強(qiáng)夯法在高速公路路基施工中的應(yīng)用分析

丁亮

摘要：隨著我國高速公路網(wǎng)絡(luò)的日益完善，公路建設(shè)中面臨的地質(zhì)條件也越加復(fù)雜，為保證道路路基承載力，必須做好相應(yīng)的處理工程。本文主要圍繞強(qiáng)夯法展開詳細(xì)分析，首先探討了強(qiáng)夯法的發(fā)展情況，其后詳細(xì)分析了強(qiáng)夯法路基加固機(jī)理與特點(diǎn)，最后圍繞工程案例展開具體論述，以期為后續(xù)研究提供一些參考。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯法;高速公路;路基;加固機(jī)理;工程案例

中圖分類號：U445.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在高速公路路基施工中，強(qiáng)夯法是一種最為常用的處理方法，被廣泛運(yùn)用于砂土、黏性土、粉土、濕陷性黃土等各類地層中，有效提高了路基承載力，保證了高速公路使用壽命。加強(qiáng)強(qiáng)夯法加固機(jī)理及其施工要點(diǎn)研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，本文就此展開詳細(xì)分析。

1 強(qiáng)夯法概述

強(qiáng)力夯實(shí)法，簡稱“強(qiáng)夯法”，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，在重錘夯實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，主要是利用8t～40 t的重錘在5m～40 m的高空自由下落，實(shí)現(xiàn)對地基的強(qiáng)烈沖擊，達(dá)到加固地基的目的。

自1975起我國開始引入強(qiáng)夯法，施工技術(shù)方法不斷改進(jìn)，適用范圍從碎石土逐漸發(fā)展至黏性土，加固深度也在增大。強(qiáng)夯法可提高地基強(qiáng)度，減小地基壓縮性，有效消除土的濕陷性[1]。綜合來看，強(qiáng)夯法運(yùn)用于路基施工中，可操作性、經(jīng)濟(jì)性均較好，施工簡單、方便，且不存在環(huán)境污染的問題[2]。

2 強(qiáng)夯法路基加固機(jī)理與特點(diǎn)分析

2.1 強(qiáng)夯法路基加固機(jī)理分析

強(qiáng)夯法加固路基，主要是借助夯錘自由下落施加沖擊荷載，具體可將其作用機(jī)制歸納為加密、固結(jié)和預(yù)加變形等三點(diǎn)，土體整個(gè)加密過程分為四個(gè)階段，如圖1所示。

從土體的構(gòu)成來看，其主要包括固相、液相、氣相，在整個(gè)強(qiáng)夯過程中，將氣體充分排出后，固相與液相形成飽和土，重錘下繼續(xù)排水并固結(jié)土體，實(shí)現(xiàn)路基強(qiáng)度的提高。

2.2 強(qiáng)夯法路基加固特點(diǎn)

結(jié)合相關(guān)理論與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，對強(qiáng)夯法路基加固特點(diǎn)進(jìn)行歸納，具體如下：（1）適用于各種土層，包括砂性土、粉土、一般黏性土、黃土、人工填土等;（2）應(yīng)用范圍廣泛，包括工民建、公路、鐵路、橋梁等;（3）加固效果顯著，結(jié)合上文分析可知強(qiáng)夯法在提高路基承載力、壓縮模量等方面效果顯著;（4）有效加固深度大，一般能量強(qiáng)夯處理深度6m～8 m，高能級強(qiáng)夯處理深度可達(dá)12 m，多層強(qiáng)夯處理深度可達(dá)24m～54 m;（5）施工設(shè)備簡單，常用的有履帶式起重機(jī)、龍門式起落架等;（6）材料用量省，強(qiáng)夯法主要是對原狀土施加沖擊力，無需使用建筑材料，若是輔以其他方法加固，也可起到較好的節(jié)省材料的效果;（7）節(jié)省工程造價(jià)，強(qiáng)夯法無需建筑材料，相應(yīng)地節(jié)省了購買、運(yùn)輸費(fèi)用，工程造價(jià)相對較低;（8）施工快捷，強(qiáng)夯工藝施工較迅速，尤其是粗顆粒非飽和土的處理方面效率更高、周期更短，具有好的間接經(jīng)濟(jì)效益[3]。

結(jié)合大量的工程實(shí)踐分析顯示，強(qiáng)夯法可處理各種不同地基，速度快、處理深度大，可較好改善地基承載力，不受施工季節(jié)限制，綜合效益顯著。

2.3 強(qiáng)夯法的運(yùn)用要點(diǎn)

2.3.1 基本程序

從目前的工程實(shí)踐情況來看，強(qiáng)夯法在高速公路路基處理中的運(yùn)用，需根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)情況選擇施工設(shè)備、施工參數(shù)，并由此開展現(xiàn)場試夯工作合理調(diào)整參數(shù)，具體程序如下：（1）查明項(xiàng)目地質(zhì)情況、周邊環(huán)境，并判斷實(shí)際工程規(guī)模及其重要性;（2）根據(jù)查明的資料，結(jié)合路基加固要求計(jì)算夯擊能力、加固深度，并在此基礎(chǔ)上合理選擇錘重、落距、夯間距、夯擊數(shù)等;（3）根據(jù)已確定的施工參數(shù)，制定施工計(jì)劃，布置強(qiáng)夯點(diǎn)位，并明確施工要求;（4）高速公路路基施工前，實(shí)施試夯工作，對試驗(yàn)路段路基的加固效果進(jìn)行檢驗(yàn)分析，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定是否需要對施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化;（5）嚴(yán)格按試夯后確定的施工參數(shù)進(jìn)行作業(yè)，檢驗(yàn)加固效果，合格后方可完工。

2.3.2 運(yùn)用要點(diǎn)

從強(qiáng)夯法的現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)分析可知，在實(shí)際路基處理中，必須合理選用強(qiáng)夯設(shè)備，夯擊次數(shù)、遍數(shù)以及夯擊點(diǎn)布置均要合理，由此方可保證最終的夯擊結(jié)果能夠滿足實(shí)際要求。

（1）強(qiáng)夯設(shè)備的選擇

高速公路路基強(qiáng)夯施工時(shí)，強(qiáng)夯設(shè)備的選擇主要分兩大部分：①夯擊錘。目前工程實(shí)踐中運(yùn)用較多的就是方錘和圓錘，夯錘質(zhì)量根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際所需有效加固深度確定，通常情況以10 m為分界線，加固深度10 m以內(nèi)，多選用10 t～18 t重錘;加固深度超過10 m，則重錘質(zhì)量必須在18 t以上。②夯擊設(shè)備。以履帶式起重機(jī)的運(yùn)用居多，具有穩(wěn)定性好、行走便利以及施工快等諸多優(yōu)勢。

（2）夯擊次數(shù)與遍數(shù)的確定

夯擊次數(shù)與遍數(shù)，主要取決于高速公路路基加固要求，通常情況下根據(jù)現(xiàn)場試夯結(jié)果確定，不同土層的夯擊要求可歸納如下：①碎石土、砂土、低飽和度的濕陷性黃土、填土等，盡可能增加夯實(shí)次數(shù)、減少夯擊遍數(shù)，2～3遍為宜;②飽和度較高的黏性土，需合理控制夯擊次數(shù)，夯擊遍數(shù)可適當(dāng)增加，3～8遍為宜。相關(guān)工程實(shí)踐顯示，我國大部分工程夯擊2遍，再以低能量滿夯一遍，均有較好的加固效果。

（3）夯擊點(diǎn)布置

在強(qiáng)夯法處理地基時(shí)，夯擊點(diǎn)布置的合理性直接決定強(qiáng)夯加固效果。一般根據(jù)地基土性質(zhì)、加固深度要求，確定夯擊點(diǎn)間距;根據(jù)基地平面形狀，采用梅花形、正方形布置[4]。我國強(qiáng)夯工程實(shí)踐情況顯示，常用夯距為3 m～12 m，且間隔夯擊效果優(yōu)于連夯，對深層加固更有利。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

本文主要圍繞高速公路項(xiàng)目實(shí)例展開具體分析，明確強(qiáng)夯法的運(yùn)用要點(diǎn)及其效果，以期為后續(xù)研究提供參考。

3.1 工程概況

此高速公路項(xiàng)目路線全長265.753 km，基巖地層以火山巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖地層為主，巖石強(qiáng)度低、抗風(fēng)化能力差，區(qū)域分布有黃土，包括原生黃土和沖洪積次生黃土，其濕陷性部分為自重性、部分為非自重性，平均厚度4 m～12 m，最厚處20 m。

3.2 路基處理設(shè)備

經(jīng)綜合分析，本項(xiàng)目決定采用強(qiáng)夯法進(jìn)行路基處理，選用履帶式起重機(jī)（起重力>15 t）+夯錘進(jìn)行作業(yè)，夯錘的性能參數(shù)要求如表1所示，具體設(shè)計(jì)如圖2所示。

3.3 試驗(yàn)路段分析

本項(xiàng)目采用強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土，為保證強(qiáng)夯后路基穩(wěn)定，必須合理選擇施工技術(shù)參數(shù)，做好現(xiàn)場監(jiān)測，防止出現(xiàn)地基回彈的問題。

現(xiàn)場試驗(yàn)路段強(qiáng)夯作業(yè)，夯擊動能為1 000 kN·m，按邊長4 m畫布正方形網(wǎng)格，以正方形為中心進(jìn)行夯擊，先間隔夯擊，后整塊夯擊地基下沉0.5 m。夯擊試驗(yàn)時(shí)，每點(diǎn)夯擊4次、6次、8次、10次，確保壓實(shí)度>50%。試驗(yàn)結(jié)果顯示，每點(diǎn)夯擊8次可達(dá)到施工質(zhì)量要求[5]。

3.4 強(qiáng)夯施工技術(shù)要點(diǎn)

3.4.1 施工人員配置

本項(xiàng)目強(qiáng)夯施工人員配置情況如表2所示。根據(jù)施工情況來看，每臺機(jī)械每天可強(qiáng)夯處理1000 m2。

3.4.2 施工過程要點(diǎn)

本項(xiàng)目強(qiáng)夯法施工要點(diǎn)如下：（1）清理、平整施工場地;（2）測定地基原始標(biāo)高、布設(shè)夯錘落點(diǎn);（3）測量夯錘施工前頂面標(biāo)高;（4）吊起夯錘至設(shè)計(jì)高度，自由下落夯擊地面成坑，適當(dāng)平整坑底;（5）按設(shè)計(jì)要求，重復(fù)夯擊操作，完成設(shè)計(jì)要求的次數(shù);（6）繼續(xù)夯擊下一夯點(diǎn)，直至完成整個(gè)場地夯擊為止;（7）點(diǎn)夯后平整地面，1000 kN·m夯擊能滿夯2遍，重新平整地面;（8）回填整平地面坑印，記錄地基標(biāo)高;（9）按設(shè)計(jì)要求的時(shí)間間隔，重復(fù)上述操作，直至完成低能滿夯要求次數(shù)，對地基高程進(jìn)行測量[6]。

3.4.3 質(zhì)量檢驗(yàn)

本項(xiàng)目質(zhì)量檢驗(yàn)主要分為施工前、中、后三大階段，具體如下：（1）施工前，主要檢查施工區(qū)域土質(zhì)、排水設(shè)施與夯錘參數(shù)等;（2）施工中，主要檢查落距、夯擊遍數(shù)、夯點(diǎn)位置、夯擊范圍;（3）施工后，主要檢查地基強(qiáng)度，完成承載力檢驗(yàn)工作。

3.5 施工效果

結(jié)合機(jī)械設(shè)備費(fèi)用、人工費(fèi)用以及管理費(fèi)用等綜合分析，計(jì)算可得強(qiáng)夯處理單價(jià)為6.32元/m2，經(jīng)濟(jì)性相對較好;完成強(qiáng)夯施工后，結(jié)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)控制指標(biāo)，對每個(gè)夯點(diǎn)最終兩次夯擊平均沉降值進(jìn)行檢查，顯示滿足設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)語

綜上所述，強(qiáng)夯法在路基處理中運(yùn)用普遍，可單獨(dú)使用，也可配合其他處理方法聯(lián)合作業(yè)，有效加固路基。在強(qiáng)夯法作業(yè)前，需做好現(xiàn)場勘察工作，掌握區(qū)域地質(zhì)條件，合理確定強(qiáng)夯施工設(shè)備、技術(shù)參數(shù)等，并通過試驗(yàn)路段進(jìn)一步優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，保證路基處理效果達(dá)標(biāo)，為高速公路穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的基礎(chǔ)。

（責(zé)任編輯：侯辛鋒）

參考文獻(xiàn)：

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