強夯法在濕陷性粉土路基中的應用研究

連 昕

（山西省公路工程監理技術咨詢有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

山西省是實現我國東中西部資源互動、南北地區優勢互補的重要交通樞紐中心。近年來，在中部崛起戰略和建設新型能源工業基地戰略的指導下，山西公路交通建設率先進入了歷史轉型跨越發展期。

山西有超過80%的土地被粉土所覆蓋，粉土作為路基填料使用時，干燥易被壓碎，飽水后又易形成流體狀態，穩定性差，且難以碾壓成型[1]，即使能夠成型，壓實度與CBR也難以達到規范要求。因此根據已有成功工程實踐可知，采用良好的工法并控制路基的含水率可在服役期限內不出現較大病害[2]。強夯法于20世紀60年代創于法國，錘重可達40 t，落距最高可達40 m，對于提高地基承載力，減小土體濕陷性、沉降有著顯著的效果[3]。鑒于此，依托工程研究強夯法在山西濕陷性粉土中的應用。

強夯法施工前需勘測施工區域的地質條件，根據技術標準確定適宜的施工參數，包括夯擊次數與錘重。因工藝簡單，強夯法適用范圍廣，且施工成本低。然而施工過程中產生的振動不適宜在人口集中的地區。隨著強夯法的研究發現，與多種工法結合使用可取得更好的土體加固效果[4]。

強夯法具有施工操作簡單，加固效果顯著，可取得較高的承載力，一般地基強度可提高2～5倍；變形沉降量小，壓縮性可降低2～10倍，加固影響深度可達6～10 m；土粒結合緊密，有較高的結構強度；工效高，施工速度快；節省加固原材料等特點。

1 強夯法原理、適用范圍及研究意義

強夯法處理地基是20世紀60年代由法國Menard公司首創的，該方法利用夯錘自由下落產生的沖擊能和振動反復夯擊地基土，從而提高地基土的承載力，降低地基土的壓縮性，消除濕陷性土的濕陷性和砂土的液化。

強夯法適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土和黏性土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基，當其用于飽和軟黏土地基處理時盡可能采用低能量強夯或與其他排水方法相結合的方案進行強夯地基處理。

強夯法已在工程中得到廣泛的應用。有關強夯機理的研究，雖然國內外已做了不少工作，但至今未取得滿意的結果。其主要原因是各類地基土的性質差別很大，很難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。

2 依托工程

山西省朔州環城高速公路全長64.4 km，西段起于平魯區北鋪上村，接入榮烏高速，至黃兒莊東；南段起于朔城區西影寺村西北，接入大運高速朔州支線，至黃兒莊東北。全線采用四車道高速公路技術標準，設計速度為100 km/h，路基寬度為26 m，全線橋涵設計荷載等級采用公路-I級。地基承載力要求處理后不低于200 kPa。在全線取了5種代表性土樣進行物理力學性能測試，測試結果見表1，粉土厚度約為0.8～3 m。

表1 粉土物理力學性質指標

3 強夯法試夯方法評價

工程應用中，在一定的夯擊能作用下，不同的錘重和落距組合會引起加固效果的變化[5-6]。如何選用錘重和落距的組合會對施工效率等產生影響，因此參照已有研究擬定4組相同錘擊動量下不同錘重與落距組合，在依托項目的試驗段進行試夯，并對強夯效果進行評價。

3.1 夯沉量

4組相同錘擊動量下不同錘重與落距組合下的夯沉量測試結果見表2。

表2 不同錘重下的夯沉量測試

由表2可知，隨著錘重的增加、落距的減小，夯沉量隨之增加。采用錘重為4 t，落距為12 m的組合時，隨著錘擊次數的增加，夯沉量逐漸趨于穩定；采用錘重為12 t，落距為4 m的組合時，隨著錘擊次數的增加，夯沉量依然有明顯增加，需要更多的錘擊次數，在此組合下夯沉量才能趨于穩定。從夯沉量來看，隨著錘重的增加與落距的減小，達到同樣的夯沉量所需的錘擊次數越來越少。根據強夯法的振動機理，重錘產生的振動波波長大于輕錘，因此在加固地基過程中相較于輕錘的短波，加固效果衰減較慢[7]。而從施工的角度分析，采用重錘低落距不僅提升了施工效率，而且施工成本低，技術經濟性好。

3.2 物理力學指標

4組相同錘擊動量下不同錘重與落距組合在試夯一周后進行物理力學指標的測試，取土原則上在夯擊區域等間距布設，物理力學指標以相同深度的平均值進行統計，測試結果見表3。

表3 不同取土深度下4種組合的物理力學指標

由表3可知，經強夯法處理后，滿足規范所要求的濕陷系數小于0.015。隨著錘重的增加與落距的減小，物理力學指標提升明顯，重錘低落距的加固效果整體優于輕錘高落距。有研究指出，在濕陷性粉土路基處理過程中，錘擊次數過多會導致空隙水壓力增加，往往難以消散，從而形成彈簧土。因此采用重錘低落距可以減少此類現象。

4 加固效果檢驗

4.1 承載力

在4種組合試夯1個月后，采用平板荷載試驗和動力標貫試驗驗證地基承載力。

4.1.1 平板荷載試驗

在試驗場地對4組相同錘擊動量下不同錘重與落距組合進行地基承載力的檢驗，施加荷載大于設計要求的2倍，分10級進行加載，根據荷載-沉降關系線記錄測試結果，見表4。

表4 不同取土深度下4種組合的物理力學指標

由表4可知，承載力特征值為240 kPa，大于設計要求，儀器記錄的荷載-沉降關系無明顯拐點。在重錘低落距的組合下，沉降更小，地基承載力更高。

4.1.2 標準貫入試驗

采用63.5 kg的重錘在76 cm的高度自由下落，在自重作用下將貫入器貫入試驗段的土層中，每貫入10 cm時記錄下貫入次數，最終的錘擊次數以貫入30 cm計。經檢測4組相同錘擊動量下不同錘重與落距組合測得的承載力在205～230 kPa之間，與平板荷載試驗結果接近，呈現的規律一致。說明強夯處理后，粉土地基密實度和強度均得到提高。測試結果見表5。

表5 標準貫入試驗下的極限承載力

4.2 壓實度

在4組相同錘擊動量下不同錘重與落距組合下的試驗區域選3處采用灌砂法進行壓實度的檢測，測試結果見表6。

表6 壓實度測試結果（最大干密度1.87 g/cm3）

由表6可知，強夯后的土層壓實度均高于處治前，達到了路基93%的壓實度要求。在重錘低落距下，壓實度的提升最高。

5 結語

a）鑒于不同的錘重和落距組合會影響加固效果，擬定4組相同錘擊動量下不同錘重與落距組合，經夯沉量與物理力學指標的測試發現，隨著錘重的增加與落距的減小，達到同樣的夯沉量所需的錘擊次數越來越少。隨著錘重的增加與落距的減小，物理力學指標提升明顯，重錘低落距的加固效果整體優于輕錘高落距，并可減少彈簧土等病害。

b）通過平板荷載試驗與動力標貫檢測對地基承載力進行檢驗，承載力特征值均大于設計要求，驗證了在重錘低落距的組合下，沉降更小，地基承載力更高。

c）通過灌砂法檢測了壓實度，發現均高于處治前，符合規范要求，重錘低落距下，壓實度的提升最高。

d）根據不同組合的試夯試驗結果，從提升施工效率與技術經濟性的角度考慮，重錘低落距更適用于濕陷性粉土路基，建議采用12 t重錘，落距取4 m。