高速公路填土路基工程中的強夯補強施工技術

趙博

（中交路橋建設有限公司，北京 100000）

1 工程概況

首都環線承德到平谷高速公路主線全長59.325km，TJ6 標起訖樁號 K51+700～K60+400.02，總長 8.7km，路基挖方、填方工程量分別為186 萬m3、54 萬m3。現場含豐富的雜填土，級配不均，施工期間以何種方式有效控制填料的含水量為重點內容，易由于控制不到位而導致路基出現工后沉降現象。考慮到提升土層壓縮模量和承載力的要求，加強填筑施工質量控制，針對填方段的填土高度在4m 以上的情況，以強夯補強的方法加以處理。

2 強夯法的作用機理

強夯施工中，將重錘提升至設計高度，解除約束使其自由下落，產生的動能轉化為波能，向深層擴散，由于能量的作用，促進土體的固結。在強夯環節，橫波使土體表層松動，縱波有利于加密土體。按照加固機理的不同，強夯法包含動力夯實、動力固結、動力置換三類，但基本思路均是破壞土體的天然狀態，在外部作用下改善土體的分布狀態，使其具有密實性。強夯產生的沖擊波和動應力在土體中傳播，有利于推動顆粒的運動，使原本松散的顆粒具有密實性，顆粒孔隙間的氣體被高效排出，孔隙體積減小，路基土的密實度自然有所提高[1]。

3 強夯補強施工技術

強夯施工配套的機械設備較為簡單，施工工藝流程清晰明了，能夠富有秩序性地完成強夯作業，將其用于公路路基夯實處理后，路基的密實度大幅提高，并且此優勢在軟土路基中體現得更為明顯。得益于強夯法操作便捷、質量可靠等多項優勢，現階段其在公路路基處理中取得廣泛的應用。

3.1 施工機具的配套

在本路基強夯補強施工中，主要應用到的施工機具有以下4 種。

（1）夯機和夯錘。20tW1001 型夯機，在夯錘中間設3 個貫通的φ25cm 排氣孔，以便夯實作業的順利進行（若未設置排氣孔，錘底和土體間有真空，吸附力明顯偏強，產生的空氣阻力對錘體的正常下落造成影響，難以取得良好的夯實效果）。

（2）起重設備。50t 履帶式起重機，此類設備的重心低，有較強的穩定性，同時設備配套摩擦離合器。

（3）脫鉤裝置。在配套自動脫鉤裝置后，可實現夯錘的順暢起落。硬件配置中，將拉繩的兩頭分別固定在銷柄處、懸臂桿底部橫軸處，施工中，根據施工要求提升夯錘，待其達到設計高度后即可升鉤拉繩，帶動銷柄拉起，夯錘脫鉤下落。

（4）錨系設備。夯錘脫鉤后，易影響到起重臂的穩定狀態，例如有一定程度的向后傾斜，針對此問題，將T1-150 型推土機作為地錨裝置進行使用，同時用鋼絲繩對推土機和起重機械臂桿做連接處理，起到增強穩定性的作用。

3.2 強夯參數

強夯是提高填土路基密實度的關鍵途徑，采取逐點和滿夯的綜合方案。首先按照不小于2500kN·m 的夯擊能點夯，單點夯擊次數6～8 擊；而后以不小于1000kN·m 的夯擊能滿夯，單點2 擊。為保證待夯擊區域在經過夯擊處理后有足夠的平整性，要求滿夯后錘印搭接上一錘1/4。

3.3 強夯準備

全面清理現場，將影響強夯的雜物清理干凈；根據夯擊方案，確定第一遍夯點的位置并準確標出，測量現場高程并將數據完整記錄；安排起重機進場，調整姿態，直至夯錘對準夯點為止。同時需對相應的參數進行明確，此項內容是施工的基礎內容。

3.4 強夯施工方法

（1）夯錘重根據設計夯擊能做有效的控制，在夯錘底部設上下貫通的排氣孔，作為夯擊時坑底空氣的排出渠道，減小空氣阻力，以便夯錘的有效下落。夯錘直徑 1.8～2m，排氣孔直徑取 25～30cm。

（2）在確定強夯作業范圍后，用灰線撒出；明確各夯點的具體位置，做好標記。取路基兩側邊坡坡腳外3m 的區域，將其作為強夯處理的寬度控制范圍。按三角形布置夯點，橫、縱向間距分別為4m 和7m。

（3）地表經過平整處理后，分段取樣，分別針對各樣品做標準重型擊實、土的液塑限分析、顆粒分析、天然含水量試驗，準確把握樣品所在范圍的地質特點[2]。

（4）根據強夯方案，安排起重機就位，對夯錘的姿態做靈活的調整，直至其對準夯點為止。

（5）按預定高度提升夯錘，脫鉤后使其自由下落，檢測錘頂高程，判斷錘頂是否有傾斜現象，若有則對坑底做整平處理。按照相同的方法有序夯擊多次，完成一個點的夯實作業。在單點的夯擊過程中，最后兩擊沉降量不超過3cm，否則不滿足停夯的條件。

（6）經過第一遍夯擊后，先靜置7d，而后安排夯坑整平作業，再檢測高程，明確夯擊后的具體情況。

（7）再次測量放線，按照前述提及的方法（步驟4至步驟5）完成第二遍夯擊，依然用推土機整平、測量標高。

（8）在第二遍夯擊質量達到要求的前提下，按照1000kN·m 的夯擊能量安排第三遍夯擊，每個點夯擊2次，夯后測量場地標高。

3.5 強夯補強的現場監控

（1）夯擊前，先檢查夯錘，判斷錘重、錘尺寸等方面是否有誤，檢驗落距，判斷是否合理。此外，在夯擊期間也需及時檢查夯擊裝置。

（2）強夯期間，加強現場狀況的觀察和信息記錄，包含夯錘重量、落距、夯擊面積等，配套水準儀，用該儀器測量每錘的夯擊沉降量，要求采集的信息真實客觀，要求記錄的信息足夠詳盡。

（3）每遍夯擊前，先復核夯點放線，若有誤則不可夯擊；夯擊后，對夯坑位置做詳細的檢查，及時發現偏差、漏夯等異常狀況，做有效的處理。

（4）路基邊坡的穩定性監測也是工程施工中的重點內容，以便根據實際狀況動態施工。觀測位移樁的布設間距為50m，通常每10d 觀測一次，遇降雨天氣時，雨水的沖刷作用易破壞路基邊坡的穩定性，因此在雨后的5 天內每日觀測一次。觀測儀器采用的是全站儀，觀測對象以水平位移、高程為主，觀測人員按照頻率要求定期觀測，完整記錄觀測數據。

4 強夯補強的注意事項

（1）強夯前對各類夯擊裝置做詳細的檢查，包含起重機、脫鉤器、滑輪組等，并安排試吊、試夯，檢驗夯擊方案的可行性，有不足則調整，以便正式夯擊的正常進行。有效鋪平施工場地，根據現場水文特征，在場地周邊采取排水措施，減小水對強夯施工的影響。強夯時存在強烈的重力沖擊作用，其會促進土層狀態的改變，隨著擠壓的進行而將原本賦存在土體中的水分擠出，因此加強排水極具必要性。此外，還需準確測定強夯的作業點位，予以清晰的標記，以便在合適的位置組織強夯作業，保證夯擊的有效性，防止夯錘歪斜或是出現強夯點偏移的異常狀況。若由于操作不當或是其他原因而導致強夯錘偏移，隨即暫停強夯作業，檢測夯錘的位置，判斷其與設計要求的偏差，對夯錘做靈活的調整，同時需填平坑底。

（2）在進行放線定位時，需再次核實，對強夯坑位置也需重新檢驗，如在此時發現存在偏差，需立即對其進行相應的合理調整，除此之外，需結合設計標準來對強夯次數及強夯量進行調整，并同時對強夯施工時的施工數據信息進行有效真實的搜集記錄，為后續施工提供數據支持。

（3）勻速起吊夯錘，禁止急升猛降，以免夯錘脫落。夯錘被吊起后，由專員加強現場安全防控，要求臂桿和夯錘下及周邊15m 的區域內無人員逗留。

（4）現場技術人員及時采集有關于夯擊作業的各項參數，做詳細的記錄。滿夯后，項目辦和總監辦安排工作人員進駐現場，對夯擊效果進行全面的檢查。

（5）強夯前整平現場，安排夯機就位，使夯擊保持平穩，并調整夯錘的姿態；清理現場的障礙物，清理范圍視單擊夯擊能而定，該值在800～2000kN·m 區間時，夯點與障礙物的水平距離需在20m 以上，單擊夯擊能增加時，適當加大安全距離。針對部分區域需在高壓線下作業的情況，出于安全考慮，施工單位提前與當地電力部門取得聯系，采取安全防護措施。

（6）夯擊期間加強觀察，以在構造物頂面強夯為例，需判斷強夯是否會破壞構造物的穩定性，若確實存在影響，則及時分析影響機制，采取針對性的處理措施。部分區域設置土工格柵，強夯前先將土工格柵鋪設到位。

（7）滿夯后，由測量隊測繪強夯作業范圍，繪制成圖，在圖中詳細標記有關于強夯的關鍵信息，包含邊線、輪廓線、高程等，以圖形的方式直觀呈現強夯情況[3-5]。

（8）強夯時有歪錘現象時，及時用填料對坑底填補，使其保持平整，否則不具備強夯的條件。夯錘的通氣孔堵塞時，及時疏通。夯擊現場的表層土偏干燥時，適當提高含水量，以便有效夯擊。

5 夯擊質量標準及效果檢驗

5.1 夯擊質量標準

強夯準備階段做詳細的檢查，例如夯錘的質量、落距的合理性、現場的平整性和穩定性、排水設施的配套完整性，在各項條件均滿足要求后，方可正式進入強夯環節。夯擊期間，加強對夯錘落距、夯擊遍數等關鍵參數的檢測與記錄，根據此類數據判斷強夯效果，若數據偏離設計要求，及時做出調整。

5.2 夯擊效果檢驗

強夯后，以實際夯擊效果為準，判斷施工方案的可行性。在夯擊效果的檢驗中，涉及彎沉值試驗、觸探測試、承載力檢驗等，以多種途徑共同判斷夯擊效果。其中，夯沉量、壓實度屬于關鍵指標，兩者具有代表性，可在很大程度上反映強夯效果。

5.2.1 夯沉量試驗

夯沉量試驗環節，共選取10 個具有代表性的夯擊點，經觀測，獲取沉降量數據并記錄。在記錄各夯點的沉降數據后，以夯擊次數為橫軸、夯沉量為縱軸，繪制可反映夯擊全程夯沉量變化特點的曲線，具體如圖1所示。分析發現，隨著夯擊次數的增加，夯沉量具有先增加、后減小的階段性變化特征；夯擊次數達到6 次后，夯沉量有明顯的變化，該值下降至5cm 以內。

圖1 沉降曲線

5.2.2 壓實度檢驗

壓實度檢驗共選取10 個測點，采用φ15cm 灌砂筒，檢測填石路基在經過強夯處理后的壓實度。為直觀判斷強夯效果，列出各測點在強夯前后的壓實度數據，具體如表1 所示。

表1 強夯補強前后壓實度對比

通過對強夯前后壓實度數據的對比分析后發現，各測點的壓實度均有不同程度的提升，最小達到4.33%，最大達到6.06%，平均增加5.16%。此外，相比于98%的壓實度要求，各測點在強夯補強后的壓實度均超過該值，表明強夯施工效果良好，采取的強夯補強施工技術具有可行性。

6 結語

綜上所述，文章以工程實例為依托，重點圍繞強夯補強施工技術展開分析，闡述作業流程、作業方法、作業參數等，并考慮強夯補強后的夯沉量和壓實度，判斷強夯補強施工技術的應用效果。結果表明，填土厚度超4m 的填方段在得到強夯處理后，具有突出的加固效果。在后續的施工以及日常使用中，公路填石路基段穩定可靠，未見下沉及其他形式的病害，表明該工程采取的強夯補強施工技術具有可行性，可供同仁參考。