強夯法在公路軟土地基處理中的應用

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摘要：強夯固結法，也稱動力固結法，它是以8—12t的重錘，8～20m（最高達40m）落距，對土基進行強力夯擊，利用沖擊波和動應力，達到土基加固的目的。具有施工簡單、加固效果好、使用經濟等優點。經強夯處理的地基，其承載力可提高2-5倍，壓縮性降低2—10倍，適用于雜填土、砂類土、黏質土、泥炭和沼澤土等。本文將主要探討強夯法在公路軟土地基處理中的應用。

關鍵詞：強夯法；公路工程；軟土地基

強夯法由于在工程實踐中具有加固效果顯著、適用土類廣、設備簡單、施工方便、節省勞力、施工期短、節約材料、施工文明和施工費用低等優點，很快就傳播到世界各地，目前已有幾十個國家數千項工程采用此法處理地基。強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土和黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，均能取得較好的效果[1]。對于飽和度較高的黏性土，一般來說，強夯法處理效果不顯著，尤其對于淤泥和淤泥質土地基，處理效果更差，應予慎用。近些年來，對這類土也有采用強夯法加袋裝砂井或塑料排水帶進行綜合處理的，但其處理效果尚難肯定。

一、公路軟土地基的特征

1.透水性差

軟土、沼澤親水性強而透水性弱（滲透系數為10～～10。era/s）且有明顯的方向性。由于大部分軟土及沼澤地層中都存在著帶砂夾層，所以其滲透系數水平方向略大于垂直方向，軟土與沼澤中的粘粒含量、有機質含量和液限越大，滲透系數就越低。因此，軟土與沼澤的固結時間長。在加載初期，地基中孔隙水壓力較高，影響地基強度。施工中表現為壓實困難，且不便行車和施工作業。

2.壓縮性高

軟土及沼澤由于孔隙比大，土粒間連接結構不穩定，具有高壓縮性的特點，且隨液限的增加而增強，壓縮系數一般在5.10×10-7～1.53×10-6 （Pa-1）。

3.抗剪強度低

軟土與沼澤的抗剪強度很低，并與加載速度及排水固結有密切的關系，不排水剪切時，內摩擦角接近于零，內摩擦剪應力小于19.092 kPa；排水剪切時，抗剪強度隨固結程度增加而增大。

4.觸變性和蠕變性

軟土與沼澤結構未被破壞前，具有一定的結構強度，但一經擾動，結構被破壞，強度迅速降低，但隨靜置歷時的增長，其強度將逐漸恢復。軟土的這種性質被稱為觸變性。觸變性越大，表示強度降低越明顯。

軟土與沼澤在受載荷作用或載荷變化過程中，將發生連續持久而緩慢的變化，這種在剪應力作用下的剪切變形現象稱為土的蠕變性。這種蠕變性實質上是軟土與沼澤抗剪強度隨時間增長而遞減的性質，這種現象在工程上有很大的危害性。

5.軟土路基的極限高度

在天然的軟土、沼澤地基上，采用快速施工方法修筑路堤所能填筑的最大高度，稱為極限高度（或臨界高度）。當路堤高度超過此極限高度時，對路堤或地基必須采取加固處理措施，才能保證路堤的安全填筑和正常使用。否則，就可能使填土部分發生崩塌，坡腳外側地基隆起等，造成工程的大范圍返工。如果坡腳附近有房屋、水管或其他工程設施，也將受到嚴重的威脅，甚至破壞。極限高度的大小，取決于地基的特性（軟土的性質和成層情況，硬殼的厚度和性質）及填料的性質等。通常為3～5 m左右。也可按穩定性分析的結果及工地填筑試驗確定[2]。

二、軟土地基處理要求

1.軟土地段路基應提前安排施工。路堤完工后應留有沉降期，如設計未規定，則不應少于6個月，沉降期內不應在路堤上進行任何后續工程。

2.地基固結度應達到設計規定值。修筑路面結構之前，路基沉降應基本趨于穩定。

3.必須適時做好沉降監測。軟土段填筑路堤要做好必要的沉降和穩定監測，并嚴格控制施工填料和加載速度。具體要求如下。①監測沉降板應安裝在路中線上，縱向間距宜為200In，對于橋頭引道路堤，應安裝在路中線和兩側路肩邊緣線上，第一塊沉降板設在距橋臺背10m處，其余宜每50m間隔設置。②路堤填筑過程中，填一層應進行一次監測，水平位移量每晝夜不宜超過0.5 cm，沉降量不大于1.5 cm，超過時即應暫停填筑。待沉降及位移量小于規定值后再繼續施工。

4.軟土地基處理應符合規范要求。各種軟土地基處理方法的運用范圍、施工規定及各種處治方法的質量檢驗方法與要求應符合現行公路軟土地基路堤設計與施工相關技術規范的要求。

5.注意分層接茬處的處理。軟土地基填筑路堤，分層及接茬宜做成錯臺形狀，臺寬不宜少于2m。

三、強夯法在公路軟土地基處理中的應用

（一）強夯橫斷面布置

強夯橫斷面布置應遵循以下幾項原則：

1.夯擊功最大程度作用于軟土地層表面。這就要求夯擊前分層鋪沒在軟土地表上的材料層（直接接受夯擊作用）盡可能薄些；

2.保證排水暢通。既保證由塑料排水板中匯集起來的水分排出，也保證由軟土層表面直接進入滲水層的水分順利排出[3]。

可以有兩種布置方式：1）砂礫層在下，素土層在上（圖1），開始被夯擊擠入軟土層的是砂礫。上層素土作為夯坑的填補材料，是路基底層的一部分，容易充分地得到壓實。軟土中的水分，容易進入砂礫層，容易排出。2）素土層在下，砂礫層在上（圖2）。開始被夯擊擠入軟土層的是素土。軟土層中的水分，一般都要用塑料排水板協助排出。夯擊面。是砂礫層，素土不會產生液化狀態。

圖1素土層在上 圖2素土層在下

（二）填充材料

夯擊形成的坑洞，最好用砂礫或宕渣來填補。也可以用含水量小的素土來填補。

（三）夯擊位置平面圖式

梅花形布置為優，以求排水路徑短、排水保障大的目的。

（四）排水設計

動靜結合排水固結法的關鍵在于改善地基土的排水條件，為此可設置豎向和水平方向排水體。塑料排水板的布設可按靜荷載作用下的設計方法來進行計算，間距一般取0.8～1.4m，常用1.0～1.2m。對于水平方向排水性能相對較好的粉質黏土，間距可適當加寬，如取1.6～1.8m。塑料排水板的深度應以穿透軟土層為準，如果壓縮層較厚也可計算確定。水平排水體通常由砂墊層、排水盲溝和集水井組成。砂墊層一般要求用透水性較好的中粗砂，厚度不宜小于50cm，集水井的作用是匯集排水并及時將水排到場區外[4]。

（五）動靜結合排水強夯法的工藝

為保證軟土層在動荷作用下不被過分擾動，宜采用“少擊數多遍數”、“先輕后重”的施工程序。第一遍沖擊采用較小的沖擊能以保證軟土層有較小的剪切變形，土體經受一次再固結過程，強度有所提高，然后再進行下一遍夯擊，則孔壓繼續升高，而不致產生較大的剪切變形。現場施工經驗表明，采用動靜結合法加固軟基時，第一遍夯擊能可采用500 800kN·m，以后夯擊能逐漸增加到1 500kN·m以上（夯點間距可取3.0m左右，梅花形布點）。對于需要填筑較厚填土的工程，第一遍夯擊能可采用1000-l500kN·m，以后夯擊能逐漸增加到3000kN·m以上，最后再以較小的能量（如500kN·m）滿夯。顯然，這一做法與一般強夯法不同。夯擊時，單點擊數是一個重要指標[5]。總的原則是，要以較少的沖擊次數產生較大的孔隙水壓力和較小的剪切變形。室內試驗表明，孔隙水壓力增長速率與殘余變形增長速率是相互對應的，當沖擊次數大于某一值時，孔壓增長已十分緩慢而殘余變形卻有不休止的趨勢。這是由于孔壓升高、有效應力降低，土體強度有一定衰減的緣故。現場施工實踐也表明，當夯擊擊數超過一定值時，土體不但不能壓密，反而產生過大的側向擠出，同時，孔隙水壓力增量變小。由每擊夯沉量的變化也可以看出，當超過這一值時，夯沉量增量不但沒有減小反而變大[6]。

結論

強夯法雖然已在工程中得到廣泛的應用，但有關強夯機理的研究，國內外至今尚未取得滿意的結果。其主要原因是各類地基土的性質差別很大，難以建立適用于各類土的強夯加固理論，有必要按不同土類分別研究強夯機理及其相應的設計計算方法，本文通過對強夯法在公路軟土地基處理中的應用進行分析，為公路軟土地基處理提供一定的參考借鑒意義。

參考文獻：

[1]秦斌. 關于公路施工中軟土地基處理技術的探討[J]. 科技創新與應用，2014，03：187.

[2]盧克超. 快速強夯法在元壩凈化廠場平地基處理中的應用[J]. 石油化工設計，2014，01：25-27+2.

[3]李德勝. 強夯置換法在高速公路軟土地基處理中的應用[J]. 交通標準化，2014，04：78-80.