強(qiáng)夯法在市政道路施工中的運(yùn)用

劉可

（福建省同源建設(shè)工程有限公司，福建 上杭 364200）

1強(qiáng)夯法的概念

強(qiáng)夯法是指通過將重錘的重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使地基土層能夠通過短時(shí)間作用和瞬時(shí)強(qiáng)大動(dòng)力和沖擊波迅速固結(jié)，以達(dá)到夯實(shí)地基，提高地基承載力目的的一種方法。通常也可稱為動(dòng)力固結(jié)法。這種方法經(jīng)常用于對(duì)砂性土、濕陷性黃土和非飽和粘性土的夯實(shí)中，是市政道路施工階段中夯實(shí)地基的主要方法。

2強(qiáng)夯法的加固機(jī)理

2.1 動(dòng)力密實(shí)原理

土層路基在強(qiáng)夯法的強(qiáng)大作用下，土層結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生壓縮變形，進(jìn)而使土體更加密實(shí)，對(duì)路面的承載力度也得到增強(qiáng)。土層部分變形具體過程如下：

2.1.1 在重錘的強(qiáng)大作用下，土層路基中的土粒接觸點(diǎn)將會(huì)發(fā)生彈性形變和塑性形變。土粒之間的接觸面積不斷得到加大，而它們之間的圓心距不斷縮小，這就使得土層呈密集趨勢。

2.1.2 在土層地基中，無法保證每顆土粒都是均勻呈現(xiàn)圓或橢圓形的，片狀顆粒不可避免的存在。那么此時(shí)，經(jīng)過強(qiáng)夯法的作用，這些片狀土粒便會(huì)變彎，附近土粒便會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移。

2.1.3 當(dāng)土粒接觸處時(shí)，土層顆粒將會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

2.2 動(dòng)力固結(jié)原理

強(qiáng)夯法機(jī)理中的動(dòng)力固結(jié)原理是最早被接受的，這種原理目的是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)夯法對(duì)土層地基中的飽和細(xì)小顆粒的處理。已經(jīng)在多個(gè)工程實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)了價(jià)值意義，并取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)效果。動(dòng)力加固原理在于有其自身的獨(dú)立作用系統(tǒng)。具體作用程序如下：

2.2.1 飽和土發(fā)生壓縮變化

雖然對(duì)于土層地基中的飽和細(xì)顆粒土，由于其滲透性特別低，導(dǎo)致當(dāng)對(duì)地基進(jìn)行夯實(shí)時(shí)，飽和細(xì)顆粒土在外界瞬時(shí)荷載作用下，細(xì)顆粒土之間的孔隙水不能得到迅速排出，但是在動(dòng)力固結(jié)原理中采用的是利用土層中有機(jī)物的分解，在夯實(shí)地基過程中，土層中的以微氣泡形式存在的氣體體積被壓縮，并迅速產(chǎn)生變形。在外界瞬時(shí)強(qiáng)作用力下，部分地基土還存在較強(qiáng)的拉應(yīng)力，從而不發(fā)生變形，只是形成樹枝裂縫排水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得孔隙中的水能夠順利迅速排除，土層粒子之間距離更加緊密，承載能力也更強(qiáng)。

2.2.2 土層地基發(fā)生局部液化

在強(qiáng)夯過程中，開始階段，在重復(fù)夯實(shí)作用下，地基土中的氣體逐漸受到外界沖擊力而產(chǎn)生壓縮，土層地基孔隙水壓力增長值不斷增加，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，即孔隙水壓力與覆蓋壓力相等時(shí)，地基土便會(huì)發(fā)生液化，這是孔隙水壓力達(dá)到最強(qiáng)。隨著強(qiáng)夯時(shí)間的延長，土層地基孔隙水壓力增長值不斷降低，而其強(qiáng)度增長值不斷增強(qiáng)，最終達(dá)到最佳狀態(tài)。需要提及的是，對(duì)于地基土而言，液化只發(fā)生在土體的局部范圍內(nèi)。

2.2.3 土層滲透性發(fā)生變化

在外界強(qiáng)大沖擊下，當(dāng)土層地基中的超孔隙水壓力增加到一定程度時(shí)，即作用力大于顆粒土的側(cè)向壓力的時(shí)候，孔隙水會(huì)隨著排水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的形成，隨著排水通道順利排出。當(dāng)孔隙水壓力降低到一定程度，即作用力小于顆粒土的側(cè)向壓力的時(shí)候，之前形成的孔隙裂縫將會(huì)自行閉合，土層地基中的水的運(yùn)動(dòng)同時(shí)得到恢復(fù)原狀態(tài)的機(jī)會(huì)。

2.2.4 土層觸變恢復(fù)

經(jīng)過外界持續(xù)不斷的強(qiáng)夯作用，地基中的土層部分強(qiáng)度不斷降低，當(dāng)?shù)竭_(dá)最低值時(shí)，即土體液化或接近液化時(shí)，地基土層便會(huì)產(chǎn)生裂縫，同時(shí)地基土層中的吸附水部分變?yōu)樽杂伤瑢?huì)隨著裂隙流出。當(dāng)孔隙水壓力降低到一定程度甚至消失時(shí)，地基土層的抗壓性和變形模量都得到有效提升，原因就在于土層粒子緊密接觸的同時(shí)，地基土的新吸附水層已經(jīng)逐漸固定。

2.3 動(dòng)力置換原理

根據(jù)動(dòng)力置換的作用部分的不同可以將其劃分為整式置換和樁式置換。不言而喻，整式置換就跟換土墊層相似，利用強(qiáng)夯的重大力量將碎石整體壓入淤泥之中。而樁式置換法則是指通過強(qiáng)夯作用將碎石整體壓入土體之中，并將一些碎石樁子間隔地夯進(jìn)軟土之中，從而形成碎石樁和碎石墩。其作用機(jī)理是通過碎石之間的摩擦角對(duì)樁間土的作用以維持狀體平衡的狀體。

3強(qiáng)夯法的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)

在道路施工過程中，強(qiáng)夯法已經(jīng)得到普及，原因在于這種方法能夠避免施工階段經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題。其具體優(yōu)點(diǎn)如下：

3.1 強(qiáng)夯法的設(shè)備簡單、施工方便，還能節(jié)省材料，能夠降低人力、物力投入，具有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)實(shí)用性。

3.2 在對(duì)路基進(jìn)行路面填充時(shí)，對(duì)填料粒徑?jīng)]有細(xì)致要求，使材料更易獲得，同時(shí)降低成本。

3.3 強(qiáng)夯法的實(shí)施能夠有效減少施工時(shí)間，效果顯著，增強(qiáng)效益。

3.4 在高填方中，強(qiáng)夯法能夠夯實(shí)路基，是路基填料與原地面之間更能緊密結(jié)合，降低了以后路面塌陷的可能性。

強(qiáng)夯法不僅存在著上述優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不可避免的也存在著一定的缺點(diǎn)，例如：由于地基土層中含有部分含有較高含水量的軟弱夾層，致使夯擊力度不能得到有效傳遞，影響強(qiáng)夯法的加固效果。

4影響強(qiáng)夯法的因素分析

4.1 重錘落距

重錘越重，重錘落距越大時(shí)，強(qiáng)夯法的單擊能量越強(qiáng)大，夯擊次數(shù)也會(huì)隨之減少，夯擊作用越明顯。因此，在夯擊設(shè)計(jì)中，要根據(jù)不同土體之間的差別和所要加固的深度，確定夯擊的單夯擊能。然后根據(jù)具體條件選擇合適的重錘和落距。

4.2 夯擊點(diǎn)布置及間距

在強(qiáng)夯法實(shí)際應(yīng)用中，一般將夯擊點(diǎn)布置為三角形或正方形。對(duì)于夯擊點(diǎn)之間的間距，通常根據(jù)土層地基的性質(zhì)和目標(biāo)深度進(jìn)行確定。夯擊點(diǎn)間距在第一次作用時(shí)一般選擇重錘直徑的3倍左右，在以后的作用中，夯擊點(diǎn)間距便可適當(dāng)縮小，目的是保證夯擊沖擊力作用的深度。

4.3 間歇時(shí)間

夯擊的頻率跟加固土層中的孔隙水壓力消失速度有關(guān)，對(duì)于不同的土層，夯擊間歇時(shí)間往往不同。例如，對(duì)于砂性土而言，由于其滲透性較大，因此夯擊頻率可以較大；對(duì)于粘性土來說，孔隙水壓力不能迅速消散，因此夯擊頻率不能過大。

4.4 土層厚度

當(dāng)土層厚度過厚時(shí)，強(qiáng)夯法的沖擊力度不能有效傳遞到深層地基中，致使強(qiáng)夯法作用不顯著。

5道路施工過程中強(qiáng)夯法的實(shí)際運(yùn)用

5.1 施工程序

不同的國家對(duì)強(qiáng)夯法的應(yīng)用不同，例如西歐國家采用的是大噸位履帶式起重機(jī)，這種機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)就是具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，施工方便，而日本則采用的是輪胎式起重機(jī)，效果也很好。對(duì)于我國而言，由于我國在工程實(shí)施過程中，只能具備使用小噸位起重機(jī)的設(shè)備，因此在利用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固時(shí)，必須利用滑輪來解決難題。

我國在市政道路進(jìn)行強(qiáng)夯法實(shí)施過程中，利用滑輪起吊重錘，并利用自動(dòng)脫鉤裝置，將重錘完成自由落體過程。具體操作過程是拉動(dòng)脫鉤器的鋼絲繩，將重錘掛在脫鉤器的鉤上，當(dāng)?shù)蹉^達(dá)到所需重錘落距的高度時(shí)，繃緊的鋼絲繩會(huì)將脫鉤器的伸臂拉轉(zhuǎn)相當(dāng)角度，重錘自然脫落，重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。當(dāng)然，如果起重臂在較大仰角下可能會(huì)發(fā)生后傾。因此可以采用將履帶起重機(jī)的臂桿一端加以輔助門架，或者其它安全設(shè)施，以防止機(jī)架后傾。在施工時(shí)，要求自動(dòng)脫鉤裝置可以保證靈活操作，且必須具有足夠強(qiáng)度。

5.2 檢測控制

在強(qiáng)夯法實(shí)施結(jié)束后，應(yīng)對(duì)所加固地基土層進(jìn)行質(zhì)量檢測。該檢測過程應(yīng)是一個(gè)間隔過程，通常對(duì)于不同的地質(zhì)，檢測間隔時(shí)間也有所不同：對(duì)于碎土石和砂土地基，間隔時(shí)間理論上為1到2周；而對(duì)于粘性土地基，間隔時(shí)間應(yīng)為2到4周；對(duì)于置換地基，間隔時(shí)間為4周。

質(zhì)量檢測方法有很多種，例如室內(nèi)試驗(yàn)，動(dòng)力觸探試驗(yàn)，十字板試驗(yàn)，載荷試驗(yàn)等，各種檢測方法都有其科學(xué)依據(jù)，并且已經(jīng)獲得認(rèn)可。

6結(jié)語。在市政道路實(shí)施過程中，強(qiáng)夯法的作用顯著且已經(jīng)通過多國認(rèn)可。隨著社會(huì)的進(jìn)步，強(qiáng)夯法必然能夠得到進(jìn)一步改善和提高，進(jìn)而發(fā)揮更加重要的作用。

[1]周冕，王海舟.路基強(qiáng)夯技術(shù)在道路施工中的運(yùn)用[J].2008.

[2]賀曉錦.淺談強(qiáng)夯法在道路工程中的應(yīng)用[J].