強夯處理高速公路軟土地基施工

【摘 要】介紹了強夯施工工藝處理軟件的主要施工參數(shù)的確定及施工完畢后的質(zhì)量檢驗情況。

【關(guān)鍵詞】夯擊能；落距；夯點間距；夯擊擊數(shù)；夯擊遍數(shù)間歇時間

一、工程概況

四川省西昌至攀枝花高速公路C9合同段設(shè)計施工圖中有兩段強夯段，分別為K112+300～K112+377，共77米長，寬62.4米及K114+211～K114+697共486米長，寬約43米，共約26000m2。該地基下部為粉土，厚約2.0～3.75m，標(biāo)貫擊數(shù)為3擊，為可液化土，再下層為卵石質(zhì)土，為解決該處軟弱地基土和可液化土的情況，既保證工程施工的質(zhì)量，又要經(jīng)濟合理，故設(shè)計采用強夯進行處理。

二、強夯施工簡介

強夯施工前需按設(shè)計要求換填60cm砂卵石墊層，并碾壓，夯前需作地基的標(biāo)貫復(fù)查。強夯既具備散體材料的擠密、置換、排水等特征，又具有強夯加固動力固結(jié)效應(yīng)。另外 ，強夯的施工還具有設(shè)備簡單、適應(yīng)性廣、效果顯著、經(jīng)濟和工效高的特點，此施工工藝已成為我國地基處理的一項重要技術(shù)，但是強夯的施工所造成的振動、噪音等公害也應(yīng)引起足夠的重視。

三、強夯置換碎石樁的作用機理

強夯法是通過重錘在某一高度自由下落，在極短的時間內(nèi)對地基土施加一個強大的沖擊能，這種沖擊能又轉(zhuǎn)化成各種沖擊波和動應(yīng)力（包括壓縮波、剪切波和瑞利波），使地基土強制壓縮或振密。同時散體材料樁的存在屆使得土體中由強夯引起的超孔隙水壓力得以迅速消散，土體迅速得到固結(jié)，抗剪強度不斷提高，抗液化能力不斷增強，可大幅度提高地基承載力，減小地基沉降。

強夯后，土體強度提高的四個過程：

1夯擊能量轉(zhuǎn)化，同時伴隨強制壓縮或振密（包括氣體的排出、孔隙水壓力上升）。

2土體液化或土體結(jié)構(gòu)破壞（表現(xiàn)為土體強度降低或抗剪強度喪失）。

3排水固結(jié)壓密（表現(xiàn)為滲透性能改變，土體裂隙發(fā)展，土體強度提高）。

4觸變恢復(fù)并伴隨固結(jié)壓密（包括部分自由水又變成薄膜水，土的強度繼續(xù)提高）。

四、強夯的施工工序

1、起重設(shè)備和夯錘的選擇

在施工中根據(jù)夯擊能的大小及設(shè)計要求處治后所達到的效果選擇起重設(shè)備、夯錘及自動脫釣器等。西攀高速公路C9合同段強夯置換碎石樁設(shè)計要求有效加固深度2.0～3.75m，夯擊能為2000KN.m，落距7.0m。起重設(shè)備選擇了型號為QU20型履帶吊車，ZL-50型裝載機，夯錘選用重15t，底面直徑為2m的平底夯錘及相應(yīng)的脫鉤器，夯錘中設(shè)置了3個上下貫通的氣孔，孔徑為250mm，它既可減少起吊夯錘的吸力，又可減少夯錘著地前的瞬時氣墊上拉力所造成的能量損失。

施工時使用滑輪組起吊夯錘，利用自動脫鉤器裝置使錘體形成自由落體。拉動脫鉤裝置的鋼絲繩，其一端固定在吊機上，以鋼絲繩的長短控制夯錘的落距。夯錘掛在脫鉤器的鉤上，當(dāng)?shù)蹉^提升到要求的高度時，張緊的鋼絲繩將脫鉤器材的伸臂拉轉(zhuǎn)一個角度，致使夯錘突然落下。施工中，為防止其重臂在較大仰角下突然釋重而有可能發(fā)生后傾，在履帶吊車的臂桿端部設(shè)置了輔助門架。

2、夯擊范圍

由于地基應(yīng)力的擴散作用，故強夯在施工中處理的范圍應(yīng)大于路基基礎(chǔ)范圍，一般每邊超出基礎(chǔ)外緣寬度的1/2-2/3，并不得小于3m。

3、夯點布設(shè)及夯擊遍數(shù)

夯點為等腰三角形布點，夯點間距3.5m×3.5m。分三遍完成夯點夯擊，第一遍夯點間的間距均為7.0m。最后再以低夯擊能（1000KN.m）滿夯一遍，其目的是將表面松動的表層土夯實。

下圖表示西昌至攀枝花高速公路C9強夯段夯點布置及夯擊次序。9個夯點分3遍夯完。第一次夯4點，7m×7m正方形布置；第二次夯1點；第三次夯4點，4.95m×4.95m正方形布置，三次完成9個夯擊點為3.5m×3.5m正方形布置。

4、夯擊次數(shù)的確定

每遍夯擊次數(shù)可通過現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量的關(guān)系曲線來確定，且應(yīng)同時滿足下列要求：（1）最后一擊的夯沉量一般不大于10cm；（2）夯坑周圍的地面不應(yīng)發(fā)生過去時大的隆起；（3）不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難；（4）每擊的夯沉量不應(yīng)過小，否則加固效果不明顯。試驗路段通過試夯，確定夯擊能2000KN.m ，夯擊次數(shù)為9擊，結(jié)果表明能夠滿足上述幾點要求，加固效果較好。

試驗路對598個夯點的施工中，采用夯擊能為2000KN.m（錘重15t ，直徑2 m）首夯153個點，夯擊9次，填料量10.5m3。第二次夯點146個，夯擊8次，填料量10.5m3。第三次夯點299個，夯點8次，填料量7 m3。

5、間歇時間

間歇時間是指兩遍夯擊之間的時間間隔。時間間隔取決于土中超孔隙水壓力消散時間。通過試樁發(fā)現(xiàn)，間歇時間與施工所采用的夯擊能及工程地質(zhì)條件有很大的關(guān)系，對于粘性土的地基，夯完一遍需間歇4～5周才能進行下遍的夯擊。

6、隆起情況

夯擊過程中，夯點周圍土的隆起與夯擊能、夯擊遍數(shù)及距夯點的距離有關(guān)。三次置換完畢后，地面的平均起量分別為 12.4cm、16.3cm和15.8cm。累計隆起44.5cm。滿夯后平均隆起40.1cm。

五、施工中的質(zhì)量控制

根據(jù)設(shè)計要求所達到的有效加固深度和影響深度，用最后一擊的夯沉量對夯擊質(zhì)量進行控制，一般最后一擊的夯沉量不大于10cm。施工中各夯點夯擊次數(shù)和夯擊效果是否達到要求的控制標(biāo)準(zhǔn)除滿足最后一擊的沉降量要求外，還要滿足以下條件：

（1）圍地面不應(yīng)有過大的隆起現(xiàn)象；

（2）不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。

另試驗結(jié)果表明，每遍夯擊的間歇時間也直接影響到夯擊效果，如果間歇時間過短，孔隙水壓力沒有完全消散，夯擊時很容易發(fā)生夯坑過深而起錘困難，最后一擊的沉降量也不易控制，夯擊效果 也受到影響。建議每遍的間歇時間為4-5周。

六、強夯置換碎石樁施工要點

（1）清理平整場地，測量整平后地面標(biāo)高。

（2）鋪設(shè)80cm厚碎石的墊層，以便于機械行走。

（3）測量放線，放樣出第一遍夯點位置（用白灰或竹簽做出標(biāo)記），夯點定位允許偏差±5cm。

（4）機械設(shè)備選用了型號為QU20的履帶吊車，型號為ZL-50的裝載機和重15t、底面直徑為2.0m 的平底夯錘及相應(yīng)的脫鉤器等。

（5）對第一遍夯擊點進行夯擊。在夯擊前和夯擊后須測出夯點處和夯點周圍的地面標(biāo)高，每夯擊一次測量一次。按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)完成一個夯點的夯擊，在移到另一個夯點進行夯擊。夯擊時將夯錘起吊到預(yù)定位置，待夯錘脫鉤自由下落，測量夯錘頂面標(biāo)高，如果發(fā)現(xiàn)夯錘傾斜，應(yīng)及時將夯底整平。

（6）夯擊能為2000KN.m，夯點采用間隔跳打的方式。

（7）夯擊時，夯擊點中心位移偏差應(yīng)小于150mm。夯擊采用一次性成功的方式，即一個夯點完成后再進行另一個夯點的夯擊。