強(qiáng)夯法在市政道路施工中的應(yīng)用

黃曉瑜

摘要：強(qiáng)夯法指的是為提高軟弱地基的承載力，用重錘自一定高度下落夯擊土層使地基迅速固結(jié)的方法。也稱動力固結(jié)法，利用起吊設(shè)備，將重錘從高處使其自由下落，依靠強(qiáng)大的夯擊能和沖擊波作用夯實(shí)土層。強(qiáng)夯法主要用于砂性土、非飽和粘性土與雜填土地基。強(qiáng)夯法在市政道路施工中是主要夯實(shí)地基的方法，可經(jīng)常用于夯實(shí)非飽和粘洼土、濕陷性黃土和砂性土。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯法；市政道路；施工；應(yīng)用

1、強(qiáng)夯法的加固地基原理

強(qiáng)夯法加固地基目前主要有3種不同的加固原理，分別是：動力固結(jié)原理、動力密實(shí)原理和動力置換原理。

1.1 動力固結(jié)原理

動力固結(jié)原理是強(qiáng)夯法機(jī)理中被最早接受的，它是通過強(qiáng)夯法來實(shí)現(xiàn)處理土層地基中飽和細(xì)小顆粒的目的。動力固結(jié)原理常用于細(xì)顆粒飽和土的處理，通過動力固結(jié)原理來破環(huán)土體的結(jié)構(gòu)，并且使局部土體產(chǎn)生縫隙來增加排水的通道以便讓水溢出來，最后達(dá)到土體固結(jié)。在許多工程實(shí)踐中，動力固結(jié)原理已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了它的價(jià)值意義，并且取得了不錯的成績。當(dāng)然它也有其獨(dú)立的作用系統(tǒng)。

（1）局部液化的土層地基：強(qiáng)夯開始階段，重復(fù)夯實(shí)形成外界沖擊力逐漸壓縮地基土中的氣體，在孔隙水壓力不斷增加達(dá)到一定程度時(shí)，覆蓋壓力與孔隙水壓力相等，液化降低的土層地基產(chǎn)生，最強(qiáng)的孔隙水壓力形成。繼續(xù)強(qiáng)夯的過程中，孔隙水壓力增長值開始降低，強(qiáng)度增長值開始增強(qiáng)，并最后會達(dá)到最佳狀態(tài)。這種液化的土層地基是局部范圍內(nèi)的。

（2）飽和土的變化壓縮：土層地基中存在著滲透性極低的飽和細(xì)顆粒土，這種極低的滲透性也影響著孔隙水不能迅速排出。然而動力固結(jié)原理利用有機(jī)物分解，壓縮土層中氣泡形式的氣體體積，并使其變形。擁有較強(qiáng)拉應(yīng)力的部分地基土在瞬時(shí)強(qiáng)作用力下不會發(fā)生變形，只是形成裂縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，水能夠因此迅速排除，之后土層粒子更加緊密，承載能力更強(qiáng)。

（3）土層觸變恢復(fù)：當(dāng)?shù)鼗械耐翆釉谕饨绲膹?qiáng)夯作用下強(qiáng)度不斷降低，土體液化到達(dá)最低值時(shí)，裂縫產(chǎn)生在地基土層中，變?yōu)樽杂伤牟糠值鼗翆又械奈剿S裂縫流出。土層粒子緊密接觸，固定的新吸附水層，有效提升了地基土層的變形模量和抗壓性。

（4）土層滲透性的改變：外界作用力大于土層地基中的顆粒土孔隙水的側(cè)向壓力時(shí)，形成排水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，孔隙水會排出。外界作用力小于土層地基中的顆粒土孔隙水的側(cè)向壓力時(shí)，孔隙水壓力降低，到一定程度時(shí)，孔隙裂縫自行閉合，水的運(yùn)動得到機(jī)會恢復(fù)土層地基中的原狀態(tài)。

1.2 動力密實(shí)原理

動力密實(shí)原理主要用于加固強(qiáng)夯粗顆粒、多孔隙、非飽和土，用沖擊動力減小土層中的孔隙體積，使土體變得密實(shí)，提高土體強(qiáng)度。土層路基在強(qiáng)夯法重錘的強(qiáng)大作用下，土層路基結(jié)構(gòu)中的土粒接觸點(diǎn)會產(chǎn)生壓縮形變，進(jìn)而使土粒之間的接觸面積加大，土層更加密集，增強(qiáng)路面的承載力度。在土層地基中，土粒并不都是均勻的圓或橢圓的，也存在著片狀顆粒。那么，在強(qiáng)夯法的作用之下，片狀土粒便會被變彎，使其附近的土粒相對產(chǎn)生位移，當(dāng)土粒接觸處時(shí)會進(jìn)行相對運(yùn)動。

1.3 動力置換原理

動力置換原理可根據(jù)置換作用部分的不同分為整式置換原理和樁式置換原理。顧名思義，整式置換原理類似于換土墊層法的作用機(jī)理，通過強(qiáng)夯的巨大力量將碎石整體擠入淤泥當(dāng)中。而樁式置換原理則是采用強(qiáng)夯作用將碎石填筑土體之中，并且間隔地將部分碎石樁夯人軟土中，形成樁式的碎石樁和碎石墩。樁式置換原理的作用機(jī)理是通過碎石內(nèi)摩擦角與墩間土地基復(fù)合作用，來維持樁體平衡的狀態(tài)。

2、強(qiáng)夯法的優(yōu)缺點(diǎn)

強(qiáng)夯法普遍運(yùn)用于道路施工過程中，避免了施工過程中常出現(xiàn)的一些問題。強(qiáng)夯法的優(yōu)點(diǎn)有：設(shè)備比較簡單，能夠節(jié)省材料，施工較為方便，對人力、物力的投入需要較低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性比較高。強(qiáng)夯法的運(yùn)用顯著減少了施工時(shí)間，使效益增強(qiáng)。強(qiáng)夯法在高填方中使路基更加夯實(shí)，原地面與路基填料結(jié)合更加能緊密，路面塌陷的可能性降低。但強(qiáng)夯法也同時(shí)存在著一些缺點(diǎn)，如：強(qiáng)夯法的加固效果會受到地基土層中軟弱夾層的影響，夯擊力度有效傳遞性不足。

3、強(qiáng)夯法的影響因素分析

第一，重錘越重，其落距越大，強(qiáng)夯過程中的單擊能量就越強(qiáng)大，夯擊次數(shù)就可以相應(yīng)減少，單次的夯擊效果就越更明顯。那么，就要根據(jù)具體條件，如不同的土體、不同的加固深度來確定單夯擊能，進(jìn)而在夯擊設(shè)計(jì)中選擇合適的落距和重錘。

第二，強(qiáng)夯法的實(shí)際應(yīng)用中，布置的夯擊點(diǎn)一般為正方形或三角形。確定夯擊點(diǎn)間距時(shí)一般要注意目標(biāo)深度和土層地基的性質(zhì)。第一次作用的夯擊點(diǎn)間距一般在重錘直徑3倍左右，之后可適當(dāng)縮小間距，以此確保夯擊作用深度。

第三，夯擊頻率受土層孔隙水壓力消失速度的影響，夯擊間歇時(shí)間由于土層的不同而有所差別。

第四，過厚的土層厚度使強(qiáng)夯法沖擊力度傳遞不到深層地基中，則強(qiáng)夯作用不顯著。

4、強(qiáng)夯法在道路施工中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 施工程序

強(qiáng)夯法的應(yīng)用在不同的國家也有所不同，如：日本采用輪胎式起重機(jī)，西歐國家采用大噸位履帶式起重機(jī)，這幾種機(jī)器穩(wěn)定性都較強(qiáng)，施工也比較方便。而我國受條件限制，在市政道路施工中一般使用小噸位起重機(jī)，因此需要利用滑輪在強(qiáng)夯法加固時(shí)解決部分問題。強(qiáng)夯法在我國市政道路施工中，重錘的起吊需要利用滑輪，重錘的自由落體需要利用動脫鉤裝置。操作過程是對脫鉤器的鋼絲繩進(jìn)行拉動，用脫鉤器的鉤掛住重錘，將吊鉤拉至所需高度，伸臂拉轉(zhuǎn)到相當(dāng)角度，自然脫落重錘，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。

4.2 檢測控制

在市政道路施工中使用強(qiáng)夯法結(jié)束后，要對加固地基土層進(jìn)行檢測控制。間隔檢測對于不同的地質(zhì)間隔時(shí)間也不同，如砂土地基和碎土石，間隔時(shí)間一般為1至2周；粘性土地基，間隔時(shí)間一般為2至 4周；置換地基間隔時(shí)間一般為4周左右。具有科學(xué)依據(jù)且獲得認(rèn)可的檢測方法有：十字板試驗(yàn)，室內(nèi)試驗(yàn)，載荷試驗(yàn)，動力觸探試驗(yàn)等。

5、結(jié)語

通過強(qiáng)夯法在市政道路施工中的運(yùn)用，復(fù)合地基承載力有效提高，深層地基加固，施工過程中的環(huán)境污染減少，工程質(zhì)量和工期可以得到確保，施工成本有所降低。多國已經(jīng)認(rèn)可強(qiáng)夯法的顯著作用。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，強(qiáng)夯法將會不斷完善，進(jìn)一步提高，在市政道路施工中發(fā)揮更加巨大的作用。

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