强夯法在市政道路施工中的应用分析

2012-12-28鲍小玲

中国新技术新产品 2012年11期

鲍小玲

（浙江景鸿建设有限公司，浙江义乌 322000）

1 前言

强夯法是一种加固地基的方法，通常也称动力固结法。这种方法是指通过采用吊升设备将重锤起吊，吊到较大高度后，使其自由下落，进而将产生的巨大重力势能转化为动能作用于地基，瞬时强大动力，冲击和振动地基土层使其通过短时间作用降低地基压缩性，提高地基强度，改善受力性能，提高地基承载力，最终达到夯实地基的目的。强夯法在市政道路施工中是主要夯实地基的方法，可经常用于夯实非饱和粘洼土、湿陷性黄土和砂性土。

2 强夯法的加固地基原理

强夯法加固地基目前主要有3 种不同的加固原理，分别是：动力密实原理、动力固结原理和动力置换原理。

2.1 动力密实原理

动力密实原理主要用于加固强夯粗颗粒、多孔隙、非饱和土，用冲击动力减小土层中的孔隙体积，使土体变得密实，提高土体强度。土层路基在强夯法重锤的强大作用下，土层路基结构中的土粒接触点会产生压缩形变，进而使土粒之间的接触面积加大，土层更加密集，增强路面的承载力度。在土层地基中，土粒并不都是均匀的圆或椭圆形，也存在着片状颗粒。那么，在强夯法的作用之下，片状土粒便会被变弯，使其附近的土粒相对产生位移，当土粒接触处时会进行相对运动。

2.2 动力固结原理

动力固结原理常用于细颗粒饱和土的处理，通过动力固结原理，即巨大的应力波因很大的冲击能量而在土中产生，以此破坏土体原有结构，液化局部土体并使其产生裂缝，排水通道增加，进而孔隙水溢出，等到孔隙水压力消散之后，土体发生固结。

动力固结原理是强夯法机理中被最早接受的，这一原理是通过强夯法来实现处理土层地基中饱和细小颗粒的目的。在许多工程实践中，动力固结原理已经实现其价值意义，并且在经济效益和技术效果方面取得了不错的成绩。动力固结原理有其独立的作用系统。（1）饱和土的变化压缩：土层地基中存在着渗透性极低的饱和细颗粒土，这种极低的渗透性使对地基进行夯实时，外界瞬时荷载作用下的饱和细颗粒土之间的孔隙水不能迅速排出。然而动力固结原理利用有机物分解，压缩土层中气泡形式的气体体积，并使其变形。拥有较强拉应力的部分地基土在瞬时强作用力下不会发生变形，只是形成裂缝网络结构，水能够因此迅速排除，之后土层粒子更加紧密，承载能力更强。（2）局部液化的土层地基：强夯开始阶段，重复夯实形成外界冲击力逐渐压缩地基土中的气体，在孔隙水压力不断增加达到一定程度时，覆盖压力与孔隙水压力相等，液化降低，的土层地基产生，最强的孔隙水压力形成。继续强夯的过程中，孔隙水压力增长值开始降低，强度增长值开始增强，并最后会达到最佳状态。这种液化的土层地基是局部范围内的。（3）土层渗透性的改变：外界作用力大于土层地基中的颗粒土孔隙水的侧向压力时，形成排水网络系统，孔隙水会排出。外界作用力小于土层地基中的颗粒土孔隙水的侧向压力时，孔隙水压力降低，到一定程度时，孔隙裂缝自行闭合，水的运动得到机会恢复土层地基中的原状态。（4）土层触变恢复：当地基中的土层在外界的强夯作用下强度不断降低，土体液化到达最低值时，裂缝产生在地基土层中，变为自由水的部分地基土层中的吸附水，随裂缝流出。土层粒子紧密接触，固定的新吸附水层，有效提升了地基土层的变形模量和抗压性。

2.3 动力置换原理

动力置换原理可根据置换作用部分的不同分为整式置换原理和桩式置换原理。顾名思义，整式置换原理类似于换土垫层法的作用机理，通过强夯的巨大力量将碎石整体挤入淤泥当中。而桩式置换原理则是采用强夯作用将碎石填筑土体之中，并且间隔地将部分碎石桩夯人软土中，形成桩式的碎石桩和碎石墩。桩式置换原理的作用机理是通过碎石内摩擦角与墩间土地基复合作用，来维持桩体平衡的状态。

3 强夯法的优缺点

强夯法普遍运用于道路施工过程中，这种方法对施工过程中常出现的一些问题进行了避免。强夯法的优点有：设备比较简单，能够节省材料，施工较为方便，对人力、物力的投入需要较低，经济实用性比较高。在填充路基路面时，能够放宽对填料粒径的要求，更容易获得材料，达到降低成本的效果。强夯法的运用显著减少了施工时间，使效益增强。强夯法在高填方中使路基更加夯实，原地面与路基填料结合更加能紧密，路面塌陷的可能性降低。

但强夯法也同时存在着一些缺点，如：强夯法的加固效果会受到地基土层中软弱夹层的影响，夯击力度有效传递性不足。

4 强夯法的影响因素分析

第一，重锤越重，其落距越大，强夯过程中的单击能量就越强大，夯击次数就可以相应减少，单次的夯击效果就越更明显。那么，就要根据具体条件，如不同的土体、不同的加固深度来确定单夯击能，进而在夯击设计中选择合适的落距和重锤。

第二，强夯法的实际应用中，布置的夯击点一般为正方形或三角形。确定夯击点间距时一般要注意目标深度和土层地基的性质。第一次作用的夯击点间距一般在重锤直径3倍左右，之后可适当缩小间距，以此确保夯击作用深度。

第三，夯击频率受土层孔隙水压力消失速度的影响，夯击间歇时间由于土层的不同而有所差别。如：粘性土孔隙水压力消散慢，夯击频率不能过大；砂性土渗透性较大，夯击频率可以稍大。

第四，过厚的土层厚度使强夯法冲击力度传递不到深层地基中，则强夯作用不显著。

5 强夯法在道路施工中的实际运用

5.1 施工程序

强夯法的应用在不同的国家也有所不同，如：日本采用轮胎式起重机，西欧国家采用大吨位履带式起重机，这几种机器稳定性都较强，施工也比较方便。而我国受条件限制，在市政道路施工中一般使用小吨位起重机，因此需要利用滑轮在强夯法加固时解决部分问题。强夯法在我国市政道路施工中，重锤的起吊需要利用滑轮，重锤的自由落体需要利用自动脱钩装置。操作过程是对脱钩器的钢丝绳进行拉动，用脱钩器的钩挂住重锤，将吊钩拉至所需高度，伸臂拉转到相当角度，自然脱落重锤，重力势能转化为动能。

5.2 检测控制

在市政道路施工中使用强夯法结束后，要对加固地基土层进行检测控制。间隔检测对于不同的地质间隔时间也不同，如砂土地基和碎土石，间隔时间一般为1 至2 周；粘性土地基，间隔时间一般为2 至4 周；置换地基间隔时间一般为4 周左右。具有科学依据且获得认可的检测方法有：十字板试验，室内试验，载荷试验，动力触探试验等。