強(qiáng)夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用

文 / 山東省單縣湖西路橋建筑有限公司 蘇雷

引言

在軟土地基普遍具有承載力差、含水量大、壓縮系數(shù)大等特點(diǎn)，難以滿足公路施工的要求，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)合理的處理，才能更好地保障公路工程施工質(zhì)量。

常用的軟土地基處理技術(shù)比較多，有強(qiáng)夯法、粉噴樁、鉆孔灌注樁、密實(shí)擠壓法等，每種處理方法都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和應(yīng)用。其中強(qiáng)夯法操作簡單、所需設(shè)備少、成本低、施工速度快等特點(diǎn)，能夠有效、快速、安全地完成軟土地基處理工作?；诖?，開展強(qiáng)夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用分析就顯得尤為必要。

工程概述

某公路工程，設(shè)計(jì)總長度為16.85km，設(shè)計(jì)時(shí)速為60km/h，為雙向六車道工程，其中多段路段經(jīng)過池塘、水庫等地段，為典型的軟土地基，難以滿足施工要求，需要進(jìn)行科學(xué)合理的處理。軟土路基地段地勢(shì)比較平坦，可為機(jī)械設(shè)備的進(jìn)出提供良好的條件，通過綜合分析對(duì)比，采取了強(qiáng)夯法處理技術(shù)，取得了良好效果，值得類似工程大力參考和借鑒。

強(qiáng)夯法的相關(guān)概述

強(qiáng)夯法是公路軟土路基中比較常見的處理方法，又被稱之為動(dòng)力固結(jié)法，應(yīng)用得當(dāng)可大幅度提升路基的強(qiáng)度，控制公路路基的不均勻沉降量和壓縮性，在公路工程、水利工程、建筑工程等建筑領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。

強(qiáng)夯法處理軟土路基的主要機(jī)理是通過帶有自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)，將重量在8～40t之間的重錘提升到一定的高度，通常提升高度在6～40m之間，然后脫開掛鉤，讓重錘自由下落，利用重錘下落時(shí)形成的重力勢(shì)能來加固軟土路基，壓縮路基土孔隙，促使軟土路基能夠?qū)崿F(xiàn)局部液化，同時(shí)在夯擊點(diǎn)的四周形成間隙，形成一個(gè)穩(wěn)定的排水通道，擠出軟土地基中的水分，促使軟土固結(jié)。

強(qiáng)夯法在公路軟土路基處理中的應(yīng)用要點(diǎn)

施工準(zhǔn)備

強(qiáng)夯法對(duì)施工的連續(xù)性有很高的要求，為保證正式施工中各道工序能夠有序開展，必須切實(shí)做好施工前的準(zhǔn)備工作，主要包括技術(shù)準(zhǔn)備、設(shè)備準(zhǔn)備、施工條件準(zhǔn)備等多個(gè)方面。

試夯

夯擊點(diǎn)擊數(shù)的選擇是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到公路軟土路基的實(shí)際加固效果。大量研究和實(shí)例表明，在強(qiáng)夯法處理軟土路基中，夯擊點(diǎn)數(shù)越小，則軟土路基的加密效果越不容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

而如果夯擊點(diǎn)數(shù)過大，則會(huì)延長施工工期，而且會(huì)增加施工成本，甚至?xí)档蛙浲谅坊某休d力。因此，在應(yīng)用強(qiáng)夯法時(shí)，必須嚴(yán)格控制夯擊點(diǎn)數(shù)，不能一味地增大，土體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)決定了，密實(shí)度越大，強(qiáng)度越大，則塑性變形就越小，強(qiáng)性變性則會(huì)增大。夯擊能會(huì)在土體變形中被抵消掉，因此，每擊夯沉量都會(huì)存在一個(gè)很小的變化范圍，或者是引起土體側(cè)向變形。夯擊能量會(huì)在彈性變形中被消耗掉。

在案例工程施工中通過試夯，初步確定15擊和10擊，以及最后兩擊平均沉不大于5cm為標(biāo)準(zhǔn)，具體的夯擊點(diǎn)數(shù)需要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況合理確定。

夯擊遍數(shù)在試夯中采取2遍法，案例工程軟土路基的主要土質(zhì)為砂礫土，在具體試夯中，2遍之間無需停歇，但需要保證最后一夯壓半夯進(jìn)行低錘滿夯。

夯點(diǎn)間距通常為夯錘底部直徑的1.5～2.2倍，本工程夯點(diǎn)間距試夯中，采取的方法為：3000KNM夯擊能，夯點(diǎn)間距為5m，各夯點(diǎn)呈現(xiàn)出正方形布設(shè)。

原地基處理

案例工程，軟土路基段地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，為保證強(qiáng)夯法施工各道工序能夠高效、安全、有序的開展。需將強(qiáng)夯法施工范圍內(nèi)的雜物、建筑垃圾、石塊等全部清理干凈，為強(qiáng)夯法施工營造一個(gè)干凈整潔的環(huán)境。

軟土路基強(qiáng)夯范圍通常為路基坡腳之外的3.0m處，而橋臺(tái)和后臺(tái)的強(qiáng)夯范圍為縱向不低于20m，臺(tái)前到錐坡范圍，不應(yīng)小于3m。

對(duì)那些二級(jí)以上的濕陷性黃土，可直接采取強(qiáng)夯法進(jìn)行處理，但需要控制強(qiáng)夯法夯實(shí)的寬度，應(yīng)為路基坡腳之外約3.0m的范圍。當(dāng)路塹開挖到路床位置之后，要先進(jìn)行重錘夯實(shí)，此后再回填上厚度不小于30cm的6%石灰石墊層。

有效加固深度和單擊夯擊能的確定

在強(qiáng)夯法處理軟土路徑中，有效加固深度控制效果，直接關(guān)系到整個(gè)工程的總體處理效果。有效加固深度可通過以下公式計(jì)算出來：

此公式中，h表示強(qiáng)夯法加固的有效深度（m）；α表示修正系數(shù)，其范圍在0.5～0.8之間，本工程軟土路基為粘性土，修正系數(shù)取值為0.5；H表示夯錘的有效落距（m）；Q表示夯錘的重量（t）。本工程強(qiáng)夯法的有效處理深度為6m，原本要采取的夯錘的重量為25t，直徑在2.2m～2.4m之間，夯錘的第一遍和第二遍的落距都是10m。

但在正式施工中，附近沒有找到此種類型的夯錘，為避免外運(yùn)夯錘影響施工進(jìn)度會(huì)爭取在雨季來臨之前就完成強(qiáng)夯法處理軟土路基的工作，改用重量為18t，直徑為2.0m的夯錘，但落距需要適當(dāng)提升，不能再采取10m的落距，而是采取15.2m的落距，按照重力勢(shì)能的計(jì)算公式：W=mhg可知，本工程強(qiáng)夯法的單擊夯擊能量為2736kN·m(18×15.2×10)。

夯擊遍數(shù)和夯點(diǎn)布設(shè)

在案例工程強(qiáng)夯法處理公路軟土路基中采取了兩遍點(diǎn)夯，一遍滿夯的施工方法。其中在進(jìn)行兩遍點(diǎn)夯中，夯點(diǎn)呈現(xiàn)出會(huì)梅花樁布設(shè)，夯點(diǎn)布設(shè)間距為5m，第二遍點(diǎn)夯位于第一遍夯點(diǎn)四個(gè)相鄰點(diǎn)的對(duì)角線相交位置，在滿夯施工中，夯錘錘印需要至少搭接50cm。每個(gè)夯點(diǎn)夯擊次數(shù)為6～8擊，并保證兩遍點(diǎn)夯施工間隙的時(shí)間不低于14d。

完成點(diǎn)夯之后，再用低能量至少滿夯1～2遍，保證錘印能夠相互搭接。在案例工程施工中按照類似工程的經(jīng)驗(yàn)，采取一遍滿夯法，滿夯夯擊能為1000kN·m，夯擊數(shù)為2～3擊。

強(qiáng)夯質(zhì)量檢驗(yàn)

為驗(yàn)證強(qiáng)夯法處理公路軟土路基的效果，需要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)處理效果進(jìn)行檢驗(yàn)，本工程通過動(dòng)力觸探試驗(yàn)和壓板靜載試驗(yàn)相互結(jié)合的方法，對(duì)強(qiáng)夯質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，具體如下：

動(dòng)力觸探檢驗(yàn)：主要是對(duì)強(qiáng)夯法處理的軟土路基的加固深度、處理效果進(jìn)行檢驗(yàn)，本工程采取N63.5重型動(dòng)力觸探器進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)點(diǎn)按照15～20m的間距進(jìn)行布置，共布設(shè)了30個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，累積檢測(cè)深度達(dá)到185m，本工程軟土路基主要為粘土層，厚度在0.5～2.3m之間，N63.5的平均擊數(shù)為3.5，承載力特征值為160KPa。

壓板荷載試驗(yàn)的主要目的是充分了解和掌握較深范圍內(nèi)，地基土的實(shí)際承載力和變形模量，可按照動(dòng)力觸探的試驗(yàn)結(jié)果，選擇軟土路基強(qiáng)夯法處理后，施工現(xiàn)場最薄弱的三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。但需要保證壓板荷載試驗(yàn)中總加載量不能小于設(shè)計(jì)要求值的2倍。

N63.5重型動(dòng)力觸探和壓板載荷試驗(yàn)的結(jié)果都表明，案例工程軟土路基通過強(qiáng)夯法處理之后，路基的承載力特征值都達(dá)到150KPa以上，滿足了公路工程施工建設(shè)對(duì)路基強(qiáng)度和承載力的需求，表明在軟土路基處理中采取用強(qiáng)夯法效果比較好，值得在類似工程中推廣。

心得體會(huì)

第一，在公路軟土路基處理中應(yīng)用強(qiáng)夯法，需要結(jié)合實(shí)際情況，合理選擇擊實(shí)遍數(shù)。當(dāng)軟土路基夯實(shí)到一定程度之后，繼續(xù)加大夯擊遍數(shù)，對(duì)加固深度和加固效果的提升作用愈發(fā)有限，而且會(huì)增加施工成本，這就需要通過試驗(yàn)來確定最佳的擊實(shí)遍數(shù)。

第二，僅憑土體密度、濕陷性系數(shù)等來衡量強(qiáng)夯法的應(yīng)用效果，存在一定的局限性。因?yàn)?，濕陷性系?shù)通?？删_反映出強(qiáng)夯法消除濕陷的深度或者是程度，但施工場地操作性比較，取樣難度大，試驗(yàn)時(shí)間比較長，會(huì)影響施工進(jìn)度，取樣頻率無法控制。而采取動(dòng)力觸探試驗(yàn)和壓板靜載試驗(yàn)可準(zhǔn)確反映出強(qiáng)夯法的施工效果。

第三，軟土地基的承載力、土體密度和土質(zhì)性質(zhì)密切相關(guān)，如果土質(zhì)分布不夠均勻，并且含水量無規(guī)律，先判定土的性質(zhì)，不僅無法簡化檢測(cè)程序，而且會(huì)使得檢測(cè)程序更加復(fù)雜。強(qiáng)夯法處理軟土路基之后，表層土的密度、地基承載力和深度的相關(guān)性比較差，難以準(zhǔn)備反映出真實(shí)處理效果。

結(jié)語

綜上所述，采用結(jié)合工程實(shí)例的方法，分析了強(qiáng)夯法在公路軟土地基處理中的應(yīng)用，分析結(jié)果表明，在公路軟土路基處理中，科學(xué)合理地應(yīng)用強(qiáng)夯法，不但可以大幅度提升公路路基的密實(shí)度，而且成本比較低，施工質(zhì)量有保證。可有效解決公路路基沉降變形問題。但在具體施工中，為最大發(fā)揮出強(qiáng)夯法的優(yōu)勢(shì)，需要嚴(yán)格控制好每道工序，并將其管理，才能提升軟土路基的處理效果，更好保障公路工程的質(zhì)量，促使我國公路事業(yè)持續(xù)健康地發(fā)展。