強(qiáng)夯法處理公路軟土路基施工技術(shù)應(yīng)用

文/趙園、胡根長(zhǎng)

1 前言

強(qiáng)夯法主要是針對(duì)軟土路基來開展施工處理，是一項(xiàng)專業(yè)施工技術(shù)。其主要的施工原理就是利用起重設(shè)備將重錘提升后再自由下落，對(duì)地基形成巨大的沖擊力，實(shí)現(xiàn)軟土地基的沖擊和震動(dòng)，提高軟土路基結(jié)構(gòu)的總體性能，改善路基液化條件，滿足工程的使用安全性要求。該技術(shù)被廣泛應(yīng)用到工程中，處理效果比較好，路基承載力也比較高，并且機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，施工周期短、造價(jià)也很低，所以是目前公路項(xiàng)目實(shí)施的主要技術(shù)[1]。該技術(shù)在應(yīng)用的過程中需要計(jì)算的對(duì)象比較多，而路基加工效果與施工工藝存在的關(guān)系是相對(duì)密切的。因此，為了能夠切實(shí)將路基的施工質(zhì)量提高，需要做好施工技術(shù)管控，對(duì)技術(shù)的應(yīng)用，其應(yīng)用對(duì)工程質(zhì)量起積極作用。

2 強(qiáng)夯法優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)分析

2.1 優(yōu)點(diǎn)

2.1.1 適用范圍廣泛：可以應(yīng)用到各種地質(zhì)條件下，比如砂土、粉土、黏性土、黃土等等。尤其是應(yīng)用到一些無法加固處理的大型塊石和建筑、生活垃圾等組合成為的雜填土情況，應(yīng)用置換法來實(shí)現(xiàn)地基結(jié)構(gòu)的加固處理。

2.1.2 加固效果顯著：強(qiáng)夯法施工后，可以促進(jìn)地基承載性能的提升，保證施工效果合格。

2.1.3 有效加固深度：?jiǎn)螌?000KN·m 高能量級(jí)強(qiáng)夯施工可以達(dá)到12m 深度的要求，實(shí)現(xiàn)多層強(qiáng)夯作業(yè)施工，深度可達(dá)24～54m，所以需要在具體的應(yīng)用中分析各種影響技術(shù)參數(shù)，符合施工的標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.4 強(qiáng)夯施工機(jī)具簡(jiǎn)單：強(qiáng)夯機(jī)一般就是履帶式起重機(jī)，通常需要安裝有龍門架等基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)，保證其吊裝和施工的安全性、穩(wěn)定性合格。

2.1.5 節(jié)省材料：通常來說，強(qiáng)夯法在施工中是通過能量施加的方式進(jìn)行原狀土或者回填土的處理，不會(huì)使用其他建筑材料，所以材料比較節(jié)約。

2.1.6 節(jié)省造價(jià)：強(qiáng)夯工藝沒有使用額外的施工材料。與樁基礎(chǔ)相比，不僅降低成本，同時(shí)還能簡(jiǎn)化工藝。人工、材料費(fèi)用都得到降低，不會(huì)產(chǎn)生其他的損耗。

2.2 缺點(diǎn)

缺點(diǎn)主要是施工過程中噪音量較大，所以不能應(yīng)用到人口密集的城市地區(qū)中。

3 強(qiáng)夯法應(yīng)用機(jī)理分析

強(qiáng)夯法處理公路軟土路基可以通過使用動(dòng)力固結(jié)的方式進(jìn)行加固處理，主要可以分成四個(gè)階段來進(jìn)行：第一，將巨大的夯擊能量轉(zhuǎn)變成為比較大的沖擊能量，可以實(shí)現(xiàn)軟土路基的壓縮和振密的處理；第二，土體會(huì)接觸到外界環(huán)境因素產(chǎn)生的破壞。在該環(huán)節(jié)過程中，土體的抗檢能力就會(huì)失去；第三，通過排水固結(jié)壓密作業(yè)的方式，保證土體裂隙進(jìn)行必要的發(fā)展，滲透性并不會(huì)發(fā)生較大變化，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到提升；第四，強(qiáng)夯施工結(jié)束之后，觸變恢復(fù)和固結(jié)壓密作業(yè)的方式。該環(huán)節(jié)可以促進(jìn)土體的強(qiáng)度得到有效提升，同時(shí)強(qiáng)夯施工方式可以利用強(qiáng)夯置換作業(yè)方式，把碎石、礦渣等性能比較好的集料全部都擠入到路基結(jié)構(gòu)位置上，提升軟土路基的固定處理效果，還能利用置換擠密和排水固結(jié)的方式，組合成為復(fù)合地基的形式，在一定程度上提高承載能力，減少路基沉陷等病害問題產(chǎn)生[2]。

4 強(qiáng)夯法處理公路軟土層的施工技術(shù)

4.1 施工之前的準(zhǔn)備工作

公路軟土路基施工開始前，首先要做好現(xiàn)場(chǎng)土層的平整性處理，做好表面清理，還要進(jìn)行必要的碾壓處理，達(dá)到基本的平整要求。如果超出1∶5 就應(yīng)該挖掘出3%的反坡度臺(tái)階，其長(zhǎng)度應(yīng)該控制在2m 以下。強(qiáng)夯施工時(shí)，其土層結(jié)構(gòu)周邊需要防震和防水處理措施。強(qiáng)夯作業(yè)階段，應(yīng)該做好震動(dòng)檢測(cè)，避免嚴(yán)重震動(dòng)給周邊設(shè)備、建筑物產(chǎn)生任何的不利影響。土層強(qiáng)夯環(huán)節(jié)，要分主次進(jìn)行，特別是涵洞周邊區(qū)域[3]。通常來說，應(yīng)該保證路基施工范圍內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)夯處理，在施工后做好涵洞施工處理。施工前應(yīng)該把公路施工設(shè)備的進(jìn)出路段全部都修建完成，施工周邊水源要及時(shí)排除，保證不會(huì)影響施工效果。最后，要按照施工圖紙進(jìn)行測(cè)量和施工，給今后的施工提供良好基礎(chǔ)條件。

4.2 施工參數(shù)的確定

4.2.1 加固深度確定。公路軟土地基強(qiáng)夯加固施工方案確定階段，首先應(yīng)該了解到強(qiáng)夯施工所能達(dá)到的加固深度，弄清楚夯擊能量、夯點(diǎn)設(shè)置、加固均勻等方面的指標(biāo)要求。

當(dāng)前在工程設(shè)計(jì)中，主要是應(yīng)用梅納經(jīng)驗(yàn)公式：H＝（Wh／10）0.5；公式中：H 為有效加固深度；W 為重錘重量；h 為重錘落距。

4.2.2 夯錘的選擇。公路項(xiàng)目軟土地基強(qiáng)夯施工階段，要重視強(qiáng)夯效果的分析和控制。如果夯錘重量過大、落距比較小，會(huì)導(dǎo)致沖擊速度不足，水不會(huì)破壞內(nèi)部土體結(jié)構(gòu)，使用效果也比較差。如果夯錘重量比較小，即使沖擊速度比較大，夯實(shí)夯擊能量也是很小的，也不能提升夯擊施工的效果[4]。因此，軟土路基施工中，夯錘重量是關(guān)鍵性技術(shù)參數(shù)，要做好選擇和控制。在路基加固達(dá)到要求的基礎(chǔ)下，應(yīng)該選擇使用提升機(jī)械性能和加固深度的作業(yè)方式，采用重錘進(jìn)行施工，保證夯錘單位面積靜壓力2.5～4.0t/m2。

4.2.3 單位夯擊能的確定。具體操作上針對(duì)夯擊能量要求不高的，需要對(duì)單位夯擊能的確定進(jìn)行確定，一旦確定不下來則會(huì)導(dǎo)致路基加固效果比較差；如果夯擊能量過大，會(huì)導(dǎo)致能量損失，還會(huì)威脅到土體的結(jié)構(gòu)性能，甚至?xí)霈F(xiàn)橡皮土的情況，造成土體強(qiáng)度比較低。因此，當(dāng)前施工中，強(qiáng)夯施工中夯擊能量一般控制為3000kN·M/m2。

4.2.4 夯擊點(diǎn)的布置。在具體步驟的過程中，需要按照路基面積的大小進(jìn)行確定。就目前來說，在夯擊點(diǎn)設(shè)置的過程中，采用的方式主要是按照三角形與等腰三角形的方式進(jìn)行布置的。夯擊點(diǎn)間隔距離在設(shè)定中，要考慮到軟土地基厚度、地質(zhì)條件、透水性、土層含水量等多個(gè)方面的技術(shù)參數(shù)后確定。需要注意的是，在夯擊點(diǎn)布置的環(huán)節(jié)上，并不是間隔的距離越小越好，一旦夯擊點(diǎn)布置過高就會(huì)導(dǎo)致施工質(zhì)量下降；夯擊點(diǎn)布置過密，夯擊點(diǎn)的強(qiáng)度也到不到要求。所以，在夯擊點(diǎn)布置的過程中，需要按照軟土地基的情況，控制夯擊點(diǎn)間距保證為夯錘直徑的3 倍左右為最佳。

4.2.5 夯擊數(shù)與夯擊遍數(shù)的確定。在進(jìn)行夯擊數(shù)與夯擊遍數(shù)的過程中，按照實(shí)際工程的地質(zhì)條件進(jìn)行選擇。通常情況下需要保證最后兩次夯擊平均下沉50mm 以下，確保單擊夯擊能力不會(huì)超過100mm 以及夯擊周邊空間內(nèi)沒有出現(xiàn)比較大的隆起或者起錘困難的情況。夯擊遍數(shù)也是比較重要的技術(shù)參數(shù)，應(yīng)該分析土體性質(zhì)來最終確定，通常情況為1～3遍左右，最后階段要進(jìn)行一次滿夯作業(yè)施工，實(shí)現(xiàn)整個(gè)表面的松土與表層部分的全部加固處理。

4.2.6 夯擊間隔時(shí)間的確定。在該階段中，對(duì)間隔時(shí)間的確定是提升路基強(qiáng)度的關(guān)鍵。強(qiáng)夯法作業(yè)階段，在夯擊能的影響下，路基內(nèi)的孔隙水會(huì)快速增多；在處于飽和的條件下就會(huì)實(shí)現(xiàn)土體的液化，強(qiáng)度會(huì)下降；在夯擊完成后，會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部水壓力的消失，軟土路基內(nèi)強(qiáng)度上升比較快。因此，做好時(shí)間控制，提升施工強(qiáng)度和工程的施工進(jìn)度與質(zhì)量。

5 強(qiáng)夯法施工作業(yè)

5.1 試驗(yàn)階段的施工處理

在施工方案確定的過程中，需要全面地對(duì)夯擊的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行合理控制，保證各項(xiàng)指標(biāo)均滿足技術(shù)規(guī)程要求。在開始強(qiáng)夯前，先選擇合適的路段進(jìn)行試驗(yàn)夯擊施工，確定好準(zhǔn)確的技術(shù)參數(shù)后才能開始正式施工，保證夯擊施工的效果合格。試驗(yàn)段夯擊點(diǎn)需要保證在地質(zhì)條件合格、物理參數(shù)達(dá)標(biāo)的條件下進(jìn)行試夯作業(yè)。試夯環(huán)節(jié)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格記錄分析是非常關(guān)鍵的，操作上按照施工情況將夯擊數(shù)和坑底標(biāo)高沉量關(guān)系圖、夯擊遍數(shù)和隆起體積關(guān)系圖等，充分掌握夯擊施工和路基變化的各個(gè)方面關(guān)系，然后進(jìn)行施工技術(shù)參數(shù)和性能的驗(yàn)證分析，為施工方案的制定和工程質(zhì)量的提升起到一定的促進(jìn)作用。

5.2 技術(shù)的準(zhǔn)備

按照施工方案的要求與施工藍(lán)圖的要求做好施工準(zhǔn)備工作非常關(guān)鍵。首先設(shè)置夯點(diǎn)，做好現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量放樣工作，同時(shí)明確具體的夯擊施工路線，如果分析發(fā)現(xiàn)會(huì)給周邊建筑物造成一定的穩(wěn)定性影響，采用開挖減震溝的方式消除影響；其次，將地表淤泥和耕植土進(jìn)行全面清理，做好現(xiàn)場(chǎng)的整平作業(yè)施工，通過壓路機(jī)進(jìn)行必要的碾壓施工，保證現(xiàn)場(chǎng)的排水系統(tǒng)符合標(biāo)準(zhǔn)，防止地表水進(jìn)入到路基結(jié)構(gòu)中；最后，進(jìn)行夯擊變形量的計(jì)算與分析，預(yù)先鋪設(shè)施工的集料且嚴(yán)格控制[5]。

5.3 強(qiáng)夯施工作業(yè)

起重機(jī)安裝到規(guī)定的位置上之后，根據(jù)施工的技術(shù)參數(shù)做好準(zhǔn)夯點(diǎn)控制，然后進(jìn)行夯擊施工。夯擊施工環(huán)節(jié)，要保證落錘達(dá)到穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，如果存在有坑底傾斜或者夯錘歪斜等問題，需要及時(shí)使用石料或者礦渣進(jìn)行填充處理。夯擊施工中，通過梅花型的方式進(jìn)行夯擊作業(yè)，分階段來進(jìn)行施工。強(qiáng)夯施工階段，做好施工合理安排和控制，達(dá)到連續(xù)施工的要求；施工階段，保證不同遍數(shù)之間的間歇時(shí)間是足夠的，在全部完成夯擊遍數(shù)施工后，最后進(jìn)行一次滿夯作業(yè)。需要注意的是，搭接面積需要≥1/4 的搭接面積，同時(shí)對(duì)表層位置進(jìn)行控制，使其強(qiáng)度達(dá)到施工要求。

5.4 施工質(zhì)量檢測(cè)

為了讓強(qiáng)夯施工方式提升公路路基的應(yīng)用效果，在具體的實(shí)施環(huán)節(jié)，要做好夯擊遍數(shù)、夯沉量、夯沉深度、體積以及隆起等各個(gè)方面數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析，然后進(jìn)行各個(gè)方面的觀測(cè)和記錄，了解夯擊施工的具體情況，保證各個(gè)方面的夯擊施工都能夠達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求。此外，還需要通過原位測(cè)試法和室內(nèi)土工試驗(yàn)法進(jìn)行夯擊效果分析。原位測(cè)試主要是通過靜荷載試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)等方式，主要實(shí)現(xiàn)抗剪參數(shù)、壓縮模量、密度、含水量等多個(gè)方面的參數(shù)分析，確保夯擊完成后能夠達(dá)到路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，使路基結(jié)構(gòu)部分的施工滿足工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 公路軟土路基夯擊的質(zhì)量控制

6.1 現(xiàn)場(chǎng)施工防水、排水工程合理安排和進(jìn)行。

6.2 夯擊施工，首先應(yīng)該保證夯錘通氣孔暢通性的合格。在夯錘下落時(shí)，保證和地面達(dá)到水平的要求。每個(gè)夯擊點(diǎn)都應(yīng)該進(jìn)行合理的記錄和控制。在夯擊施工中，要檢測(cè)各個(gè)夯擊點(diǎn)是否符合工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是否出現(xiàn)意外的問題。如果存在任何問題，都要及時(shí)糾正和處理。

6.3 夯擊施工結(jié)束后，應(yīng)該進(jìn)行土層表面的壓實(shí)施工作業(yè)，最后兩次夯擊施工夯沉量應(yīng)該保證在50mm 以下，實(shí)現(xiàn)完整的夯擊處理。

7 結(jié)語

強(qiáng)夯法操作是比較簡(jiǎn)單的，成本比較低，經(jīng)濟(jì)性能非常高。通過該技術(shù)進(jìn)行公路軟土路基的施工，要考慮路基的實(shí)際情況，確定出科學(xué)合理的夯擊施工技術(shù)參數(shù)，切實(shí)提升夯擊施工的質(zhì)量水平，為公路項(xiàng)目的施工質(zhì)量提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為我國(guó)交通領(lǐng)域發(fā)展做出必要貢獻(xiàn)。