強夯工法在中德生態園18號線高填方路基的應用

劉同海

華匯工程設計集團股份有限公司青島分公司

1 工程概況

生態園18號線是區域內一條城市支路，道路南起抓馬山路，東至20 號線，呈S 線形，道路全長1460m，道路紅線寬18m，道路全線處于山區，該地域屬山嶺重丘區，山脈綿延，溝谷縱橫，地質情況非常復雜，高填方路基、半填半挖路基、陡坡路堤分布廣泛，18 號線K1+160-K1+440 路基段位于溝谷處，為高填方路基段，路基填土高度達16m，填方8.5萬立方米，挖方15.4萬立方米（石方達13.9萬立方米），對于特殊路基主要是挖填交接及高填深挖路基。其中，路基加固防護主要采取擋墻和綠化的形式。高填方路基施工中如果路基填筑質量控制不好，很容易造成路基失穩或沉陷，后期路面出現不同程度的路堤沉降、路面開裂變形、平整度下降、橋頭跳車等現象，對工程質量造成嚴重影響，從而導致行車不適，甚至影響行車安全等諸多隱患。

該道路工程采用強夯法進行高填方路基的處理，即以吊機提升巨錘至高位，產生位能，釋放巨錘自由落下，獲得強夯動能作用于地基，使地基受到強烈的沖擊和振動，強力夯擊所產生的巨大沖擊力和動應力可以顯著提高填方路基的強度，夯實后的地基承載力可以提高2～5倍，壓縮性降低2～10倍，使地基受力性能得到顯著改善，強夯法廣泛運用于機場、港口碼頭、高等級公路等設施的地基處理。

2 施工前期準備

2.1 設備準備

（1）夯錘：鐵質夯錘，夯錘底面為圓形，夯錘直徑2.5m，重量30t，并設4 個Φ250mm 的排氣孔，其作用是通氣，以防止夯錘被土吸住難以提起，同時吸收夯擊時產生的氣體，減小夯擊力的損失。（2）起重設備：吊機根據地基的壓實度、空隙率及所需的夯擊能具體選用。為保證本工程吊起夯錘所需的提升重量和高度，確定采用80t 履帶起重機，加設穩定吊臂防止后仰的安全裝置。（3）自動脫鉤裝置：要保證強度滿足要求，掛鉤簡易，脫鉤靈便，吊錘時不滑鉤，放錘時下落平穩。（4）挖填設備：如鏟車、履帶挖掘機、壓路機等，其作用為回填土石，平整夯坑，碾壓路基。（5）檢測儀器設備：用于施工檢查測量，如靜力觸探儀、標準貫入儀、水準儀、全站儀等。

2.2 人員準備

強夯施工主要為機械作業，人員需求不大，單機每班人員的基本配備一般為吊機司機1名、掛鉤工2名、測量記錄技術人員3名，并配備1名現場管理人員。如有特殊需要，可以臨時增加個別輔助人員。

2.3 技術準備

（1）根據對地質報告的研究確定需要強夯的區域，編制強夯施工具體方案，畫出強夯總平面圖，依次標出夯點并予以編號。（2）結合場區內的具體情況，編寫強夯作業技術方案，了解熟悉有關機械設備的各項技術性能、具體施工方法，認真分析和掌握工程的難點、重點，精心制定確保質量和安全的保證措施，并做好特殊情況下的應急預案。（3）對現場施工人員進行技術交底，專業工進行短期技術培訓，使之掌握本路段強夯路基施工的主要設計要求、基本工作要領、施工的區域范圍、施工的技術標準、應達到的質量目標等。（4）進行強夯路段的測量交底，準備好各種現場測量記錄表格。

2.4 現場準備

（1）平整強夯施工場地，清理地表深50cm，仔細查明施工區域地下構造、管線的基本狀況，對其位置、標高予以明確標識，施工時采取適當措施。（2）做好強夯施工場地安排，積極進行臨時便道和所需涵洞、通道的施工，盡快創造路基連通的基本條件。（3）合理安排施工區域內土石方工程的調運工作，對土石方挖高補低，盡量就近加以利用，以減少開支，節省費用。（4）適時穿插進行防護排水工程的施工，根據施工需要和資金狀況，可先構筑臨時排水設施，原有溝渠可利用的加以疏浚利用，保證工地施工排水通暢和環境整潔。（5）周邊有固定建筑物的，要在距建筑物30m處設置減震溝，減震溝的深度要大于建筑物基礎的深度，減震溝的長度要足夠，以防止路基強夯施工對建筑物造成不可挽回的損害。

3 試驗段施工

本道路強夯施工路段位于K1+160-K1+440 山溝段，該處地形復雜，路基施工難度大，強夯質量要求高，對整個工程質量的影響極其關鍵，而試驗段的試夯將為本標段路基強夯施工提供所需的一系列技術參數和寶貴的施工經驗，從而為整段路基強夯方案的設計和后續正式施工提供必要的基礎條件，所以要特別加以重視，重點做好對各種技術參數的驗證、整理工作，將試夯施工中發現的偏差數據準確及時地向設計部門和監理部門反饋，同時有必要做好試驗階段的書面總結和經驗記載工作。

在強夯試驗中我們選擇具有代表性地質條件、面積大于20×20m2的地塊先進行試驗，對其開展詳細的原位測試，獲得相關數據，確定出該試驗塊填土方強夯的最佳含水量為±2%。經試夯后將試驗前后的數據認真進行對比，以確定正式施工時應采用的相關技術參數。加固影響深度H（m）與夯錘重、落距、夯擊次數、錘底單位壓力、地基土性質、不同土層的厚度和埋藏順序以及地下水位等有密切關系，也應根據現場試夯確定。

4 高填方路基強夯施工

4.1 施工流程

（1）清理平整強夯施工場地。為方便強夯施工，在施工機具入場前，先用挖掘機勾除地面灌木樹叢，用推土機平整場地，布設好排水溝。（2）在施工區域對夯點進行具體定位。根據強夯施工設計平面圖，在實施強夯施工前用石灰或木樁標出首遍夯擊點的位置，位置偏差應小于50mm，并對地面高程進行測量記錄。（3）將吊機設備安裝就位。強夯吊機必須滿足夯錘起吊重量和提升高度的要求，在臂桿的錘鉤敲擊處要設有安全防護裝置，防止臂桿在脫鉤時后仰及錘鉤回彈撞擊臂桿，要采取必要措施盡量減少臂桿的振動，注意防止夯擊時吊機臂桿在突然卸重時發生后傾造成安全事故。（4）進行路基的強夯施工。夯前測量錘頂高程，錘面中心對準夯點，按施工設計要求和順序漸次進行強夯，夯沉量按施工方案要求具體掌握。強夯時，將夯錘提升到預設高度，打開脫鉤裝置，錘體自由下落夯擊地面，吊起再下落，循環往復。如果坑底傾斜使夯錘歪斜，要平整坑底后再進行后續夯擊。如果夯錘重心偏離造成底面歪斜，可以根據情況在錘的一邊焊接鋼板取得平衡，避免夯坑歪斜。強夯施工按規定要求夯完一個夯點后且滿足設計要求后，轉移至另一夯點繼續施工。（5）錘擊方法宜采取退著夯的施工順序，強夯分段進行，從內到外隔行跳打。夯擊時，落錘應保持平穩，夯位準確，夯擊坑內有積水時應及時排除。坑底土含水量過大時，可鋪砂石后再進行夯擊。強夯施工作業時，應結合試夯試驗參數，用水準儀測量并控制夯擊深度。（6）以推土機推平夯坑，進行場地高程的測量。（7）按規定的間隔時間和要求進行多層強夯，并進行每層的高程測量，下層路基夯完后再進行上一層路基的強夯，直至完成所有路基強夯的任務。路基夯擊的最后一道工序為低能量滿夯，夯打路基的表層松土使之密實。

4.2 技術指標與參數

本標段高填路堤較多，最大填高16m，為減少路堤堤身的工后沉降，須進行分級強夯處理（如圖1所示）。強夯分層與路堤分級放坡分層要一致，分層厚度8m，填方段分級放坡坡率為1∶1.5和1∶1.75。

圖1 分層強夯示意圖

由于路基分層厚度較厚，對強夯有較高的要求，故取加固影響深度為8m，夯錘用30 噸，落距20m。本標段路基的強夯點布局為正方形，夯點距離間隔為6m，路基填高8m 強夯一次，先夯主夯點，時間間隔7天（等待泥土超靜空隙水壓力消失），再夯副夯點，主副夯點各夯8～15 次，夯力6000kN·m。若無地下水，對含水量較少的碎石類填土或透水性強的砂性土，可以連續夯擊，具體根據試驗段結果確定。主、副夯點夯擊完工后全寬滿夯兩遍，平均夯沉量5cm～10cm，夯力1500kN·m，每點夯3～4次，后夯印接前夯印1/4。

注意不是所有路基都需要進行強夯，要根據具體情況來定，如果路基基底為一般土質（例如雜填土、砂類土、黏質土、泥炭和沼澤土等），宜強夯處理；如果路基基底為基巖，則不需要進行強夯處理。

4.3 施工質量檢驗

強夯地基施作質量須符合國家相應規范《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》（GB 50202—2002）要求，如表1。

表1 強夯地基質量檢驗標準

5 結語

強夯法具有使用機械設備簡單，擊實效果好，施工中一般不需要鋪撒細粒料，施工速度快，成本低廉，易于操作，并能有效提高路基的承載力及穩定性等諸多優勢，因而被廣泛應用于道路路基的施工。通過對道路基底的強夯施工，可以加快地基固結速度，縮短地基固結時間，有效控制地基沉降，保證了路基的持久穩定性。實踐表明，采取強夯法處理技術，有效確保了高填方路基的強度，對延長道路的使用壽命發揮了積極作用，尤其在山區道路高填方路基的處理中，強夯法的確是一種快捷、經濟、實用的施工方法。在高填方路基強夯施工中，相關施工技術人員務須熟悉強夯法的加固機理，重視相關工藝技術參數的確定，并嚴格按地基基礎的質量驗收規范進行檢測，以取得預期的地基處理效果，從而為山區道路建設做出應有貢獻。