淺談強夯法高填方路基的施工及質(zhì)量控制

李 華

山西機械化建設(shè)集團有限公司（030009）

0 前言

強夯法廣泛應(yīng)用于地基處理中，其施工工藝成熟，操作便捷，地基加固效果好，在砂類土、礫類土、粉質(zhì)土、黏質(zhì)土等多類地質(zhì)條件的加固施工中均具有可行性。

1 工程概況

某高速公路工程，路基建設(shè)于丘陵山地區(qū)域，其中K0+160～K0+620 段的溝谷地質(zhì)條件特殊，需采取高路堤強夯處理措施，以提升地基的穩(wěn)定性。現(xiàn)場地基土以Q21 老黃土、強風(fēng)化砂巖、泥巖居多，原始狀態(tài)下的路基缺乏足夠的承載力，不宜直接在該處施工，因此安排強夯施工，解決路基承載力不足的問題。

2 強夯參數(shù)的確定及機具的配套

2.1 單擊夯能

根據(jù)設(shè)計要求，在應(yīng)用強夯法時夯擊能需要在1 500 kN·m 以上，有效加固深度6 m，在此條件下強夯。綜合考慮強夯加固深度經(jīng)驗公式，如下:

式中:H——有效加固深度，m；a——有效加固深度折減系數(shù)，取0.4；h——落距，m；T——錘重，t。

根據(jù)前述數(shù)據(jù)展開計算，得知夯擊能為W=hT×10≥1 500 kN·m，可達到設(shè)計夯擊要求。

2.2 機具的配套

強夯吊車選用25 t 自行履帶式起重機，夯擊采用柴油發(fā)動機，適配20 m 的組合臂桿，在臂桿上配套自動脫鉤器，待夯錘被提升至特定的高度后，自動脫鉤。

施工機具的配套情況如下。

夯錘:綜合考慮待加固地基的地質(zhì)特性、加固要求等，確定合適的夯錘。在本次施工中，選用的是重為100 kN、底面直徑為2 m 的圓柱型錘，在夯錘上設(shè)4 處通氣孔（做到上下貫通），目的在于削弱夯錘在起吊時的吸力以及下落時氣體產(chǎn)生的上托力，以便充分碾壓。

推平機械:SD320C 履帶式推土機1 臺，用于施工場地的整平、壓實。為順利完成強夯，還配套2 臺LT220 振動式壓路機，用于振動碾壓，進一步提高路基的密實度。

其他輔助設(shè)備: 水平儀、50 m 鋼尺、5 m 塔尺、5 m 鋼卷尺、木樁、放點測繩、石灰。

2.3 夯點夯擊次數(shù)的確定

在施工現(xiàn)場安排試夯，采集夯擊次數(shù)和對應(yīng)夯沉量的數(shù)據(jù)，生成基于兩項參數(shù)的關(guān)系曲線，據(jù)此確定滿足強夯施工要求的夯點夯擊次數(shù)。此外，還需同時滿足夯坑周邊地面無明顯隆起、夯坑深度不宜過大（否則會加大起錘的難度）、最后兩擊的平均夯沉量不超過50 mm 的要求。夯擊點的擊數(shù)應(yīng)適中，不宜過多或過少，過多會增加資源投入，影響工程的經(jīng)濟效益，過少則難以有效保證夯擊效果。為此，從技術(shù)可行性、質(zhì)量可靠性、經(jīng)濟效益性等方面作系統(tǒng)性的分析，最終認(rèn)為單點的夯擊次數(shù)以5～10 擊較為合適，還需同時滿足最后兩擊平均沉量不大于5 cm 的要求[1]。

2.4 夯點的間距

以夯錘錘底的直徑為主要參考，確定合適的夯點間距。通常取錘底直徑的1.5～2.2 倍，并考慮到錘重，最終按3.5 m 予以控制，統(tǒng)一呈正三角形布置。對于夯擊遍數(shù)以及每遍的間歇時間，視現(xiàn)場地質(zhì)條件而定。對于礦渣、礦山廢石、中砂粗砂等，夯擊2～3 遍，可連續(xù)夯擊，中途無需間隔特定的時間。對于黏性土、粉砂等，現(xiàn)場的孔隙水壓力會對夯擊施工造成干擾，可能出現(xiàn)夯擊效果差的情況，對此宜采取跳打法，夯擊3～5 遍，夯遍間歇2～4 周，具體根據(jù)實際情況作靈活的調(diào)整，如含水量偏高時可適當(dāng)延長。根據(jù)前述思路，本工程夯擊遍數(shù)取3遍，采取間歇夯擊的方法，夯遍間歇2 周。

準(zhǔn)確界定強夯加固范圍至關(guān)重要。基本思路為:對于一般建（構(gòu)）筑物，加固區(qū)向外緣擴延有效加固深度的1/2～2/3 倍；若建設(shè)對象屬于重大建（構(gòu)）筑物，擴延量至少達到有效加固深度。本工程中，基礎(chǔ)向外緣擴寬3 m，將該范圍視為強夯作業(yè)區(qū)。

2.5 夯擊點的布置及相關(guān)參數(shù)的計算

從道路中軸線開始強夯，逐步向兩側(cè)延伸，按照前述提及的方法有序完成各夯點的夯擊作業(yè)。夯擊期間地面可能發(fā)生隆起，為避免此問題，在對各陣同一排的夯點作強夯處理時，采取間隔跳打的方法。以設(shè)計要求為準(zhǔn)，用鋼尺測量，依次設(shè)置夯點，確保夯點間距的合理性，用白灰作好標(biāo)記。夯錘的定位精度會直接影響夯擊效果，要求錘心與夯點中心的偏差不超過10 cm。待各項定位工作均完成后，將夯錘靜置在夯點處，用水平儀抄平錘頂中心及錘周50 cm 的地面，測量并記錄初始高程值，作為夯擊后對比分析的參照基準(zhǔn)[2]。

嚴(yán)格控制錘心所對的地面高程H0，具體按如下公式計算:

式中:h0——錘頂中心高程；hc——錘高。

根據(jù)設(shè)計要求，將夯錘起吊至指定位置，而后解除約束，使夯錘在自動脫鉤后作自由落體運動，夯錘夯擊至路基上且維持靜止?fàn)顟B(tài)后，抄平量測點（設(shè)置在錘心及錘周），根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算各點的夯沉量。若夯坑周邊地面隆起量達到錘徑的5%以上，需停夯，查明原因并采取處理措施。

3 強夯法在高填方路基施工中的具體應(yīng)用

3.1 點夯

全面清理施工現(xiàn)場的雜物并作平整處理，根據(jù)設(shè)計要求測量第一遍夯點的位置，保證其具有準(zhǔn)確性，同時測量場地平均高程。

前期準(zhǔn)備完成后，強夯機械設(shè)備就位，調(diào)整夯錘的位置，使其對準(zhǔn)夯點并保持穩(wěn)定，測量夯前錘頂高程。

適當(dāng)向上提升夯錘，待夯錘達到設(shè)定高度后自由下落。夯錘落至地面且穩(wěn)定后，測量夯后錘頂高程，根據(jù)所得數(shù)據(jù)進行計算，求得第一擊夯沉量，完整記錄數(shù)據(jù)。此外，檢查夯錘的位置，若由于夯坑底部歪斜而導(dǎo)致夯錘不平整，則及時整平坑底。

按照前述方法有序完成各夯點的點夯作業(yè)。

3.2 滿夯

點夯后，若孔隙水消散，及時按要求滿夯。

滿夯是點夯的增強手段，有助于提高夯坑底標(biāo)高以上部位夯間土的穩(wěn)定性。為保證夯擊效果，1/4錘徑雙向搭接。搭接量、夯擊點數(shù)及遍數(shù)均要滿足要求。

3.3 振動碾壓

除了點夯和滿夯外，還輔以振動碾壓措施，由此提升地基的處理效果。具體而言，滿夯后測量場地的標(biāo)高，根據(jù)實測數(shù)據(jù)以及工程要求，用振動壓路機作振動碾壓處理，測量場地高程數(shù)據(jù)并完整記錄，將其作為驗收時的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 高邊坡路基強夯施工的質(zhì)量控制措施

夯實前，將現(xiàn)場清理、平整等基礎(chǔ)工作落實到位，保證場地的平整性，最大高差不大于20 cm。若場地內(nèi)有電纜、電桿或其他不利于施工的設(shè)施，在條件允許時拆除或改遷，否則采取防護措施，以免因強夯而受損。

嚴(yán)格控制隔震溝的位置，其與構(gòu)筑物和管道的距離不小于10 m，充分保證周邊現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物的穩(wěn)定性。強夯過程中，定期觀測周邊的建（構(gòu)）筑物，避免建（構(gòu)）筑物受損。

排水設(shè)施的修筑也至關(guān)重要，需有效提高現(xiàn)場排水效率，以免因水的聚積而影響正常強夯效果。

精細調(diào)整起重機的位置，使其精準(zhǔn)就位并保持穩(wěn)定。夯錘重心對準(zhǔn)夯點位置，誤差控制在10 cm以內(nèi)。檢測起吊鋼繩的姿態(tài)，作靈活的調(diào)整，使夯錘的落距滿足要求，以免因落距不合理而削弱夯擊能。

落錘需具有平整性，夯坑底部不可大幅度傾斜，否則作整平處理，在此前提下方可組織下一次夯擊。

施工場地內(nèi)存在橡皮土?xí)r，用合適級配的粗骨料回填。

若夯坑內(nèi)存在積水，隨即采取排水措施，將積水清理干凈，禁止夯坑泡水。若夯坑內(nèi)存在軟土，回填夯擊前需清理，否則會影響夯擊效果。夯坑底或側(cè)壁的含水量偏高時，適當(dāng)延緩填土?xí)r間，清理該處的孔隙水，而后再回填。

完成一遍夯擊后，隨即用推土機整平，避免夯坑不平整。

強夯施工的細節(jié)較多，諸如夯錘落距、夯擊遍數(shù)等均要得到有效的控制。施工人員嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范操作，未經(jīng)許可不得隨意更改夯擊參數(shù)。

強夯過程中加強測量及記錄，如夯錘的錘頂高程、地基土下沉量，據(jù)此判斷夯擊施工效果。

5 高填方路基強夯施工質(zhì)量的檢測

檢測方法為面波法，配國產(chǎn)SWS-1A 型多功能面波儀。此設(shè)備的A/D 轉(zhuǎn)換為20 bit，信號迭加增強為32 bit，兼具全通、高通、低通模擬濾波功能。軟件層面，采用的是CCSWS 面波數(shù)據(jù)處理軟件。

經(jīng)現(xiàn)場試驗后，確定具體的采集參數(shù)，即道間距0.5～1.0 m，偏移距1.0～3.0 m，每0.25 m/s 執(zhí)行一次采樣操作，采樣長度位浮點放大1 024 點。激發(fā)震源，24 磅重錘。濾波參數(shù)，全通:放大參數(shù)，24。迭加次數(shù)，2～3 次。為準(zhǔn)確反映夯錘在夯擊后的實際處理效果，適當(dāng)加大測定深度范圍，即大于壓密加固設(shè)計深度4～6 m。考慮到評價結(jié)果的客觀性，強夯前、后的采集參數(shù)和布線方向均保持一致。此外，均在相同方向進行震源激發(fā)。在測定野外數(shù)據(jù)后，為剖析數(shù)據(jù)潛在的價值，對其執(zhí)行二維傅里葉變換操作，基于處理后的數(shù)據(jù)生成深度波速頻散曲線，據(jù)此進一步測算地面下巖土層的波速。按照流程有序夯擊，停夯后測定各點的面波波速。

根據(jù)設(shè)計要求，面波測試點的深度為6 m，數(shù)量為12 個，經(jīng)過夯擊處理后面波平均波速需超過初始波速的30%，壓密深度內(nèi)的平均面波波速需在250 m/s 以上，諸如此類要求均是夯擊質(zhì)量檢查中需著重考慮的內(nèi)容。在測定夯點夯擊前后的波速后，匯總數(shù)據(jù)，生成對比圖，以便直觀判斷各點夯擊前、后的情況。在采取強夯處理措施后，場地的波速較之于初始狀態(tài)（未強夯）有明顯的提升，由此揭示場地的波速值有增加的趨勢，場地也由原本的松散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐崰顟B(tài)。此外，進一步分析頻散曲線對比圖，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過夯擊處理后，各點的波速曲線呈拋物線形。這意味著在采取夯擊處理方法后，堆積體的均勻程度得到顯著的改善，地表0～6 m 范圍內(nèi)波速驟然減小的問題在強夯后基本不存在[3]。

6 結(jié)語

強夯法是高填方路基加固處理的關(guān)鍵方法，實際施工中必須提前做好規(guī)劃，選擇夯擊裝置，確定夯點布設(shè)間距、各點的夯擊遍數(shù)等，按特定的流程夯擊施工，加強數(shù)據(jù)的檢測與記錄，根據(jù)實測數(shù)據(jù)判斷夯擊施工效果，進而采取質(zhì)量控制措施，有效保證各點的夯擊效果，最終使經(jīng)過加固處理后的路基具有密實性與平整性，為公路工程后續(xù)建設(shè)的順利開展創(chuàng)設(shè)良好的條件。