市政道路工程軟土路基強夯施工探討

文／田超 邯鄲城市發展投資集團有限公司 河北邯鄲 056002

引言：

強夯法是一種土壤加固技術，主要用于改善軟弱土地基的承載能力。這種方法通過將重錘從較高處自由落下，利用其沖擊力來壓實土壤，從而增強土地的穩定性和承重力。強夯法特別適用于建筑工程和市政道路工程，尤其是在需要處理軟土、砂質土和粘性土的情況下。在市政道路工程中，強夯法經常被用于加固那些自然承載力較弱的土壤，以便支撐道路和基礎設施的重量，這種方法不僅提高了土壤的密實度和均勻性，還減少了地面沉降的風險，是一種經濟高效的土壤改良技術。由于其對周邊環境的影響相對較小，強夯法在城市和郊區的道路建設中尤其受歡迎，能夠在不擾亂現有建筑和結構的情況下提供穩固的地基。

1.市政道路施工中軟土路基的危害性

這類路基通常承載力差、穩定性差，會一定程度上影響道路的使用壽命和安全性，要采用強夯施工技術針對性提高這類軟土路基的承載力和穩定性。通過強夯，可以有效地減小土壤的孔隙比率，增加其土質層的密度，達到提升路基的整體結構強度的目的。

1.1 承載力不足

軟土由于其高含水量和低密實度特性，呈現出顯著的強度不足現象。這種土質在受到持續或重復荷載作用時，易出現過度壓縮和結構變形，導致路面的不均勻沉降或塌陷。此外，軟土的低承載特性還會引發路基剪切強度不足的現象，增加了道路基層滑移和失穩的風險。這些因素共同作用，極大地限制了路基的工程性能[1]。

1.2 穩定性差

這種軟土的土質在受到外部負荷作用后，特別是交變荷載的影響下，容易發生不可逆的塑性變形，讓路基中的填充物出現沉降和側向流動的現象，而且軟土的孔隙水壓力在動態荷載作用下還會發生急劇變化，進一步加劇了路基的不穩定性。

1.3 施工難度大

軟土具有高含水量、低密實度和強壓縮性，這些特性導致在傳統的路基施工方法下難以達到所需的工程穩定性和承載力標準。為了有效處理軟土路基，施工團隊必須采用特殊的地基加固技術，這些技術要求有非常精確的操作技術，這樣才能維持公路路基的穩定和耐久性。此外，軟土容易變形和容易沉降的特性要求施工過程中進行持續的監測和調整，增加了工程管理的復雜性。

2.強夯法的概述

2.1 強夯法的施工優勢

強夯法在市政道路的工程施工中之所以備受青睞，主要原因還是其優勢較為明顯，施工的機械設備操作簡單且施工流程非常方便快捷，不僅提高了效率，還大大降低了施工成本。而且強夯法在加固地基方面效果顯著，能夠有效提升土壤的密實度和穩定性，這對于保證道路和建筑的安全至關重要[2]。此外，其廣泛的適用性也是一個重要因素，它能夠應對各種土質條件，從最初的砂土和碎石土壓實，以及后來擴展到的黏土等其他復雜土質，隨著時間的推移，強夯法通過不斷融合新技術和新方法，其應用領域和效果都得到了顯著的提升和推廣。

2.2 加固機理

2.2.1 動力固結

將強夯法使用在細顆粒飽和黏土等土壤區域時，強夯作業通過施加巨大的沖擊能量，在土壤中產生應力波，從而打破土體的原有結構。在強夯法的作用下，施加到土壤上的高強度應力波會使土體局部發生液化并產生裂縫，這些裂縫擴大了土壤的排水路徑。由此產生的結構改變有利于孔隙水的流出，進而有效減少土壤內部的超孔隙水壓。當這種超孔隙水壓力逐漸消失，土壤開始重新固結，從而恢復到一個更加穩定和堅固的狀態。此外，黏土的觸變性在這一過程中發揮重要作用。觸變性是指黏土在含水率保持不變的條件下，由于重塑而經歷軟化和硬化過程，這種性質使得黏土在初始軟化后，隨著時間的推移，逐步增強其強度。通過這種動力固結機理，強夯法不僅破壞了土體的初始結構，還通過重新排列其粒子，提高了土壤的整體穩定性和承載能力[3]。

2.2.2 動力密實

這種方法通過施加沖擊型的動力荷載，有效減少多孔隙、粗顆粒的非飽和黏土等土體中的孔隙，進而實現土體的密實化，顯著提高地基土的強度。在這個過程中，土壤中的氣相成分，主要是空氣，被強力擠出，這是夯實變形發生的關鍵。土顆粒因荷載作用而發生相對位移，這種位移是土體密實化的直接結果。這一機理不僅改善了土壤的承載能力，也增加了其穩定性，使其更適合支撐重型結構和建筑。

2.2.3 動力置換

這是一種在土木工程中用于地基加固和改良的技術，有整式置換和樁式置換兩種方式。整式置換通過強夯技術，將碎石整體推入淤泥層，其原理與傳統的換土墊層相似，通過這種方式可以有效地替換軟弱土層，增強地基的整體穩定性和承載力。而樁式置換則利用強夯將碎石間隔性地填充至軟土中，形成碎石樁或墩。這種方法產生的碎石樁在作用機理上類似于振沖法所形成的碎石樁，可以在軟土中形成堅固的支撐點，從而構成復合地基，提升地基的整體性能。無論是整式置換還是樁式置換，強夯法的動力置換都能有效地提高土壤的穩定性和承載能力，尤其適用于需要快速加固和改良的工程項目，為建筑提供堅實可靠的地基支撐。

3.軟土路基中強夯施工的主要機具設備

3.1 夯錘

夯錘的重量通常在8 至25 噸之間，其形狀大多為圓柱形。夯錘的外殼是用18 至20 毫米厚的鋼板制成，內部焊接有直徑在16 至20 毫米、間距為200 至300 毫米的三向鋼筋網格。此外，夯錘中心底部焊接有一個直徑為50 毫米的吊鉤。為了排氣，夯錘中設有4 至6 個直徑在100 至160 毫米之間的排氣孔。夯錘內部填充的是C25等級或更高等級的混凝土，而其底部面積約為4 至6 平方米。

3.2 起重機械

一般情況下可以選擇15 噸以上的履帶式起重機或其他特定起重設備進行施工，如果現場的起重機噸位不足以應對施工需求，一種有效的解決方案是加裝鋼制支腿，以增強其起重能力。確保所用起重機的能力至少超過夯錘重量的1.5 倍是關鍵，這樣做能夠保障施工過程的安全性和效率[4]。

3.3 自動脫鉤器

自動脫鉤器是一種特殊的起重配件，它的主要功能是在提升夯錘至指定高度后自動釋放，從而允許夯錘自由下落并對土壤進行壓實。這種設備的設計兼顧了強度和靈活性，確保起吊過程中不會出現滑鉤現象，同時保障夯錘的平穩落下。操作自動脫鉤器時，首先將夯錘與脫鉤器連接，然后利用起重機將夯錘提升到所需高度。一旦達到預定高度，脫鉤器會自動解鎖，允許夯錘自由落下進行壓實作業。這個過程中，脫鉤器的靈敏性至關重要，以確保夯錘的準確釋放和有效的地基加固。同時，脫鉤器的設計還便于快速連接和釋放，大大提高施工效率。

3.4 推土機

大部分施工時還要使用推土機，以T3-100 型推土機為例首先需要在夯實過程產生的坑洞中填充合適的材料，推土機的強大推力用于均勻分布這些填充材料，讓夯坑能得到恰當的填補和平整。這一步驟對于保持施工區域的整潔和準備下一次夯實至關重要，除此之外，T3-100 型推土機還作為地錨使用，為夯實作業提供必要的穩定性。這種操作需要精確控制推土機的力量和方向，以保證地面的平整度符合工程要求。

3.5 檢測設備

在強夯法施工中，使用檢測設備是為了確保施工質量和土壤加固效果達到預期標準。這些檢測設備的主要用途包括評估土壤密實度、穩定性和承載能力。常見的檢測方式涉及標準貫入試驗、靜力觸探和輕便觸探等方法。標準貫入試驗主要用于測定土壤的密實度和一致性，而靜力觸探則是用來評估土壤層的厚度、密實度以及其他物理特性。輕便觸探通常用于較淺層土壤的快速評估。此外，還會使用各種土工常規試驗儀器，如土壤密度計、水分測定儀等，以準確分析土壤的基本物理和力學特性。

4.市政道路工程軟土路基強夯施工的主要方式

在市政道路工程中，為了解決軟土路基所造成的問題，可以使用強夯法施工，這種方法通過施加強大的沖擊力來加固軟弱土壤，提高其承載力和穩定性。

4.1 強夯施工的準備工作

4.1.1 場地平整

這一階段的主要目標是創造一個無障礙、無雜物的工作環境，讓施工區域的整體能夠是平坦的。特別是在地面存在坡度的情況下，當坡度超過1:5，就必須采取措施建造長度至少為2 米、坡度介于2%至4%的反坡臺階，以確保機械設備的穩定運行和施工的安全性。在雨季進行施工時，排水系統的規劃和維護尤為重要，不僅要保證夯坑內部無積水，還要確保夯實后的區域排水暢通。此外，為了防止施工過程中對附近建筑物和設備的潛在影響，需要在施工前設置檢測點，實施防震溝挖掘和其他減震措施，尤其是在距離建筑物50 米范圍內的施工區域尤其要做好相關措施[5]。

4.1.2 夯點和夯距的設置

夯點的布置和夯距的確定直接影響著工程的質量和效果，夯點的設置根據建筑物的種類和結構特征有所不同，不同類型建筑的夯點布局各有特點。大型建筑物一般采用等邊三角形或正方形的夯點布局，這有助于均勻加固較大的地基面積。相比之下，辦公樓和住宅建筑，由于承重墻較多，更適合采用等腰三角形的夯點布局。而在工業廠房的施工中，夯點的布置通常依據其柱網結構來規劃。夯距指的是相鄰兩個夯點之間的距離，它直接影響到夯實效果的均勻性和加固深度。合理的夯距應綜合考慮土層條件、夯擊能量和夯點直徑等因素。夯距過大會導致夯實效果不均勻，而夯距過小則會增加施工成本。合理確定夯距不僅可以提高路基的承載能力，還能有效控制工程成本。在強夯施工中，還需特別注意的是，夯擊過程可能會引起周圍土體的位移和沉降。因此，在施工前需進行詳細的地質勘察和土層分析，以預測夯擊對周圍環境可能產生的影響，還要在施工過程中實施動態監測，及時調整夯擊參數，確保施工的安全和工程最終的效果。

4.1.3 強夯順序及次數

在進行強夯工作時通常會分步驟地進行，以此來提高整個施工過程的質量保障力度，在強夯施工過程中，作業一般從場地邊緣向核心區域推進，目的是為了提升強夯效果的均衡性。操作起重機時，通常沿直線路徑移動。每輪強夯結束后，使用推土機對施工區域進行平整，為后續的強夯工作做準備。在土層加固的步驟上，順序是先對最底層進行強夯，然后是中層，最后是表層，這樣的順序有利于提高整個土層的穩定度。在確定強夯次數時，需考慮多種因素，如夯沉量、土壤性質以及沉降程度。一般而言，細小顆粒、高含水量和厚壓縮層的土質需要更頻繁的強夯處理，通常進行2 至3 次夯擊，還要采用低能量夯擊做好效果鞏固工作，以此增強土層的穩定性，為后續建設工程的順利進行打下堅實基礎。在處理滲透性較弱的土壤時，可以考慮增加夯擊的次數。然而，兩次夯擊之間應有一定的時間間隔，這個間隔應基于土壤中的間隙水分散發速度來設定，目的是為了充分利用每次夯擊的效果。

4.2 選擇合適的夯錘

夯錘的選擇需綜合考慮土質特性、夯擊深度和預期加固效果，針對不同土質和夯擊深度，應選擇適宜的夯錘重量及形狀，以確保夯實效果。對于細粒或高含水量的土壤，使用較重的夯錘并采用合適的靜壓力（通常為25 至40kPa）能更好地實現加固效果，大部分情況下會選擇圓形夯錘，而錘底微凸的設計可有效減少起錘難度及坑壁塌陷，增強坑壁穩定性。鑄鋼夯錘相比混凝土夯錘，更能減少擺動幅度，減少夯坑的塌陷和損壞。在夯擊能力較大的情況下，應優先考慮鑄鋼夯錘，而且內部應加入鋼筋骨架并以混凝土填充，以提升其結構強度和耐用性。

4.3 起夯面

起夯面施工目的是為強夯提供均勻、穩定的作業平臺，需對起夯面進行詳細的地質勘察，確保理解土壤的物理和化學特性，接著進行土壤的預處理，減少土壤中的水分含量提高其承載能力。此后，根據土質情況和預期的加固深度，設計起夯面的厚度和面積。起夯面的布置應考慮到后續夯擊作業的需求，保證夯點的均勻分布和有效覆蓋。在施工過程中，應采用適宜的機械設備進行平整，確保起夯面的均勻性和平整度。而且還要全程監測起夯面的穩定性和響應，對施工中路面出現的不均勻沉降或弱點進行及時處理，是確保強夯施工質量的關鍵。

4.4 墊層

在處理軟弱飽和土或地下水位較淺的情況下，通常需要在表面鋪設一層砂礫石或碎石墊層，其厚度在0.5 至1.5米之間。選擇墊層材料時，宜使用砂礫石、碎石或礦渣，其粒徑應小于10 厘米。然而，當需要處理飽和砂或軟土層時，要注意避免使用砂作為墊層填料，因為這可能導致夯坑涌土或涌砂的問題。過薄的墊層無法充分發揮作用，而過厚的墊層則會降低強夯的能量傳遞，減弱對下部軟弱土層的加固效果，在選擇和設計墊層時，需要綜合考慮各種因素，以確保施工的有效性和高效性。

5.市政道路工程軟土路基強夯施工時的注意事項

5.1 強夯應分段進行

在進行強夯法施工時，需要按照特定的順序和操作方法。通常情況下，施工操作會從工地的邊緣逐漸向中央區域推進，例如需要加固的廠房柱基，也可以采用一排一排的方式進行夯擊，起重機會沿著直線行駛，從一個側面到另一個側面進行夯擊作業。每當完成一輪夯擊后，使用推土機來平整工地，并進行放線定位，以便順利進行下一輪夯擊工作。

5.2 夯擊時應按試驗和設計確定的強夯參數進行

根據工程設計和相關試驗數據，明確夯錘的重量、夯擊能量、夯擊頻率以及夯點間距等，這些參數是根據土壤的特性和工程要求進行精確計算和確定的。在施工過程中，必須使用符合設計要求的夯錘和夯擊設備，夯錘的質量和能量輸出應與設計參數相匹配，在夯擊操作過程中，施工人員需要嚴格遵守設計參數，確保夯錘的夯擊能量、頻率和夯點布置與設計一致。

5.3 根據季節對應施工

在不同季節土壤的性質和濕度會發生變化，因此需要根據季節的氣候條件來確定施工的時間。通常，干燥季節可能會導致土壤較硬，而潮濕季節土壤則較為松軟，需要根據季節的濕度情況來選擇合適的夯錘和夯擊參數。

5.4 做好安全措施

第一，定期檢查和維護設備。在施工前，需要進行定期的設備檢查，包括起重設備、索具卡環等，以確保其正常運行狀態。每天開機前，要仔細檢查吊錘機械的各個部位和鋼絲繩是否存在磨損或其他問題，并及時處理任何異常情況；

第二，在進行施工前的安全準備工作中，必須確保吊錘機械處于穩定狀態，并對工地的坑位進行適當的準備。在起吊夯錘時，需要確保吊索保持垂直，以避免與沖吊臂發生碰撞，并采取必要的預防措施，例如掛上廢棄汽車輪胎，以提供額外的保護措施。這些步驟對于確保施工的安全性至關重要，能夠有效地降低潛在的風險；

第三，在夯擊過程中，必須確保沒有人站在臂桿和夯錘下15 米范圍內，同時嚴禁在起重臂旋轉半徑范圍內通行。非工作人員必須保持距離夯點30 米以外，并且所有現場操作人員都應佩戴安全帽；

第四，控制夯錘的運動。夯錘起吊和下落的速度應適中，不得過快，避免在高空停留過久。同時，嚴禁進行猛升猛降的操作，以防止夯錘脫落；

第五，在執行強夯工作期間，特別是在干燥的氣候條件下，一定要采取降塵措施，在夯實區域周圍噴灑水分以減少灰塵擴散。同時，為了保護工作人員和設備免受飛濺的石塊和泥土塊的傷害，起重機應配備防護罩，并且操作人員需要佩戴專門的防護眼鏡。

結語：

總的來說，強夯法是運用強勁的夯擊力量對地基進行沖擊處理，這樣做會在地基內部產生一系列的沖擊波。這些波動作用于地表的土層，打破其原有結構并形成所謂的夯坑。此外，該方法還包括利用動態力對鄰近土壤施加緊壓。在實施強夯法時，一定要靈活應用各種施工方式和操作技術，特別是在選定夯擊點和確定強夯參數時，必須要按照工程施工要求來進行。