強(qiáng)夯法在公路工程軟基施工中的應(yīng)用分析

劉建民?朱建民

摘 要：在公路施工中，常常會(huì)遇到軟土路基，給施工帶來(lái)了一定的困難。由于外在和內(nèi)在因素的影響，往往會(huì)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，削弱路基的質(zhì)量?；诖耍疚膶?duì)強(qiáng)夯法施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，包括原理、方法等，希望能夠提高公路施工質(zhì)量，促進(jìn)公路事業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：公路工程;強(qiáng)夯法;軟土路基

強(qiáng)夯法即動(dòng)力固結(jié)法，通過(guò)利用起吊設(shè)備將重錘提升一定高度后自由下落，借助于重錘下落所產(chǎn)生的夯擊能與沖擊波對(duì)公路路基進(jìn)行迅速固結(jié)的方法。強(qiáng)夯法由于具有施工技術(shù)方法簡(jiǎn)單、材料、機(jī)械、人力投入較少，工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高，因此在公路路基處理，尤其是在粉土、粘性土、濕陷性黃土以及雜填土路基處理上得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于提高路基承載力，減小路基的不均勻沉降也發(fā)揮了重要的作用。

1 強(qiáng)夯法加固機(jī)理分析

1）動(dòng)力密實(shí)機(jī)理。對(duì)于多空隙粗顆粒非飽和土的處理，則主要是動(dòng)力荷載的密實(shí)理論。通過(guò)借助于強(qiáng)夯法沖擊產(chǎn)生的動(dòng)力荷載，擠出土顆粒中的空氣使得非飽和土中的孔隙減小，造成土體顆粒產(chǎn)生位移，進(jìn)而促使土體更加密實(shí)，實(shí)現(xiàn)公路路基土體強(qiáng)度與承載力的提高。根據(jù)相關(guān)的試驗(yàn)研究資料表明，在1000～2000kN·m沖技能的作用下，對(duì)于土體產(chǎn)生的沖切變形能夠提高路基承載力2～3倍左右。

2）動(dòng)力固結(jié)理論。采用強(qiáng)夯法處理細(xì)顆粒飽和土，則主要是利用重錘巨大的沖擊能量產(chǎn)生應(yīng)力波，促使土體局部液化，并將孔隙水通過(guò)孔隙排出，待孔隙水壓力消散后固結(jié)密實(shí)，通過(guò)軟土的觸變性提高公路路基土體強(qiáng)度。其作用機(jī)理主要是通過(guò)飽和土的可壓縮性，待其局部液化之后改變土體滲透性，待觸變恢復(fù)后即可恢復(fù)土體的強(qiáng)度。

3）動(dòng)力置換理論。動(dòng)力置換則主要是類似于換土墊層理論，通過(guò)強(qiáng)夯法強(qiáng)行將碎石填筑到公路路基土體之中，其作用機(jī)理與振沖法碎石樁相似，主要是通過(guò)碎石的內(nèi)摩擦角與土體側(cè)限維持樁體平衡。

2 工程案例

該公路工程項(xiàng)目不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為沙埋、風(fēng)蝕、崩塌、滑坡、人工洞穴、濕陷性黃土等。本文研究路段處于路線中段黃土梁崩、溝整地貌區(qū)，段落內(nèi)黃土斜坡及河流階地處有新近堆積黃土狀粉土、黃土分布，路基土主要為上更新統(tǒng)黃土和全新統(tǒng)新近堆積黃土狀粉土、黃土，結(jié)構(gòu)疏松，土質(zhì)均勻，大孔隙及垂直節(jié)理發(fā)育，具有濕陷性，經(jīng)取樣判別，主要為級(jí)輕微級(jí)中等非自重性濕陷性黃土場(chǎng)地;地基土的承載力及穩(wěn)定性比較好，但在雨季排水不暢，雨水大量滲入路基土?xí)r，路基土的承載力急劇下降，產(chǎn)生濕陷性，將導(dǎo)致路基的破壞。

3 強(qiáng)夯法在公路軟基施工的具體應(yīng)用

1）對(duì)周邊土壤進(jìn)行勘測(cè)。強(qiáng)夯法施工之前，需要先檢測(cè)周邊的環(huán)境，結(jié)合土層承載力的相關(guān)要求，確定出路基的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)高度，在此基礎(chǔ)上，制定出科學(xué)合理的施工方案，增強(qiáng)其科學(xué)性與合理性。如果土壤不適合此種方法，可以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，確保土壤的有效固結(jié)，保證其硬度和強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。在土質(zhì)不均勻的情況下，夯實(shí)效果會(huì)受到較大影響，因此夯擊的次數(shù)和高度需要以實(shí)際情況為參照進(jìn)行設(shè)計(jì)。需要注意的是，夯擊過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生土體向外擠壓的現(xiàn)象，因此需要對(duì)夯擊的能量進(jìn)行確定，保持土體的完整性良好。如果是群夯，在必須先夯實(shí)土體，然后再?gòu)?qiáng)夯一遍，避免土體遭到破壞，保持土體的牢固。

2）確定施工參數(shù)。（1）機(jī)械設(shè)備的確定。強(qiáng)夯施工采用30t以上帶有自動(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)，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。夯錘錘重及夯錘底面面積根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求的單擊夯擊能確定。夯錘底面采用圓形，夯錘中對(duì)稱設(shè)置若干個(gè)上下貫通的氣孔。自動(dòng)脫鉤采用開(kāi)鉤法或用付卷筒開(kāi)鉤。（2）夯擊參數(shù)的確定：一是夯錘落距，錘重按下式初步確定：影響深度=系數(shù)×（錘重×落距）×1/2，落距根據(jù)單擊夯擊能和錘重確定。二是夯擊遍數(shù)的確定，夯擊遍數(shù)設(shè)計(jì)為3遍，具體工程分主夯、副夯、滿夯3種，以主、幅夯為主。一般第一遍隔一點(diǎn)跳夯，第二遍補(bǔ)第一遍空隙，第三遍為低能量滿夯全幅滿夯，達(dá)到錘印彼此搭接。三是夯擊次數(shù)，強(qiáng)夯施工每一遍內(nèi)各個(gè)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)，嚴(yán)格按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)夯擊次數(shù)，并同時(shí)滿足單擊夯擊能不小于2000kN·m，夯坑周圍地面不發(fā)生過(guò)大的隆起，不因夯坑過(guò)深而使起錘困難，且以使土體豎向壓縮最大而側(cè)向位移最小為原則。四是夯擊點(diǎn)的布置，夯擊點(diǎn)布置與夯擊點(diǎn)位置可根據(jù)路基底平面形狀布置。五是夯擊遍數(shù)間隔時(shí)間確定。具體間隔時(shí)間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間。

3）確定夯點(diǎn)的位置。根據(jù)土質(zhì)的情況以及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的要求，對(duì)強(qiáng)夯點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，夯點(diǎn)的間距、布局方式等都需要進(jìn)行科學(xué)合理的安排。一般強(qiáng)夯點(diǎn)的布局方式都是正方形、等腰或者等邊三角形等。采用這樣的布局方式的話每一遍夯實(shí)時(shí)每個(gè)夯點(diǎn)都要顧忌到。如果夯點(diǎn)的間距太近的話，容易在軟基的淺層形成硬層，影響夯擊能量的傳遞，造成下部沒(méi)有密實(shí)。另外在夯點(diǎn)的位置確定以后還要確定機(jī)械設(shè)備的位置。

4）試夯施工。在強(qiáng)夯施工之前，必須以規(guī)定的強(qiáng)夯參數(shù)指標(biāo)為依據(jù)，在劃分出的施工區(qū)域進(jìn)行試夯，對(duì)比分析出前后的測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)強(qiáng)夯的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，之后進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。在強(qiáng)夯施工的過(guò)程中，先夯擊深層的地方，對(duì)其進(jìn)行改造加工，然后改造中層土，最后才是表層，按照從深到淺的順序，一遍又一遍的夯擊之后，選擇合適型號(hào)的推土機(jī)，填平出現(xiàn)的凹坑。夯坑底面上部的填土相對(duì)疏松，加強(qiáng)強(qiáng)夯的振動(dòng)小，會(huì)松動(dòng)底面上的填土，因此需要注意，工程質(zhì)量檢驗(yàn)的時(shí)候，尤其應(yīng)把握其密實(shí)程度，保障夯擊的效果。

4 強(qiáng)夯施工質(zhì)量控制措施

第一，夯錘起吊后，臂桿和夯錘下及附近15m范圍內(nèi)嚴(yán)禁站人。有建筑50m范圍內(nèi)不宜采用強(qiáng)夯措施。強(qiáng)夯開(kāi)始時(shí)應(yīng)檢查是否處于中心，若有偏心時(shí)，應(yīng)采取在錘邊焊鋼板或增加混凝土等辦法使其平橫，防止夯錘傾斜。夯坑隨夯隨填，不過(guò)夜，以防積水，并視天氣情況變化而定。施工過(guò)程中，必須做好施工記錄，強(qiáng)夯過(guò)程中應(yīng)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)及施工情況作好詳細(xì)質(zhì)量記錄。按設(shè)計(jì)規(guī)定次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)，完成各夯點(diǎn)的夯擊。點(diǎn)夯完成后用推土機(jī)整平場(chǎng)地，最后用低能量滿夯一遍。干燥天氣進(jìn)行強(qiáng)夯時(shí)宜灑水降塵。當(dāng)風(fēng)力大于5級(jí)時(shí)，應(yīng)停止強(qiáng)夯作業(yè)，以防機(jī)械傾倒，保證安全。

第二，強(qiáng)夯施工結(jié)束后，可開(kāi)展填土施工，并對(duì)沉降板進(jìn)行埋設(shè)。運(yùn)用δ16mm鋼板制作成20cm的矩形，使其作為沉降板底座。運(yùn)用φ20鋼管中間焊接絲桿進(jìn)行連接，使其作為沉降桿進(jìn)行使用。在底座中心直接對(duì)底節(jié)沉降桿進(jìn)行焊接，沉降桿長(zhǎng)度應(yīng)控制在23～25cm范圍內(nèi)。與填土高度相結(jié)合進(jìn)行逐節(jié)加高。采用內(nèi)徑為φ30的鍍鋅鋼管包裹沉降桿，并用管箍實(shí)施連接。確保沉降板能隨著地基進(jìn)行自由沉降，便于對(duì)軟基處理后地基沉降量的觀測(cè)。

第三，強(qiáng)夯機(jī)械設(shè)備控制，主要體現(xiàn)為夯錘的質(zhì)量、直徑、高度的控制，本合同段夯錘質(zhì)量采取20t。夯錘內(nèi)部采用70角鋼對(duì)拉十字焊接，同時(shí)在距底板鋼板20cm處，沿圓周斜拉70角鋼焊接，吊環(huán)采用鋼板制作，與底板鋼板貼邊焊接，增強(qiáng)夯錘整體連接性，夯錘直徑為2.3m，錘底靜壓力40kPa，夯錘落距15m。夯錘設(shè)置四個(gè)直徑200mm上下貫通的通氣孔，減小錘底與土體形成真空產(chǎn)生的強(qiáng)吸附力和下落時(shí)間的空氣阻力，充分保證夯擊能的有效性。

5 結(jié)束語(yǔ)

公路軟基處理中使用強(qiáng)夯法施工可以節(jié)省施工成本，也可以在加快施工進(jìn)度的基礎(chǔ)上，提高最終的施工質(zhì)量。必須對(duì)強(qiáng)夯法的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)了解，先檢測(cè)后施工，達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化路基的堅(jiān)固性與穩(wěn)定性。另外，必須選擇合適的技術(shù)，結(jié)合實(shí)際情況加以改進(jìn)，提高施工人員的技術(shù)，保證項(xiàng)目能夠順利實(shí)施。

參考文獻(xiàn)

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