強(qiáng)夯法在公路工程路基施工中的應(yīng)用技術(shù)研究

孫建峰

(河北易拓工程設(shè)計(jì)有限公司)

0 引言

強(qiáng)夯法即動(dòng)力固結(jié)法，通過利用起吊設(shè)備將重錘提升一定高度后自由下落，借助于重錘下落所產(chǎn)生的夯擊能與沖擊波對公路路基進(jìn)行迅速固結(jié)的方法。強(qiáng)夯法由于具有施工技術(shù)方法簡單、材料、機(jī)械、人力投入較少，工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高，因此在公路路基處理，尤其是在粉土、粘性土、濕陷性黃土以及雜填土路基處理上得到了廣泛的應(yīng)用，對于提高路基承載力，減小路基的不均勻沉降也發(fā)揮了重要的作用。

1 強(qiáng)夯法加固機(jī)理分析

強(qiáng)夯法就是通過利用強(qiáng)大的夯擊能對公路路基產(chǎn)生巨大的沖擊力，進(jìn)而破壞土體結(jié)構(gòu)，對周圍土體進(jìn)行動(dòng)力擠壓，強(qiáng)夯法加固公路路基機(jī)理主要有動(dòng)力密實(shí)、動(dòng)力固結(jié)以及動(dòng)力置換三種形式。

(1)動(dòng)力密實(shí)機(jī)理。對于多空隙粗顆粒非飽和土的處理，則主要是動(dòng)力荷載的密實(shí)理論。通過借助于強(qiáng)夯法沖擊產(chǎn)生的動(dòng)力荷載，擠出土顆粒中的空氣使得非飽和土中的孔隙減小，造成土體顆粒產(chǎn)生位移，進(jìn)而促使土體更加密實(shí)，實(shí)現(xiàn)公路路基土體強(qiáng)度與承載力的提高。根據(jù)相關(guān)的試驗(yàn)研究資料表明，在1000～2 000kN·m沖技能的作用下，對于土體產(chǎn)生的沖切變形能夠提高路基承載力2～3倍左右。

(2)動(dòng)力固結(jié)理論。采用強(qiáng)夯法處理細(xì)顆粒飽和土，則主要是利用重錘巨大的沖擊能量產(chǎn)生應(yīng)力波，促使土體局部液化，并將孔隙水通過孔隙排出，待孔隙水壓力消散后固結(jié)密實(shí)，通過軟土的觸變性提高公路路基土體強(qiáng)度。其作用機(jī)理主要是通過飽和土的可壓縮性，待其局部液化之后改變土體滲透性，待觸變恢復(fù)后即可恢復(fù)土體的強(qiáng)度。

(3)動(dòng)力置換理論。動(dòng)力置換則主要是類似于換土墊層理論，通過強(qiáng)夯法強(qiáng)行將碎石填筑到公路路基土體之中，其作用機(jī)理與振沖法碎石樁相似，主要是通過碎石的內(nèi)摩擦角與土體側(cè)限維持樁體平衡。

2 強(qiáng)夯法參數(shù)的設(shè)計(jì)

(1)有效加固深度的確定。有效加固深度不僅是選擇公路路基處理方式的主要依據(jù)，同時(shí)也是檢驗(yàn)路基處理效果的重要指標(biāo)參數(shù)。強(qiáng)夯法有效加固深度計(jì)算公式如下所示:H=αWH;公式中:H為有效加固深度，m;Μ為重錘重量，t;h為重錘落距，m;α為夯擊系數(shù)，一般情況下軟土取值0.5，黃土取值0.34～0.5左右。

(2)夯錘和落距的確定。夯錘和落距直接決定了強(qiáng)夯法的夯擊能，因此對于夯錘以及落距，首先應(yīng)該根據(jù)公路路基土體類別、結(jié)構(gòu)類型以及影響深度確定夯擊能，并進(jìn)一步確定夯錘與落距。在公路路基施工過程中，一般情況下對于夯擊能的確定，粗粒土大致確定范圍為1000～3000kN·m/m2，細(xì)粒土一般為般15～4 000kN·m/m2因此夯錘一般選擇重量在10～25t左右的重錘，同時(shí)控制重錘高寬比在1∶2.5～1∶2.8左右。強(qiáng)夯法重錘的落距一般控制在8～25m范圍之間。

(3)夯擊點(diǎn)的布置與間距確定。夯擊點(diǎn)的布置一般選擇三角形或者是正方形，具體應(yīng)該根據(jù)公路路基范圍等參數(shù)確定。對于夯擊點(diǎn)的間距，則應(yīng)該考慮公路路基土體性質(zhì)以及需要處理深度確定，一般情況下第一遍夯距按照重錘之間的2.5～3.5倍左右控制，之后各遍夯擊點(diǎn)間距可適當(dāng)減小。

(4)夯擊擊數(shù)與夯擊遍數(shù)的確定。強(qiáng)夯法處理公路路基時(shí)，夯擊數(shù)的確定應(yīng)該以“土體豎向壓縮最大，側(cè)向位移最小”為原則，一般擊數(shù)在4～10擊左右。夯擊遍數(shù)則應(yīng)該根據(jù)公路路基土體性質(zhì)以及平均夯擊能確定，2～3遍左右。

3 公路路基強(qiáng)夯法施工工序控制要點(diǎn)分析

(1)在對公路路基進(jìn)行強(qiáng)夯施工作業(yè)之前，首先應(yīng)該對施工作業(yè)場地進(jìn)行平整，并完成施工作業(yè)區(qū)域臨時(shí)排水設(shè)施的設(shè)置。同時(shí)按照強(qiáng)夯夯點(diǎn)的布置，測量放線布置夯位。如果施工作業(yè)區(qū)域地下水位較高，則應(yīng)該采取必要的降水措施之后再行開展路基強(qiáng)夯作業(yè)。

(2)對于公路路基的強(qiáng)夯，主要采取分段進(jìn)行的順序開展施工作業(yè)，一般按照從邊緣向中間，先深后淺的原則。在路基夯擊施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場試驗(yàn)的強(qiáng)夯參數(shù)進(jìn)行施工作業(yè)，確保強(qiáng)夯重錘落錘平穩(wěn)，夯擊位置準(zhǔn)確無誤。在強(qiáng)夯施工作業(yè)過程中出現(xiàn)的夯擊坑應(yīng)該及時(shí)采用合格的填料填平之后方可繼續(xù)開展夯擊施工作業(yè)。

(3)對于高飽和度的粉土、粘性土和新飽和填土等路基施工區(qū)域，應(yīng)該在路基內(nèi)設(shè)置縱橫盲溝，以及時(shí)排除路基土體內(nèi)的水分，同時(shí)在強(qiáng)夯時(shí)還應(yīng)該鋪設(shè)砂石混合料輔助排除水分，并借助于粗顆粒材料進(jìn)行強(qiáng)夯置換形成復(fù)合路基，提高路基承載力。

(4)在公路強(qiáng)夯法施工作業(yè)過程中，應(yīng)該及時(shí)做好施工過程中的監(jiān)測與記錄工作，特別是對于夯錘重量、落距、夯點(diǎn)放線位置、夯坑位置等參數(shù)以及施工作業(yè)情況進(jìn)行記錄，為后期施工質(zhì)量控制提供依據(jù)。

4 公路路基強(qiáng)夯法施工質(zhì)量檢測

在公路路基強(qiáng)夯法施工結(jié)束之后，應(yīng)該及時(shí)對施工作業(yè)區(qū)域的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢測，以確保強(qiáng)夯法施工質(zhì)量滿足技術(shù)要求。強(qiáng)夯法施工質(zhì)量檢測項(xiàng)目主要是對重錘的落距、夯擊遍數(shù)、夯點(diǎn)位置、夯擊范圍、強(qiáng)度以及路基承載力等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢測。強(qiáng)夯法路基施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)可以參照表1執(zhí)行。

表1強(qiáng)夯路基施工質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)表

5 路基強(qiáng)夯法施工常見問題處理

(1)強(qiáng)夯出現(xiàn)彈簧土。出現(xiàn)彈簧土主要是由于路基土體含水量過高、夯擊能過大造成土體塑性剪切變形破壞或者是夯擊遍與遍之間的間隔時(shí)間短所造成的。對于強(qiáng)夯過程中的彈簧土問題，可以分別采取設(shè)置豎向排水通道以及換填等措施進(jìn)行處理。

(2)土搗。出現(xiàn)土搗主要是由于墊層厚度不足，第一遍夯坑過深等原因造成的，對于這些問題應(yīng)該采取適當(dāng)增加墊層厚度，調(diào)整施工工藝與施工參數(shù)等措施進(jìn)行處理。

(3)強(qiáng)夯貫入度不足。對于夯擊難以達(dá)到貫入度要求值的情況，應(yīng)該重新補(bǔ)充夯擊或者是調(diào)整錘擊能量和夯擊次數(shù)等原因進(jìn)行調(diào)整處理。

(4)拔錘困難。出現(xiàn)拔錘困難的原因主要是由于重錘規(guī)格、參數(shù)不當(dāng)或者是施工區(qū)域含水過多的原因造成的。對于拔錘困難的問題，應(yīng)該通過加強(qiáng)場內(nèi)排水降水，選用錘底面積大，接地比壓力小的夯錘以及調(diào)整強(qiáng)夯施工參數(shù)等措施進(jìn)行處理。

6 結(jié)語

采用強(qiáng)夯法對公路路基進(jìn)行處理，施工工藝技術(shù)成熟可靠，加固效果較好，而且影響深度大，能夠有效的提高公路路基的整體承載能力。在強(qiáng)夯法工程施工過程中，應(yīng)該結(jié)合公路路基施工作業(yè)區(qū)域的實(shí)際情況，合理的確定強(qiáng)夯法施工參數(shù)、施工方案以及施工檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)，提高強(qiáng)夯法對公路路基的施工處理質(zhì)量，改善公路路基土體物理學(xué)性質(zhì)，提高公路工程整體建設(shè)水平。

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