

1.2 動(dòng)力固結(jié)

強(qiáng)夯法處理飽和黏性土?xí)r，巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應(yīng)力波，破壞土體原有的結(jié)構(gòu)，使土體局部發(fā)生液化，產(chǎn)生很多裂隙，增加排水通道，使孔隙水順利溢出，待超孔隙水壓力消散后，土體固結(jié)。由于軟土的觸變性，強(qiáng)度得以提高，這就是動(dòng)力固結(jié)。

1.3 對(duì)透水性極低的飽和軟土，強(qiáng)夯使土的結(jié)構(gòu)破壞，但難以使孔隙水壓力迅速消散，夯坑周圍土體隆起，土的體積無明顯減小，因?yàn)檫@種土的強(qiáng)夯效果不佳，甚至?xí)纬上鹌ね痢螕裟芰看笮『屯恋耐杆愿叩?，可能是影響飽和軟土?qiáng)夯加固效果的主要因素。有人認(rèn)為，可在土中設(shè)置袋裝沙井等來改善土的透水性，然后進(jìn)行強(qiáng)夯。此時(shí)加固機(jī)理類似于動(dòng)力固結(jié)，也可以采用動(dòng)力置換。動(dòng)力置換分為整式置換和樁式置換。前者是采用強(qiáng)夯法將碎石整體擠淤，其作用機(jī)理類似于換土墊層；后者是通過強(qiáng)夯將碎石填筑土體中，形成樁式（或墩式）的碎石墩（或樁），其作用機(jī)理類似碎石樁，主要靠碎石內(nèi)摩擦角和墩間土的側(cè)限來維持樁體平衡，并與墩間土共同作用。對(duì)橡皮土也可以如此。

2 強(qiáng)夯加固的時(shí)效特征

強(qiáng)夯后，土的結(jié)構(gòu)被破壞，強(qiáng)度幾乎降為零，隨著孔隙水壓力的消散，土的抗剪強(qiáng)度和變形模量都有很大的提高。這是由于土顆粒間緊密接觸以及新的結(jié)合水膜逐漸固定。即使在一般孔隙水壓力完全消散后，土的抗剪強(qiáng)度也會(huì)提高。資料表明，夯擊后6個(gè)月測(cè)得的土的抗剪強(qiáng)度比1個(gè)月時(shí)增長(zhǎng)20%～30%，變形模量增長(zhǎng)30%～50%，因此，結(jié)合水固定的過程可能會(huì)延續(xù)幾個(gè)月。而在此觸變恢復(fù)期間，土的變形（沉降）卻是很小。由于強(qiáng)夯的時(shí)間效應(yīng)，質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)在夯后1個(gè)月進(jìn)行，否則得出的指標(biāo)會(huì)偏小。3強(qiáng)夯在施工中的應(yīng)用

3.1 強(qiáng)夯施工應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行試夯，然后確定強(qiáng)夯處理的施工工藝和參數(shù)。強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。在缺少資料或經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按下表預(yù)估。

注：強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)從起夯面算起。

3.2 強(qiáng)夯的單位夯擊能量，應(yīng)根據(jù)地基土類別、結(jié)構(gòu)類型荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并通過現(xiàn)場(chǎng)試夯確定。在一般情況下，對(duì)于粗顆粒土可取1000～3000kN.m；細(xì)顆粒土可取1500～4000kN.m。由于菏澤的土質(zhì)屬于粉性砂土，所以夯擊能取1000kN.m或1500kN.m。

3.3 強(qiáng)夯的處理范圍：處理寬度為兩側(cè)護(hù)坡道外緣之內(nèi)。一般情況下錘重可取10～20t,其底面益采用圓形，錘底凈壓力在25～35kpa之內(nèi)。強(qiáng)夯時(shí)，如因地下水位過高造成強(qiáng)夯施工困難時(shí)，應(yīng)先鋪墊0.4m厚碎石渣墊層再進(jìn)行強(qiáng)夯。

3.4 強(qiáng)夯施工宜采用帶自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)或其他專用設(shè)備。采用履帶式起重機(jī)時(shí)，可在臂桿端部設(shè)置輔助門架，或采取其他安全措施，防止落錘時(shí)機(jī)架傾覆。

3.5 強(qiáng)夯施工前，應(yīng)查明場(chǎng)地內(nèi)范圍的地下構(gòu)筑物和各種地下管線的位置及標(biāo)高等，采取必要的措施，以免因強(qiáng)夯施工而造成破壞。當(dāng)強(qiáng)夯施工所產(chǎn)生的振動(dòng)，對(duì)鄰近建筑物或設(shè)備產(chǎn)生有害的影響時(shí)，應(yīng)采取防振或隔振措施。

3.6 強(qiáng)夯的設(shè)計(jì)

⑴夯擊能為1000kN.m時(shí)，可采用1.8倍錘徑左右的點(diǎn)距，三角形布點(diǎn)的方法夯擊（如夯錘的直徑是2.25m，則點(diǎn)距采用4.05m）。

要求夯擊遍數(shù)為二遍，第一遍夯擊偶數(shù)編號(hào)的主夯點(diǎn)，第二遍夯擊奇數(shù)編號(hào)的主夯點(diǎn)，第二遍與第一遍的間隔時(shí)間為15天。

夯坑以碎石渣（或沙礫）等填平。

最后以低能量（400kN.m）滿夯夯平，每點(diǎn)夯兩擊，夯點(diǎn)以梅花狀排布，夯痕間以1/4d搭接。滿夯與點(diǎn)夯之間的間隔時(shí)間為7天。

各遍夯擊之間的間隔時(shí)間可根據(jù)孔隙水的排除作適當(dāng)調(diào)整。

單點(diǎn)夯擊同時(shí)滿足下列①或②條件中a.b.兩項(xiàng)時(shí)可以止夯：

① a.同一夯位最后兩擊的平均夯沉量小于10cm；

b.單位面積累積夯擊能大于1000KN.m。

② a.單點(diǎn)夯擊次數(shù)不小于6擊；b.夯坑深度大于80cm。

⑵夯擊能為1500kN.m時(shí)，可采用1.9倍錘徑左右的點(diǎn)距，三角形布點(diǎn)的方法夯擊（如夯錘的直徑是2.25m，則點(diǎn)距采用4.3m）。

要求夯擊遍數(shù)為二遍，第一遍夯擊偶數(shù)編號(hào)的主夯點(diǎn)，第二遍夯擊奇數(shù)編號(hào)的主夯點(diǎn)，第二遍與第一遍的間隔時(shí)間為15天。

夯坑以碎石渣（或沙礫）等填平。

最后以低能量（600kN.m）滿夯夯平，每點(diǎn)夯三擊，夯點(diǎn)以梅花狀排布，夯痕間以1/4d搭接。滿夯與點(diǎn)夯之間的間隔時(shí)間為7天。

各遍夯擊之間的間隔時(shí)間可根據(jù)孔隙水的排除作適當(dāng)調(diào)整。

單點(diǎn)夯擊同時(shí)滿足下列①或②條件中a.b.兩項(xiàng)時(shí)可以止夯：

① a.同一夯位最后兩擊的平均夯沉量小于10cm；

b.單位面積累積夯擊能大于1500KN.m。

② a.單點(diǎn)夯擊次數(shù)不小于7擊；

b.夯坑深度大于90cm。

注：若當(dāng)?shù)氐牡叵滤缓芨?，無法同時(shí)滿足上述止夯條件時(shí)，可在監(jiān)理工程師認(rèn)可的情況下，將夯坑深度大于90cm作為唯一止夯條件。

3.7 強(qiáng)夯施工的具體操作步驟：⑴清理并平整施工場(chǎng)地；

⑵標(biāo)出第一遍夯點(diǎn)位置，并測(cè)量場(chǎng)地標(biāo)高；

⑶起重機(jī)就位，時(shí)夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置；

⑷測(cè)量夯前錘頂高程；

⑸將夯錘起吊到預(yù)定高度，待夯錘脫鉤自由落下后，放下吊鉤，測(cè)量錘底高程，

若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時(shí)，應(yīng)及時(shí)將坑底整平；

⑹按設(shè)計(jì)規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)，完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊；

重復(fù)步驟⑶至⑹，完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊；

⑺將夯坑填平，并測(cè)量場(chǎng)地高程；

⑻在規(guī)定的時(shí)間間隔后，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量滿夯，將場(chǎng)地表層松土夯實(shí)，并測(cè)量夯后場(chǎng)地高程。

3.8 施工中間檢測(cè)（要求）

⑴夯擊前檢測(cè)夯錘的質(zhì)量及錘底面積；

⑵夯擊前檢測(cè)場(chǎng)地平整情況；

⑶夯擊過程中抽檢夯錘的落距；

⑷夯擊過程中遠(yuǎn)處抽檢單點(diǎn)夯擊次數(shù)；

⑸夯擊過程中抽檢夯擊記錄；（要求夯擊全過程均有記錄）

⑹每一遍夯擊完后，應(yīng)檢測(cè)夯坑深度、夯點(diǎn)間距及處理寬度，合格后方可填平；

⑺控制單位時(shí)間內(nèi)的夯擊處理面積；

⑻控制間隔時(shí)間；

⑼滿夯結(jié)束后抽檢夯后的地面標(biāo)高變化。

3.9 施工后檢測(cè)

強(qiáng)夯結(jié)束后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及試夯參數(shù)確定檢測(cè)取土深度及密度（從夯擊終止時(shí)的夯面起至其下n米深度內(nèi)，豎向每隔n厘米采取土樣進(jìn)行試驗(yàn)），測(cè)定土的干密度，并提供地基土的容許承載力。

3.10 處理后要求

應(yīng)達(dá)到以下要求：容許承載力大于上部路基產(chǎn)生的壓力。（否則，需進(jìn)行預(yù)壓）

[1]《公路工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)》

[2]高臨高速公路招標(biāo)文件施工技術(shù)規(guī)范部分

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.037