強(qiáng)夯法在市政道路工程中的應(yīng)用

董全海

摘要：本文通過論述了強(qiáng)夯法處理軟土地基的機(jī)理、設(shè)計(jì)參數(shù)及施工方法，介紹了采用強(qiáng)夯法加固道路軟土地基的施工實(shí)踐，論證了在市政道路施工中強(qiáng)夯法的重要作用。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯加固；設(shè)計(jì)參數(shù)；施工方法

1. 前言

強(qiáng)夯法處理地基是20世紀(jì)60年代由法國Menard技術(shù)公司首先創(chuàng)用的，這種方法是利用大型履帶式起重機(jī)將8-40噸的重錘從6-40米高度自由落下給地基以沖擊力和振動(dòng)，從而提高地基土的強(qiáng)度并降低其壓縮性。此法最初僅用于加固砂土和碎石土地基。經(jīng)過十幾年的應(yīng)用與發(fā)展，它已適用于加固從礫石到黏性土的各類地基土，在我國強(qiáng)夯法主要應(yīng)用素填土、碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土地基的處理。

2. 強(qiáng)夯加固機(jī)理

強(qiáng)夯加固作用應(yīng)與土層在被處理過程中的三種不同機(jī)理有關(guān)。其一是加密作用，以空氣和氣體的排出為特征；其二是固結(jié)作用，以孔隙水的排出為特征；其三是預(yù)加變形作用，以各種顆粒成分在結(jié)構(gòu)上的重新排列和顆粒結(jié)構(gòu)和形態(tài)的改變?yōu)樘卣?。飽和土存在孔隙水排出并被壓?shí)固結(jié)這一問題，應(yīng)區(qū)分粘性土和無粘性土，他們的滲透不同，粘性土存在固化內(nèi)聚力，砂土則不然；另外對(duì)一些特殊土，如濕顯性黃土、填土、淤泥等，由于它們具有各自的特殊性能，其加固機(jī)理也存在特殊性。

3. 強(qiáng)夯參數(shù)的確定

3.1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；在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可按下面公式估算：

h = α WH

式中：h——有效加固深度，m；

W ——錘的質(zhì)量，t；

H ——落距，m；

α——有效加固深度修正系數(shù)，與土質(zhì)、含水率、錘型、錘底面積、工藝和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等多種因素有關(guān)；

按經(jīng)驗(yàn)取值時(shí)：

1）可液化砂土地基α 取0.45（應(yīng)給一個(gè)幅度）；

2）粘性土地基，當(dāng)r S <60%時(shí)，取0.4；

3）濕陷性黃土地基α 取值見下表；

3.2 最佳夯擊能 從理論上講，在最佳夯擊能作用下，地基土中出現(xiàn)的孔隙水壓力達(dá)到土的自重壓力，這樣的夯擊能稱最佳夯擊能。在黏性土中，由于孔隙水壓力消散較慢，當(dāng)夯擊能逐漸增大時(shí)，孔隙水壓力相應(yīng)疊加，因此可根據(jù)孔隙水壓力增加值來確定最佳夯擊能。在砂性土中，孔隙水壓力增長(zhǎng)及消散過程僅為幾分鐘，因此孔隙水壓力不能隨夯擊能增加而疊加，可根據(jù)最大孔隙水壓力增量與夯擊次數(shù)的關(guān)系來確定最佳夯擊能。

3.3夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，可采用點(diǎn)夯2～4遍，對(duì)于滲透性較差的細(xì)顆粒土，必要時(shí)夯擊遍數(shù)可適當(dāng)增加。最后再以低能量滿夯1～2遍，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。

3.4 兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時(shí)間間隔，間隔時(shí)間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間。當(dāng)缺少實(shí)測(cè)資料時(shí)，可根據(jù)地基土的滲透性確定，對(duì)于滲透性較差的粘性土地基，間隔時(shí)間不應(yīng)少于3～4周；對(duì)于滲透性好的地基可連續(xù)夯擊。

3.5夯擊點(diǎn)位置可根據(jù)基底平面形狀，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯擊點(diǎn)間距可取夯錘直徑的2.5～3.5倍，第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間。以后各遍夯擊點(diǎn)間距可適當(dāng)減小。對(duì)處理深度較深或單擊夯擊能較大的工程，第一遍夯擊點(diǎn)間距宜適當(dāng)增大。

4.工程實(shí)例

游艇園1#路道路工程位于濱海淺灘，場(chǎng)地局部回填，道路紅線寬度為36米，全長(zhǎng)1088.74米。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告擬建場(chǎng)地地層由上至下分為，素填土：該層為近期回填形成，主要由黏性土及碎石組成粉質(zhì)；黏土：呈硬塑狀態(tài)，可見鐵質(zhì)氧化物，夾粉土、粉砂薄層，局部混少量角礫、碎石；中粗礫砂：中密～密實(shí)，飽和，最大粒徑可達(dá)40mm以上；全風(fēng)化粉砂巖：巖芯呈粉砂狀，該層破碎，為極軟巖，本段路基采用強(qiáng)夯方法進(jìn)行處理。

4.1強(qiáng)夯設(shè)計(jì)

4.1.1強(qiáng)夯夯點(diǎn)布置形式為正方形，按先2遍點(diǎn)夯，后1遍滿夯的次序進(jìn)行，夯錘直徑為2.5m；點(diǎn)夯的夯擊能為2000kN·m，夯點(diǎn)間距6m，點(diǎn)夯錘重20t，落距10m；滿夯的夯擊能為1000kN·m，夯印搭接為夯錘直徑的四分之一，滿夯錘重10t，落距10m；強(qiáng)夯處理范圍是至道路兩側(cè)坡腳外3m。

4.1.2夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)試夯取得的相應(yīng)參數(shù)來指導(dǎo)大面積施工，并應(yīng)同時(shí)滿足下列條件：

①最后兩擊的平均夯沉量不宜大于50mm；

②夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起；

③不因夯坑過深而發(fā)生提錘困難；

4.1.3兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時(shí)間間隔，間隔時(shí)間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間，間隔時(shí)間為1～2周。

4.1.4強(qiáng)夯的施工方法：①清理并整平施工場(chǎng)地 ②標(biāo)出第一遍夯點(diǎn)位置，測(cè)量場(chǎng)地高程 ③夯機(jī)就位，起吊吊鉤至設(shè)計(jì)落距高度，將吊鉤牽引鋼絲繩固定，鎖定落距 ④將夯錘平穩(wěn)提起置于夯點(diǎn)位置，測(cè)量夯前錘頂高程 ⑤起吊夯錘至預(yù)定高度，夯錘自動(dòng)脫鉤下落夯擊夯點(diǎn) ⑥測(cè)量錘頂高程，記錄夯坑下沉量 ⑦重復(fù)步驟5～6，按設(shè)計(jì)的夯擊數(shù)和控制標(biāo)準(zhǔn)，完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊 ⑧夯錘移位到下一個(gè)夯點(diǎn)，重復(fù)步驟2～5，完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊 ⑨用推土機(jī)將夯坑填平或推平，用方格網(wǎng)測(cè)量場(chǎng)地高程，計(jì)算本遍場(chǎng)地夯沉量 ⑩在規(guī)定的間歇時(shí)間后，按以上步驟完成全部夯擊遍數(shù) ?滿足間歇時(shí)間后，進(jìn)行滿夯施工。

4.1.5施工機(jī)具要求：夯錘底面宜為圓形，重心應(yīng)在中垂線上，且低于1/2 夯錘高度，錘底靜接地壓力值可取25kPa～40kPa，強(qiáng)夯夯錘宜按底面積大小，均勻設(shè)置4～6 個(gè)直徑250mm～500mm 上下貫通的排氣孔。

4.1.6在正式施工前作強(qiáng)夯試驗(yàn)，以校正各設(shè)計(jì)施工參數(shù)，考核施工設(shè)備的性能，為正式施工提供依據(jù)。試驗(yàn)區(qū)數(shù)量應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地復(fù)雜程度、工程規(guī)模、工程類型及施工工藝等確定，強(qiáng)夯試驗(yàn)面積不應(yīng)小于20m×20m。根據(jù)初步確定的強(qiáng)夯參數(shù)，提出強(qiáng)夯試驗(yàn)方案，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試夯。應(yīng)根據(jù)不同土質(zhì)，待強(qiáng)夯結(jié)束一至數(shù)周后，對(duì)試夯場(chǎng)地進(jìn)行檢測(cè)，并與夯前測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)強(qiáng)夯效果，確定工程采用的各項(xiàng)強(qiáng)夯參數(shù)。

5. 結(jié)語

采用強(qiáng)夯加固軟土路基取得了較好的效果，強(qiáng)夯法具有效果顯著、設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)易行和節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)。能有效地加固軟弱地基，減少軟土層沉降和整體工程工后沉降，提高軟土層的承載力等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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