強(qiáng)夯法處理地基在道路路基設(shè)計中的應(yīng)用研究

陳俊龍

摘要：強(qiáng)夯法已被證明是實(shí)踐中較好的基礎(chǔ)加固方法之一。然而，由于其自身的復(fù)雜性和缺乏系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗(yàn)和必要的室內(nèi)精密實(shí)驗(yàn)，動態(tài)夯實(shí)理論仍然不是特別完善，還是缺乏一套成熟的理論和計算方法，強(qiáng)夯的設(shè)計仍處于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計階段?；诙嗄陙淼墓こ虒?shí)踐，本文討論和總結(jié)了強(qiáng)夯法處理地基的參數(shù)確定和加固原理。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯法;處理地基在道路路基設(shè)計;應(yīng)用研究

強(qiáng)夯法可以實(shí)現(xiàn)從9-21m（最高45m）的高度自由落下9-45t的重量，將沖擊能量施加在地基上，在地基中形成沖擊波和動態(tài)應(yīng)力加強(qiáng)地基，提高粗粒土的強(qiáng)度，降低軟土的壓縮性，提高砂的抗液化性，消除濕陷性黃土的濕陷性。強(qiáng)夯法已被證明是實(shí)踐中較好的基礎(chǔ)加固方法之一，但由于其自身的復(fù)雜性、缺乏系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗(yàn)和必要的室內(nèi)精密試驗(yàn)，動態(tài)夯實(shí)理論仍然不完善。成熟的理論和計算方法仍處于實(shí)證設(shè)計階段。因此，需對強(qiáng)夯法的加固機(jī)理和設(shè)計方法進(jìn)行討論和總結(jié)。

一、強(qiáng)夯參數(shù)確定

（一）有效加固深度

有效加固強(qiáng)度是指經(jīng)強(qiáng)夯加固后，強(qiáng)度增加，壓縮模量增加，增強(qiáng)效果可以在土層范圍顯現(xiàn)。由于深度的復(fù)雜性，沒有針對各種條件下去精確計算有效加固深度的計算方法。目前，國內(nèi)工程界仍然使用梅納公式來計算強(qiáng)夯法加固的深度。事實(shí)上，不同土層的厚度以及地下水位都對有效加固深度有影響。因此，強(qiáng)夯的有效加固深度應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。

（二）夯擊能

單位夯擊能量是指每單位面積施加的總夯擊能量。單位夯擊能過大，不僅不利于提高加固效果，還會降低飽和粘：土的強(qiáng)度。所以應(yīng)該結(jié)合土層類型，有效加固深度，通過結(jié)構(gòu)類型和荷載大小來確定單位夯擊能量，并通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。地基士中出現(xiàn)孔隙水壓力達(dá)到上覆土壓力時所得到的夯擊能即為最佳夯擊能，達(dá)到最佳夯擊能的夯擊次數(shù)即為夯點(diǎn)每遍的夯擊次數(shù)。最佳夯擊能與土的類型有關(guān)，對于粘性土可采用限制地面最大隆起高度或有效夯擊系數(shù)來控制最佳夯擊能，對于砂性土可采用控制夯坑夯沉深度來確定最佳夯擊能。

（三）夯擊遍數(shù)

大量的工程實(shí)踐表明，應(yīng)盡可能減少夯擊遍數(shù)。對于滲透系數(shù)大且含水量低的土.層，使用1-3次，反之亦然，需要3-4次沖程才能達(dá)到增強(qiáng)效果。在一天結(jié)束時，它充滿了低能量，其目的是壓實(shí)松散的表層土。在路基處理設(shè)計中，通常使用三遍，即主夯、副夯和全夯。在有特殊要求情況下，可以適當(dāng)?shù)脑黾雍粨魯?shù)量。

（四）間歇時間

間歇時間是指兩個相鄰兩遍之間的時間間隔，應(yīng)根據(jù)孔隙水壓力的消散來確定。通過強(qiáng)夯試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)孔隙水壓力的峰值出現(xiàn)在強(qiáng)夯完成后的那一刻。當(dāng)每次通過的總夯擊能量較大時，孔隙水壓力會消耗較長時間。對于軟粘土，通常需要1-4周。對于砂性土，一般只需3-4分鐘。因此，對于粘性士來說，相鄰兩次夯擊間歇時間在滲透小的粘性土中一般不少于4周，而在滲透大的砂性土中則可連續(xù)施工。

（五）夯點(diǎn)布置和夯點(diǎn)間距

為了使土層更均勻，夯擊點(diǎn)宜布置成等邊三角形或正方形。夯點(diǎn)的間距應(yīng)基于土體性質(zhì)和加固深度來考慮。對于滲透性差的土體，為了利于超孔隙水壓力的消散，夯點(diǎn)的間距不應(yīng)太小但也不能過大。間距過小，相鄰夯點(diǎn)的增強(qiáng)效應(yīng)將疊加在淺層區(qū)域形成硬層，影響深層轉(zhuǎn)移的沖擊能量。間距過大會使地基土加固不均勻。第一遍夯擊點(diǎn)間距通常為夯錘直徑的2.5～3.5倍或采取加固深度，而第二遍的夯點(diǎn)通常設(shè)置在上一遍的中間點(diǎn)上。

（六）夯擊范圍

根據(jù)基本應(yīng)力擴(kuò)散原理，強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)范圍，具體放大范圍可根據(jù)結(jié)構(gòu)的類型和重要性綜合確定。通常，超出基礎(chǔ)外邊緣的每一側(cè)的寬度應(yīng)為設(shè)計處理深度的2/1-1/3，且不應(yīng)小于3米。對于具有潛在液化的地層，超出基礎(chǔ)的每一側(cè)的寬度不應(yīng)小于設(shè)計的處理深度。

二、強(qiáng)夯加固機(jī)理分析

（一）動力固結(jié)理論

飽和土中的封閉氣泡占士體總體積1%～3%，氣泡的壓縮將會使土體體積得到壓縮，在重復(fù)沖擊力的作用下，伴隨著土體中超孔隙水壓力的不斷增大，土體中應(yīng)力也隨之增大，由此產(chǎn)生的放射狀裂隙使土體滲透性得到了改善。當(dāng)采用強(qiáng)夯法壓實(shí)非飽和土?xí)r，壓實(shí)過程類似于室內(nèi)壓實(shí)法;當(dāng)用于壓實(shí)飽和非粘性土?xí)r，它伴隨著液化，這類似于爆破和振動壓力。密集的過程對于飽和細(xì)粒土，必須經(jīng)歷土體結(jié)構(gòu)的破壞和超孔隙水壓力的產(chǎn)生，從而形成良好的排水通道，促使孔隙水壓力的消散。

（二）振動波加固理論

強(qiáng)夯意味著沖擊力在幾十到幾百毫秒內(nèi)突然施加到地基上。這種巨大的影響可以傳遞到土壤并轉(zhuǎn)換成不同的波形。壓縮波最快，它可以瞬間收集孔隙水，降低基礎(chǔ)的剪切強(qiáng)度，并使土壤受壓或拉動。剪切波第二快，這將導(dǎo)致土壤的結(jié)構(gòu)損壞。最后，瑞利波（面波）是一個表面波，它會使周圍土強(qiáng)度提升。通過這三種波的作用，土體顆粒將達(dá)到重新穩(wěn)定的狀態(tài)。

（三）飽和土加固機(jī)理

傳統(tǒng)的加固理論是假設(shè)水和土粒均不可壓縮，將固結(jié)過程視作孔隙體積的縮小及孔隙水的消散。然而一些科學(xué)家認(rèn)為由于飽和二相土的液體中有1%-3%的封閉氣泡存在，所以說飽和二相士并不是實(shí)際意義上的二相土。在夯擊過程中土體會發(fā)生液化及觸變，孔壓消散，土體發(fā)生觸變恢復(fù)，強(qiáng)度增大。若對土體一遍壓密不夠，則其由土體破壞所喪失的強(qiáng)度大，由觸變恢復(fù)所增加的強(qiáng)度小，進(jìn)而導(dǎo)致夯后承荷能力降低;然而，如果它經(jīng)受二次夯擊，觸變恢復(fù)增加的強(qiáng)度更大，因此逐漸增加夯擊的數(shù)量可以達(dá)到預(yù)期的增強(qiáng)效果。

（四）非飽和土加固機(jī)理

非飽和土夯實(shí)基于動力壓密原理，在沖擊荷載作用下，土體孔隙體積縮小，使空氣和水排出，土壤顆粒重新排列，土壤致密度和承載力相應(yīng)增加。現(xiàn)從微觀角度進(jìn)行簡要闡述：強(qiáng)夯產(chǎn)生的沖擊能打破了土體顆粒間的連結(jié)狀態(tài)，使土體中各類孔隙的空間排布與含量都發(fā)生改變，因而也就破壞了原來的土體結(jié)構(gòu)，使顆粒按照更加密實(shí)的旋渦狀結(jié)構(gòu)重新排列，這在一定程度上提高了土體的剪切強(qiáng)度和抗變形能力，進(jìn)而達(dá)到地基加固的效果。

三、結(jié)語

強(qiáng)夯法已應(yīng)用廣泛，而且現(xiàn)在的研究也在進(jìn)行。一定要繼續(xù)探索和總結(jié)，而且廣大工程技術(shù)人員要發(fā)揚(yáng)艱苦奮斗的精神，這樣才有利于總結(jié)出一套切合實(shí)際的計算理論。

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