高速公路建設(shè)中落錘式強夯施工流程及技術(shù)應(yīng)用

摘要：本文首先介紹強夯法的概念和特點，闡述強夯法地基加固機理，并結(jié)合具體工程實例，詳細探討強夯施工流程及技術(shù)要點，包括測量放樣、點夯施工、第1，2遍點夯、第3遍點夯以及滿夯等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵要點，根據(jù)強夯路段檢測點夯前與夯后波速對比，強夯后場地的波速值明顯大于強夯前，表明通過強夯作用后，場地的波速值明顯提高，場地密實程度明顯變好，可以有效保證地基處理效果，落錘式強夯施工技術(shù)對于提高道路工程質(zhì)量、節(jié)約施工成本和保障交通安全具有重要的研究價值和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：高速公路；軟土路基；強夯法；技術(shù)應(yīng)用；質(zhì)量檢測

中圖分類號：U416.1 """""""""""""文獻標志碼：A """"""""""文章編號：

Construction Process and Technical Application of Drop Hammer Dynamic Compaction in Expressway Construction

ZHU Yuanfeng

（Guangdong Hualu Traffic Technology Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510420， China）

Abstract：This paper first introduces the concept and characteristics of dynamic compaction method， elaborates the foundation reinforcement mechanism of dynamic compaction method， and combined with specific engineering examples， discusses the dynamic compaction construction process and technical points in detail， including the key points of measurement lofting， point compaction construction， the first and second pass point compaction， the third pass point compaction and full compaction. After dynamic compaction， the wave velocity value of the site is obviously higher than that before dynamic compaction， indicating that after dynamic compaction， the wave velocity value of the site is significantly increased， and the density of the site is obviously better， which can effectively ensure the foundation treatment effect. The drop hammer dynamic compaction construction technology has important research value and application prospect for improving the quality of road engineering， saving construction costs and ensuring traffic safety.

Keywords： expressway;soft soil subgrade; dynamic compaction; technology application; quality inspection

0 引言

強夯法是軟基加固領(lǐng)域的常見方法，通過起重設(shè)備將合適噸位的重錘提升至特定高度后釋放，重錘自由下落，對路基產(chǎn)生強烈的沖擊和震動，具有提高路基強度和密實度等效果。強夯法在公路軟土路基處理中取得廣泛應(yīng)用，經(jīng)過強夯后的軟基具有穩(wěn)定性。但強夯法在處理公路軟基時涉及諸多細節(jié)，需要做深入的探討，掌握作業(yè)流程及要點，妥善應(yīng)用強夯法，以取得良好的軟基處理效果。

1 強夯法的應(yīng)用原理及優(yōu)勢

強夯法的原理在于將特定重量的重錘（通常為10 t～200 t）提升至10 m～40 m的高度，脫鉤后使重錘下落，機械能轉(zhuǎn)化為沖擊能并作用于下方路基，減小路基的壓縮性，提高路基的承載性能，使路基由原本的松散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐嵎€(wěn)定的狀態(tài)。

強夯法在公路路基加固中的應(yīng)用優(yōu)勢突出，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1） 加固效果良好。地基經(jīng)過強夯處理后，土體中的孔隙數(shù)量明顯減少，土料緊密結(jié)合，地基的密實度和強度均提高，最終達到加固地基的效果。此外，對于地基的不均勻沉降問題和膨脹性地基問題，均可采用強夯法予以處理。

2） 適用范圍廣。砂土、雜填土、碎石土等土質(zhì)的路基均可用強夯法加固，且在各類工程中均具有適用性，例如高速公路路基、橋梁工程等均可采用強夯法。

3） 成本較低。強夯法以動力固結(jié)的方式加固地基，施工中主要采用到重錘和起重設(shè)備，無須過多地配置施工設(shè)備，同時強夯法的施工工期較短，人力資源投入較少，從而有效降低強夯施工成本[1]。

2 工程實例

信豐至南雄高速公路土建工程起訖樁號為K0+000～K41+317，設(shè)計速度120 km/h，整體式路基寬度26.5 m；路基填方771萬m3、挖方849萬m3，路基長度33.96 km，全線紅砂巖地質(zhì)占比85%，其中軟土路基處治長度4.89 km，主要采用換填和素混凝土樁處置方法，部分換填及高填方路基采用落錘式強夯法進行補強，其中換填材料為紅砂巖，換填深度為4 m，強夯法的有效加固深度為12 m。在原有常規(guī)強夯工藝上，項目點夯布置采用跳躍式夯擊的方法進行創(chuàng)新，即第1，2遍采用三角形點夯，第3遍采用正方形點夯，相比于傳統(tǒng)的均勻布置夯擊點的方法，跳躍式夯擊方法可以更加精準地利用夯擊能，減少能量的浪費，從而降低施工成本。

3 試夯

為檢驗落錘式強夯法在本工程中的應(yīng)用效果，正式強夯前組織試夯，根據(jù)試夯施工效果進行方案的優(yōu)化，進而確定合適的強夯作業(yè)流程及方法。

3.1 試夯目的

于現(xiàn)場選取≥600 m？的代表性路段，按照設(shè)計圖紙要求試夯，目的如下。

1） 根據(jù)試夯結(jié)果檢驗強夯施工參數(shù)的可行性，必要時進行調(diào)整，確保強夯的夯擊能量、夯點間距、夯錘提升高度、夯擊遍數(shù)等參數(shù)均具有合理性。

2） 檢驗強夯機械設(shè)備的配置是否可行，例如起重設(shè)備是否具有穩(wěn)定性，夯錘的重量是否合適，根據(jù)強夯結(jié)果做適度的調(diào)整，力爭達到裝置損耗最低、應(yīng)用效率最高的效果。

3） 經(jīng)過對參數(shù)、裝置等各項強夯要素的調(diào)整后，制定一套科學(xué)可行的強夯施工方案，為正式進行強夯施工提供指導(dǎo)[2]。

3.2 試夯參數(shù)

夯擊能按Menard修正公式如下：

"""""""""""""""""（1）

式（1）中：H為加固深度，m；W為錘重，t；h為落距，m；α為修正系數(shù)，取0.5。

1） 夯錘的錘重16 t、錘徑2.2 m，夯點間距5 m，統(tǒng)一呈正方形布置。各夯點均用白石灰定點，定點后檢驗，確保點位偏差≤5 cm。

2） 點夯每遍夯擊4次，夯擊3遍，夯擊能量1 200 kN·m，自由落距10 m，最后2擊的夯沉量≤5 cm時滿足要求，此時結(jié)束點夯。

3） 滿夯每遍夯擊4次，夯擊2遍，夯擊能量1 000 kN·m，自由落距8.4 m。

4） 根據(jù)里程偏距對夯點依次編號，測定夯點的原始高程，記錄測量數(shù)據(jù)，作為夯擊時的參照基準。

5） 試夯結(jié)束后，根據(jù)實際夯擊效果判斷是否存在異常，若有則明確原因，做相應(yīng)的調(diào)整，提升夯擊方案的可行性。

6） 第1，2遍夯點間距為5 m，采用跳夯法施工；在第1，2遍夯點中間設(shè)第2個夯點，呈梅花形布置，間距均取5 m[3]。點夯的每點夯擊次數(shù)暫定為15擊，滿夯的每點夯擊次數(shù)為3擊～5擊，最后2擊平均夯沉量≤10 mm，滿夯間歇時間為7 d，搭夯面積為10 m2。

4 落錘式強夯施工技術(shù)應(yīng)用要點

4.1 測量放樣

測量人員按照圖紙要求準確測放線路中線，向待夯實的場地測放夯點，用白灰做好標記，后續(xù)于指定點位進行夯擊。

4.2 點夯施工

點夯采取跳躍式夯擊的方法，嚴格依據(jù)試驗參數(shù)進行夯擊，要點如下。

1） 夯擊點偏差≤5㎝；嚴格依據(jù)夯點測量放樣結(jié)果進行夯擊，提升夯擊的準確性，確保夯點偏差≤5 cm。

2） 于強夯機械起重機臂桿部位設(shè)輔助裝置，目的在于提升機架在落錘時的穩(wěn)定性，以免出現(xiàn)偏差；同時，適配自動脫鉤裝置。

3） 夯擊錘有3個排氣孔，便于在夯擊過程中將空氣排出，同時避免起錘時吸力過強。

4） 夯擊過程中，各夯點的夯擊數(shù)據(jù)均要完整記錄，例如用水準儀測量夯沉量并予以記錄。為保證測量的準確性，塔尺需位于夯錘正中部位。

5） 夯擊過程中注意觀察，若夯坑周邊隆起，隨即測量夯點收錘時的隆起量。

6） 遵循安全第一的基本原則，夯擊作業(yè)在專員的指揮下進行，規(guī)范夯擊。夯擊前做好現(xiàn)場安全檢查，例如員工應(yīng)退至安全線外，參與強夯的所有機械均要穩(wěn)定運行，參與夯擊的機械手需具有資質(zhì)，按照規(guī)范進行夯擊，圖1為強夯施工。

4.3 第1，2遍點夯

以跳夯法進行第1，2遍的點夯，2遍點夯的間距控制在5 m。夯擊前，安排強夯設(shè)備就位，檢查夯錘的姿態(tài)并調(diào)整，使其對準夯點位置。按夯擊方案將夯錘提升至預(yù)定的高度，脫鉤使夯錘自由下落，下放吊鉤，測量錘頂定點的高程，若檢查結(jié)果顯示錘頂傾斜，及時做整平處理。待各項準備工作均完成后，開始正式點夯。單點夯擊能量以1 200 kN·m為宜，每完成1次夯擊后測量沉降量，最后2擊沉降量差值≤50 mm。2遍夯點的間距為5 m，每點夯擊3次～5次。按前述提及的流程進行施工，完成所有夯點的第1遍夯擊作業(yè)，隨后以相同的方式進行第2遍點夯施工。經(jīng)過2遍點夯后，用推土機整平夯坑，測量高程，全面記錄夯擊數(shù)據(jù)[4]。

4.4 第3遍點夯

經(jīng)過第1，2遍點夯且整平后，按圖紙要求測量放樣，確定第3遍夯點的位置，單點夯擊能量為1 200 kN·m，夯擊3次～5次，夯點間距取5 m，每次夯擊與前兩遍搭接，最后2擊沉降量差≤50 mm。

4.5 滿夯

滿夯1遍，每遍2擊，搭接量取夯錘直徑的1/2。滿夯環(huán)節(jié)采用錘徑2.2 m、重16 t的夯錘，夯擊能量取1 000 kN·m。夯擊結(jié)束后，依次用推土機整平、壓路機碾壓，使強夯部位的路基具有平整性、密實性。

5 落錘式強夯的質(zhì)量控制措施

1） 強夯前，清理場地的雜物，整平場地，使最大高差≤20 cm。

2） 若場地內(nèi)存在電桿、電纜等不利于強夯的設(shè)施，在條件允許的前提下拆除，若不具備拆除的條件，則采取防護措施。強夯施工存在較強的擾動性，可能引起周邊構(gòu)筑物和管道失穩(wěn)、偏位等問題，為此開挖隔震溝，最大限度減小強夯對周邊環(huán)境的影響。強夯過程中及時觀測場地周邊構(gòu)筑物和管道的位移，根據(jù)實際觀測結(jié)果采取防控措施，保證強夯施工的正常進行和周邊各類設(shè)施的穩(wěn)定使用。

3） 強夯前，按照圖紙要求在施工現(xiàn)場布設(shè)夯點，保證夯點的準確性；隨后，安排起重機進場，到達指定位置后停穩(wěn)；調(diào)整夯錘的姿態(tài)，使其重心對準夯點，直至誤差±10 cm為止；根據(jù)夯擊方案調(diào)整夯錘的提升高度，使其落距滿足要求，按合適高度下落后產(chǎn)生足夠的夯擊能量，保證強夯的有效性。

4） 全面整平坑底，避免明顯錯位或傾斜現(xiàn)象，否則將影響落錘的平穩(wěn)性，不利于夯擊。

5） 強夯施工期間發(fā)現(xiàn)地基土出現(xiàn)橡皮土現(xiàn)象時，隨即回填合適級配的粗骨料；若坑內(nèi)存在積水，及時排出，禁止在夯坑帶水時進行強夯。

6） 分遍依次強夯，每結(jié)束1遍的強夯后，用推土機整平，開始下一遍的夯擊，以此類推。若側(cè)壁或夯坑底土質(zhì)含水量較高，考慮到夯擊順暢性和強夯有效性的要求，可適度延緩填土?xí)r間，在此階段將空隙水排出。所有的夯擊流程和夯擊次數(shù)必須符合規(guī)范，未經(jīng)許可不得隨意更改，且夯擊過程中的所有信息均要得到記錄。

6 落錘式強夯效果的檢測

檢測方法采用面波法，檢測儀器采用的是A/D轉(zhuǎn)換為20 bit，瞬時浮點放大且具備低通、高通、全通模擬濾波功能的國產(chǎn)SWS-1A型多功能面波儀；適配CCSWS面波數(shù)據(jù)處理軟件，用于處理強夯檢測數(shù)據(jù)，判斷強夯施工效果。

經(jīng)過現(xiàn)場試驗后確定參數(shù)采集方法，采樣間隔為0.25 ms，偏移距1 .0m～3.0 m，道間距0.5 m～1.0 m，全通時激發(fā)震源為15 kg重錘，疊加次數(shù)為2次～3次，放大參數(shù)為24，采樣長度位浮點放大1 024點。測定深度比壓密加固設(shè)計深度多4 m～6 m。強夯前后的面波檢測所采用的布線方向和采集參數(shù)均保持一致，且按相同方向激發(fā)震源。在應(yīng)用面波法檢測后，對采集的數(shù)據(jù)做二維傅里葉變換，根據(jù)所得數(shù)據(jù)生成深度-波速頻散曲線，在此基礎(chǔ)上計算地面下巖土層的波速。

根據(jù)強夯要求，面波測試點共計12個，深度均按6 m控制；夯后面波平均波速超過初始波速的30%，與此同時需確保主要壓密深度范圍內(nèi)的波速實測結(jié)果達到要求，具體根據(jù)平均面波波束＞250 m/s的要求予以判斷。分別在強夯前后進行測點的檢測，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)生成波速對比圖，具體如圖1所示。根據(jù)檢測結(jié)果可知，強夯后絕大部分點的波束值均gt;250 m/s，但以5號點較為特殊，此點的波束提高了35%，相較于“夯后面波平均波速超過初始波速30%”的要求而言更高。對比分析強夯前后場地的波速值可知，強夯后的該值明顯超過強夯前，意味著場地的波速在經(jīng)過強夯作業(yè)后有提高的變化趨勢，場地土體更具密實性，路基使用狀態(tài)得到有效改善，實踐證明工程采取的強夯法具有可行性。強夯前后路段檢測點的波速對比見圖1。

7 結(jié)語

綜上所述，強夯法是軟土路基加固及高填方路段補強的常見方法，因具有加固效果良好、操作簡單、成本低等優(yōu)勢而深受工程人員的青睞。施工單位在應(yīng)用強夯法處理軟基時，需要從現(xiàn)場地質(zhì)條件和水文條件出發(fā)，擬定強夯施工方案，選取路段進行試驗，根據(jù)試驗結(jié)果優(yōu)化強夯作業(yè)參數(shù)，制定一套科學(xué)可行的強夯方案，再按照方案要求有效施工。強夯期間加強檢查，要求夯點位置、夯錘提升高度、夯沉量等各項參數(shù)需合理，強夯后進行檢測，例如用面波法檢測，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)云端采集、實時上傳、統(tǒng)計分析，及時處理不足之處，以期最終取得良好的強夯效果。

參 考 文 獻

[1]左海.高速公路高填路基強夯施工技術(shù)[J].黑龍江交通科技，2022（7）：67-69.

[2]楊越.強夯法在高速公路鹽漬土路基施工中的應(yīng)用[J].交通世界，2022（18）：112-114.

[3]張錦松，吳強，周明權(quán)，等.強夯法在卵石地基填方區(qū)地基處理中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2021（21）：42-44，58.

[4]汪琰鈞.公路軟土地基地段高填方路基施工技術(shù)探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2021（16）：160-162.

編輯：楊洋