強夯法處理地基在道路路基設(shè)計中的應(yīng)用研究

王振克 劉 晶

強夯法處理地基在道路路基設(shè)計中的應(yīng)用研究

王振克 劉 晶

（中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司，四川 成都 610000）

隨著國家經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國的工程項目日漸增多，其規(guī)模也在不斷擴大，道路工程施工也是其中之一。道路工程施工過程中，路基處理是十分關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，路基承載了道路的大量載荷，所以，路基良好的施工質(zhì)量之于道路整體的施工質(zhì)量起到十分重要的作用。鑒于此，本文首先分簡要析了強夯法地基處理的優(yōu)勢，重點研究了道路路基設(shè)計中強夯法的應(yīng)用，簡述了強夯法在路基施工中的應(yīng)用，以期能夠?qū)υ擁椉夹g(shù)在道路路基設(shè)計中的應(yīng)用起到一定借鑒意義。

強夯法；道路路基；設(shè)計

0 引言

道路路基處理中，強夯法的使用較為普遍，通過對該種方法的運用可以顯著加強地基處理質(zhì)量，為工程后續(xù)施工提供有力保障。該項技術(shù)最為明顯的優(yōu)勢是具有十分寬廣的適用范圍，眾多土壤結(jié)構(gòu)中都可以進行應(yīng)用，即便是較為難以處理的軟土地基，強夯法也可以收獲十分良好的應(yīng)用效果，保證了工程地基施工良好的質(zhì)量，同時大幅節(jié)約了各種工程材料的投入，有效縮短了工程施工周期，正是因為該項技術(shù)眾多方面的優(yōu)勢特點使得其在目前道路地基的處理中備受重視，且具有十分廣闊的發(fā)展空間。

1 強夯法地基處理概述與優(yōu)勢探析

1.1 強夯法地基處理概述

工程施工地基的處理中，通常采用強夯法，該項施工技術(shù)通常是對于軟土地基執(zhí)行相應(yīng)操作。具體施工過程中，夯擊設(shè)備會將重量在10-25噸范圍內(nèi)的重錘提高至10-25米的高度，然后讓其自由下落，借助于比較強大的沖擊波和夯擊作用力對土壤進行夯擊處理，使其更加密實，科學運用強夯法能夠明顯加強地基實際承受載荷的能力，之于土質(zhì)的改良起到十分重要的作用。該項工程施工技術(shù)的運用比較普遍，在碎石土、雜填土、砂土和粘性土等土體中都可以進行十分良好的應(yīng)用。

1.2 強夯法施工技術(shù)的優(yōu)勢探析

工程施工過程中，使用強夯法只會給周邊環(huán)境造成很小的影響，該種施工方法被普遍應(yīng)用于道路施工中，并且具有十分顯著的優(yōu)勢特點[1]。具體工程施工中，強夯法的實際適用范圍較為寬廣、施工成本投入相對較少、操作流程比較簡便、施工周期比較短。道路地基的處理中，強夯法施工具有非常明顯的施工效果，正是由于該種工程施工技術(shù)在地基處理中的優(yōu)勢，其在實際工程施工中的運用范圍也漸漸擴大。當前該項技術(shù)已經(jīng)在砂土、濕陷黃土和粘性土等土質(zhì)狀況不是十分良好的土質(zhì)中獲取了較為普遍的運用，是工程地基處理中十分關(guān)鍵的一項技術(shù)。

2 道路路基設(shè)計中強夯法的應(yīng)用

2.1 確立強夯參數(shù)

2.1.1.有效加固深度

關(guān)于有效加固強度，其指的是通過強夯法進行加固處理之后，路基的強度會變大，壓縮模量也會隨之變大，在土層范圍中可以展現(xiàn)十分良好的增強效果。因為夯實深度的不同，沒有針對各種不同狀況下對有效加固深度進行計算相對應(yīng)的方法。當前，工程施工中主要采用梅納公式對強夯法實際的加固深度進行計算。然而實際中，地下水位及其土層具體厚度等眾多因素都會在一定程度上影響有效加固深度。所以，強夯法的有效加固深度需要根據(jù)現(xiàn)場試驗或是本地經(jīng)驗加以確立。

2.1.2.夯擊能

單位夯擊能量指的是單位面積范圍內(nèi)所施加總的夯擊能量。若是單位夯擊能量偏大，不但無益于加固效果的增強，并且還會在一定程度上降低飽和粘土的實際強度[2]。因此，需要根據(jù)有效加固深度和土層種類等多方面因素，利用載荷大小與結(jié)構(gòu)種類，同時結(jié)合工程現(xiàn)場試驗確立出單位夯擊能。對于地基中的孔隙水壓力，在其與上覆土壓力一致時所獲取的夯擊能便是最佳夯擊能，達到最佳夯擊能實際的夯擊次數(shù)便是夯點每次的具體的夯擊次數(shù)。關(guān)于最佳夯擊能，其和土壤的種類之間存在著密不可分的關(guān)系，針對粘性土壤，可以運用限制有效夯擊系數(shù)或是地面最高隆起對其加以控制；針對沙性土壤，可以運用對夯坑夯沉深度進行控制的方式確立出最佳夯擊能。

2.1.3.夯擊次數(shù)

通過眾多工程實際施工表明，夯擊次數(shù)不宜過多，需要盡量減少夯擊的次數(shù)。針對含水量較低，同時滲透系數(shù)較大的土層，應(yīng)進行1-3次的夯擊，3-4次的沖程方能獲取理想的增強效果。完成夯擊操作之后，其充滿了低能量，旨在對較為松散的表土層進行壓實。道路路基處理實際設(shè)計的過程中，往往采用主夯、副夯與全夯三次夯擊方式。若是存在較為特殊的要求，需要適宜地增加夯擊次數(shù)。

2.1.4.間歇時間

間歇時間指的是相鄰兩次夯擊之間的具體的時間間隔，需要結(jié)合孔隙水壓力的消散加以確立[3]。由強夯試驗我們得知孔隙水壓力的最大值往往出現(xiàn)在結(jié)束夯擊操作的一刻。在各次實際通過的總體夯擊能量偏大時，孔隙水壓力會消耗一定的時間。針對砂性土，通常需要3-4分鐘的時間。而針對軟粘土，一般需要1-4周的時間。所以，針對軟粘土而言，緊鄰兩次夯擊的間歇時間在滲透相對較小的粘性土中通常需要保持在四周之上，但對于滲透相對較大的砂性土可以持續(xù)執(zhí)行夯擊操作。

2.1.5.夯點布置和夯點間距

要想確保土層的夯擊更加均勻，對于夯點的布設(shè)需要采用正方形或是三角形。而對于各夯點之間的距離需要以實際的加固深度與土體的具體性質(zhì)作為基礎(chǔ)進行全方位考慮。針對滲透性相對較差的土層，要想更加有助于超孔隙水壓力的消散，各夯點之間的距離不宜過小，但亦不可過大。若是距離過小，緊鄰夯點的增強效應(yīng)便會在淺層區(qū)域中疊加，這樣便會形成一些實際硬度較大的土層，使深層轉(zhuǎn)移的沖擊能量受到一定程度的影響。若是距離過大，會導致地基土層的加固效果不夠均勻。第一次夯點的位置往往是2.5-3.5倍的夯錘直徑，第二次夯點往往選取在第一次夯擊中部的位置。

2.1.6.夯擊范圍

結(jié)合基本應(yīng)力擴散的基礎(chǔ)原理，使用強夯法的實際處理范圍需要超過基礎(chǔ)范圍，至于放大的具體范圍需要結(jié)合結(jié)構(gòu)的重要作用以及種類等眾多方面加以確立。一般情況下，對于超過基礎(chǔ)外邊緣各側(cè)的實際寬度需要保持在設(shè)計處理深度的1/3-1/2，同時需要超過三米。而針對存在潛在液化的地層，超出基礎(chǔ)各側(cè)的寬度需要大于實際設(shè)計中的處理深度。

2.2 強夯加固機理探析

2.2.1.動力固結(jié)理論

針對于飽和土，在土體總體積中封閉氣泡占據(jù)1%-3%，若是氣泡被壓縮，土體體積也會被壓縮，在沖擊力的反復(fù)作用之下，隨著土體中超孔隙水壓力的逐漸加大，土體內(nèi)應(yīng)力亦會與之加大，這樣的情況下便會出現(xiàn)放射狀的裂隙，一定程度上改善了土層滲透性[4]。若是利用強夯法針對非飽和土層執(zhí)行壓實操作，其壓實過程與室內(nèi)壓實法相似。若是對飽和非粘性土層進行壓實，與振動壓力及爆破較為相似。針對飽和細粒土，其壓實過程需要對土體結(jié)構(gòu)進行破壞，并產(chǎn)生相應(yīng)的超孔隙水壓力，這樣才能形成更加有效的排水孔道，有利于孔隙水壓力的消散。

2.2.2.振動波加固理論

強夯法處理地基指的是在極短的時間內(nèi)，一般是幾十到幾百毫秒，突然施加沖擊力作用于地基，這樣巨大沖擊力的影響能夠傳遞至土層，同時轉(zhuǎn)化為各種不同的波形。其中壓縮波的傳遞最快，其能夠在瞬間對孔隙水加以收集，減小基礎(chǔ)的實際剪切強度，同時令土層出現(xiàn)拉動或是受壓的情況。剪切波次之，其會在一定程度上破壞土層構(gòu)造。最后是瑞利波，其屬于一種表面波，會在一定程度上加強周邊土壤的強度。在這三種波的共同作用之下，土壤顆粒達到另一種全新穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.2.3.飽和土加固機理

以往的土層的加固理論是假定土粒與水都是不能夠被壓縮的，把固結(jié)這一過程看作是孔隙水的消散與孔隙體積的減小。但部分業(yè)內(nèi)人士的思想觀念中認為，因為飽和二相土的液體內(nèi)含有1%-3%的封閉氣泡，因此可以說飽和二相土并非真正意義上的二相土[5]。實際執(zhí)行夯擊操作時，土體會出現(xiàn)觸變和液化，孔壓會消散，土體表現(xiàn)出觸變恢復(fù)，實際強度也會有所加大。若是針對土體的一次壓實不足，那么因為土體破壞所失去的強度會相對較大，因為觸變恢復(fù)增加的實際強度會相對較小，從而造成夯擊之后實際承受載荷能力的下降。但若是執(zhí)行第二次的夯擊操作，對于觸變恢復(fù)而言，其加大的實際強度會更大，所以漸漸加大夯擊的次數(shù)能夠獲取更加理想的加強效果。

2.2.4.非飽和土加固機理

關(guān)于非飽和土體的加固，其是以動力壓密原理作為基礎(chǔ)，受到?jīng)_擊載荷作用的影響，土體的孔隙體積會變小，這樣水及空氣會從中排出，土壤顆粒會再一次進行全新的排列，有效加大了土層的密實程度與實際承載能力。若是從微觀層面來講，使用強夯法針對地基實施處理的過程中，強烈地沖擊力會使土體顆粒之間的連結(jié)狀態(tài)被打破，導致土層內(nèi)各種空隙空間排布的情況和實際含量也都出現(xiàn)一定變化，造成原本的土體構(gòu)造被破壞，令土體顆粒根據(jù)更為密實的旋渦狀構(gòu)造再一次進行排列，有效加強了土體抵抗變形的能力與土體的抗剪能力，實現(xiàn)地基的有效加固。

3 強夯法在路基施工中的應(yīng)用

強夯施工是實際實施強夯法的過程，其施工水平與強夯法的實施效果之間存在著密不可分的關(guān)聯(lián)，同樣關(guān)系到地基處理的質(zhì)量。詳細來講，強夯施工過程中我們應(yīng)重點關(guān)注如下幾個方面的問題：首先，夯擊設(shè)備的選擇。對于夯擊設(shè)備，試夯過程中便需要做好相應(yīng)的選擇工作，這樣在實際執(zhí)行強夯操作時便可直接使用試夯設(shè)備。通常情況下，實際工程施工中，履帶式強夯吊機是使用較為普遍的強夯設(shè)備，履帶式強夯吊機具有十分強大的功能，通常能夠達到50噸之上，實際起吊的高度通常也能夠和工程施工的實際需求相契合，能夠達到20米之上，錘體是強夯設(shè)備最為關(guān)鍵的一個構(gòu)成部分，履帶式強夯吊機錘體的重量在17-18噸范圍內(nèi)，高度為1.6米，直徑是2.2米。然而實際中若是高度符合標準要求時，錘體的重量在10噸之上即可，這樣幾乎可以使全部工程施工的需求得到滿足。其次，通常情況下均是應(yīng)用梅花形執(zhí)行夯擊操作的，夯擊的方法可以被分為主夯與副夯，主夯和副夯需要進行確切明了的劃分。實際執(zhí)行夯擊操作的過程中，應(yīng)首先實施主夯操作，之后才是副夯操作，夯擊過程中需要根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定反復(fù)執(zhí)行三次，如此方能最大限度使地基處理的實際需求得到良好滿足。至于何時結(jié)束夯擊操作，需要對各次錘擊的標高以及執(zhí)行夯擊操作之后土層的實際下沉量加以觀察，直至與有關(guān)規(guī)定相契合后方可暫停夯擊過程。

4 結(jié)束語

總而言之，實際道路施工中常常會遇到粘性土、砂土、素填土以及雜填土等土質(zhì)狀況不是十分良好的土體。而使用強夯法可以針對這些土體實施有效處理，加強道路路基施工質(zhì)量。另外，在軟土地基處理中，強夯法具有十分顯著的優(yōu)勢，該項技術(shù)不但具有十分良好的處理效果，同時施工設(shè)備簡便，利于操作，大幅節(jié)約了各種施工材料的投入。采用袋裝砂井與振沖碎石樁等加固處理方式，能夠合理規(guī)避地基沉降之后出現(xiàn)形變的情況，提升道路施工質(zhì)量。

[1]陳俊龍.強夯法處理地基在道路路基設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].環(huán)球市場,2019,000（013）:331.

[2]潘文君[1],向昕[2],呂驕陽[3].強夯法處理地基在公路路基設(shè)計中的應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）,2015,000（012）:P.86-87.

[3]鹿馨月,陳洪平.強夯法施工技術(shù)在市政道路軟土路基處理中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2013,000（004）:190-190.

[4]葉青媚.市政道路軟土路基處理中強夯法施工技術(shù)的應(yīng)用[J].低碳世界,2015,000（001）:258-259.

[5]王延斌.強夯法施工技術(shù)在市政道路軟土路基處理中的應(yīng)用[J].建材與裝飾,2018,000（025）:267.

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1007-6344（2021）04-0345-02