強夯法在公路工程路基處理中的應用研究

田 輝

(衡水市交通局公路管理處)

強夯法又稱動力固結法,是將一個重錘(一般為 10～40t)從高處(10～40m)自由下落,對路基土進行強力夯擊,施加很大的沖擊和振動能,使其達到密實的方法。作用機理為:利用夯擊能對路基施加強大的沖擊力,在路基土中形成沖擊波和動應力,使填方骨料位移以及骨料聯結處部分顆粒擠碎后填隙,使路基土壓密和振密,以加固路基土,達到提高強度、降低壓縮性等目的。同時夯擊能還可提高土層的均勻程度,減少可能出現的差異沉降。

衡水市區西出口道路改造工程,采用一級公路標準建設,是我市的一項國慶獻禮工程,工期較緊,其中趙圈東至小辛集段(K141+020～K147+910)改造方案為在原有公路基礎上兩側加寬改建,填土深度為 3～10m,如用傳統的分層填筑碾壓的方法,將極大的影響工期,致使國慶前項目不能完工,還可能會造成路基的不均勻沉降,綜合考慮政治、經濟和質量等因素決定采用強夯法處理此段路基。

1 施工準備

(1)強夯錘錘重一般為 10～40t,其底面形式宜采用圓形,錘底面積宜按土的性質確定,錘底靜壓力值可取 25～40kPa。錘的底面宜對稱設若干個與其頂面貫通的排氣孔。

(2)起重設備宜采用帶自動脫鉤裝置的履帶式起重機或其他專用設備。采用履帶式起重機時,可在臂桿端部設置輔助門架,或采取其他安全措施,防止落錘時機架傾覆。起重能力應大于夯錘重量的1.5倍。

(3)強夯前要查明場地范圍內地下構造物和管線的位置及標高,并采取措施,防止因夯擊施工造成損壞。由于強夯產生的噪音與振動可能對周圍建筑物或附近居民造成影響,故強夯點距建筑物安全距離一般應大于 50m;當小于50m時,應在建筑物附近 10m處挖寬 1m,深度超過被影響建筑物基礎深度的減振溝,以避免或減小強夯沖擊波對建筑物的影響。施工盡可能選在白天,盡量錯開午休和晚間休息時間,以最大限度減少擾民。

(4)雨期施工周邊要挖好排水溝,防止路基表面積水。

(5)在正式施工前應進行試夯,試夯區平面尺寸不應小于 100m×10m。通過試夯和測試,確定強夯施工的各項技術參數,制定強夯施工方案。

(6)測量放線,定出強夯路基邊線。

(7)主要作業人員要經過安全培訓,并接受了施工技術交底。

2 施工技術要求

(1)有效加固深度既是選擇路基處理方法的重要依據,又是反映處理效果的重要參數。可以根據梅那經驗公式確定強夯加固深度,即

公式:H為加固深度,m;w為錘重,kN,h為錘的落距,m,a為經驗系數,其值 0.4～1.0之間,黃土是 0.3～0.4,粘土為0.4～0.5,砂性土為 0.5～0.8。強夯法的有效加固深度應從起夯面算起。

(2)強夯法夯擊過程為先對有一定間距的單點(主夯點)進行夯擊,后對整個場地挨點滿夯。單點間距一般為1.5～2.5D(D為錘底直徑),呈正方形、梅花形和等邊三角形布置,必要時用白灰畫格施工。滿夯為挨點錯位相切。

(3)夯擊遍數應根據路基土的性質試驗確定,一般情況下不應低于 2遍,最后再以低能量夯擊 1遍。兩遍夯擊之間應有一定的時間間隔,間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。對砂性土,孔隙水壓力的峰值出現在夯完后的瞬間,消散時間只有 2～4min,故對滲透性較大的砂性土,兩遍夯間的間歇時間很短,亦即可連續夯擊。對粘性土,由于孔隙水壓力消散較慢,故當夯擊能逐漸增加時,孔隙水壓力亦相應地疊加,其間歇時間取決于孔隙水壓力的消散情況,一般為 21～28d。最后一遍夯沉量不大于 50mm,且夯坑周圍地面不應發生過大的隆起(一般不超過30cm)。

(4)強夯應根據施工組織能力分段進行,順序宜從路基邊緣夯向中心。

(5)土的天然含水量應接近最佳含水量,范圍宜在最佳含水量+1%、-2%之間。

(6)路堤填土高度小于 1m時,可直接填筑土方后強夯;路堤填土高度在 1m以上時,地表應進行強夯處理至少1遍;強夯法每層松鋪填土厚度不宜大于 2m。

(7)強夯處理范圍應大于路堤設計寬度,每邊超出設計的寬度不宜小于 1m。除設計路堤超寬填筑外,其余土方應用于路基頂層、石灰土底基層等處。

3 施工步驟

(1)清理并平整施工場地,并測量路基高程。

(2)起重機就位。

(3)將夯錘起吊到預定高度,待夯錘脫鉤自由下落后,放下吊鉤,落錘應保持平穩,夯位應準確。

(4)按規定的控制標準,完成第一遍。

(5)用推土機整平路基,并測量高程。

(6)按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數,并測量夯后路基高程,夯前路基高程與夯后路基高程之差即為夯沉量。

(7)填筑上層土方,按上述步驟逐次完成該層夯實。

(8)路堤頂下至少兩層(每層一般為20cm),采用分層碾壓。

4 質量控制與檢測

施工前應檢查夯錘重量、尺寸,落距控制手段,排水設施及路基的土質、含水量。施工中應檢查落距、夯擊遍數、夯點位置、夯擊范圍。路堤強夯施工后按夯擊遍數和夯沉量進行控制。

必須保證路堤頂下至少兩層(每層一般為 20cm)檢測壓實度,并符合規范要求。路堤頂面必須按規范規定的壓實度和彎沉值等檢測指標進行控制。

該項目強夯完成后進行檢測:平均夯沉量 4.2cm符合技術要求(不大于5cm),分層碾壓后各層壓實度均達到了96%以上,彎沉值低于 291.1,由此可見,壓實度、彎沉等各項指標均滿足設計要求。

5 結 語

強夯法是路基處理的重要方法之一,因其施工簡單,費用低,可適用于很多工程,但強夯法也存在著諸如設備移動不方便,檢測時間長等缺點。因此必須根據工程的實際情況進行具體分析,并采取有效的措施以確保工程質量。

[1] 黃利軍,羅麗麗.強夯法施工在阜朝高速公路地基處理中的應用[J].黑龍江交通科技,2008,(9):51,53.

[2] 楊洪智,別兆東,王杰林.強夯法在榮烏高速公路工程中的應用[J].山東交通科技,2008,(2):14.