强夯法在公路工程路基施工中的应用技术研究

孙建峰

(河北易拓工程设计有限公司)

0 引言

强夯法即动力固结法，通过利用起吊设备将重锤提升一定高度后自由下落，借助于重锤下落所产生的夯击能与冲击波对公路路基进行迅速固结的方法。强夯法由于具有施工技术方法简单、材料、机械、人力投入较少，工程技术经济指标高，因此在公路路基处理，尤其是在粉土、粘性土、湿陷性黄土以及杂填土路基处理上得到了广泛的应用，对于提高路基承载力，减小路基的不均匀沉降也发挥了重要的作用。

1 强夯法加固机理分析

强夯法就是通过利用强大的夯击能对公路路基产生巨大的冲击力，进而破坏土体结构，对周围土体进行动力挤压，强夯法加固公路路基机理主要有动力密实、动力固结以及动力置换三种形式。

(1)动力密实机理。对于多空隙粗颗粒非饱和土的处理，则主要是动力荷载的密实理论。通过借助于强夯法冲击产生的动力荷载，挤出土颗粒中的空气使得非饱和土中的孔隙减小，造成土体颗粒产生位移，进而促使土体更加密实，实现公路路基土体强度与承载力的提高。根据相关的试验研究资料表明，在1000～2 000kN·m冲技能的作用下，对于土体产生的冲切变形能够提高路基承载力2～3倍左右。

(2)动力固结理论。采用强夯法处理细颗粒饱和土，则主要是利用重锤巨大的冲击能量产生应力波，促使土体局部液化，并将孔隙水通过孔隙排出，待孔隙水压力消散后固结密实，通过软土的触变性提高公路路基土体强度。其作用机理主要是通过饱和土的可压缩性，待其局部液化之后改变土体渗透性，待触变恢复后即可恢复土体的强度。

(3)动力置换理论。动力置换则主要是类似于换土垫层理论，通过强夯法强行将碎石填筑到公路路基土体之中，其作用机理与振冲法碎石桩相似，主要是通过碎石的内摩擦角与土体侧限维持桩体平衡。

2 强夯法参数的设计

(1)有效加固深度的确定。有效加固深度不仅是选择公路路基处理方式的主要依据，同时也是检验路基处理效果的重要指标参数。强夯法有效加固深度计算公式如下所示:H=αWH;公式中:H为有效加固深度，m;Μ为重锤重量，t;h为重锤落距，m;α为夯击系数，一般情况下软土取值0.5，黄土取值0.34～0.5左右。

(2)夯锤和落距的确定。夯锤和落距直接决定了强夯法的夯击能，因此对于夯锤以及落距，首先应该根据公路路基土体类别、结构类型以及影响深度确定夯击能，并进一步确定夯锤与落距。在公路路基施工过程中，一般情况下对于夯击能的确定，粗粒土大致确定范围为1000～3000kN·m/m2，细粒土一般为般15～4 000kN·m/m2因此夯锤一般选择重量在10～25t左右的重锤，同时控制重锤高宽比在1∶2.5～1∶2.8左右。强夯法重锤的落距一般控制在8～25m范围之间。

(3)夯击点的布置与间距确定。夯击点的布置一般选择三角形或者是正方形，具体应该根据公路路基范围等参数确定。对于夯击点的间距，则应该考虑公路路基土体性质以及需要处理深度确定，一般情况下第一遍夯距按照重锤之间的2.5～3.5倍左右控制，之后各遍夯击点间距可适当减小。

(4)夯击击数与夯击遍数的确定。强夯法处理公路路基时，夯击数的确定应该以“土体竖向压缩最大，侧向位移最小”为原则，一般击数在4～10击左右。夯击遍数则应该根据公路路基土体性质以及平均夯击能确定，2～3遍左右。

3 公路路基强夯法施工工序控制要点分析

(1)在对公路路基进行强夯施工作业之前，首先应该对施工作业场地进行平整，并完成施工作业区域临时排水设施的设置。同时按照强夯夯点的布置，测量放线布置夯位。如果施工作业区域地下水位较高，则应该采取必要的降水措施之后再行开展路基强夯作业。

(2)对于公路路基的强夯，主要采取分段进行的顺序开展施工作业，一般按照从边缘向中间，先深后浅的原则。在路基夯击施工中严格按照设计以及现场试验的强夯参数进行施工作业，确保强夯重锤落锤平稳，夯击位置准确无误。在强夯施工作业过程中出现的夯击坑应该及时采用合格的填料填平之后方可继续开展夯击施工作业。

(3)对于高饱和度的粉土、粘性土和新饱和填土等路基施工区域，应该在路基内设置纵横盲沟，以及时排除路基土体内的水分，同时在强夯时还应该铺设砂石混合料辅助排除水分，并借助于粗颗粒材料进行强夯置换形成复合路基，提高路基承载力。

(4)在公路强夯法施工作业过程中，应该及时做好施工过程中的监测与记录工作，特别是对于夯锤重量、落距、夯点放线位置、夯坑位置等参数以及施工作业情况进行记录，为后期施工质量控制提供依据。

4 公路路基强夯法施工质量检测

在公路路基强夯法施工结束之后，应该及时对施工作业区域的各项技术参数指标进行试验检测，以确保强夯法施工质量满足技术要求。强夯法施工质量检测项目主要是对重锤的落距、夯击遍数、夯点位置、夯击范围、强度以及路基承载力等参数指标进行试验检测。强夯法路基施工质量控制标准可以参照表1执行。

表1强夯路基施工质量检验标准表

5 路基强夯法施工常见问题处理

(1)强夯出现弹簧土。出现弹簧土主要是由于路基土体含水量过高、夯击能过大造成土体塑性剪切变形破坏或者是夯击遍与遍之间的间隔时间短所造成的。对于强夯过程中的弹簧土问题，可以分别采取设置竖向排水通道以及换填等措施进行处理。

(2)土捣。出现土捣主要是由于垫层厚度不足，第一遍夯坑过深等原因造成的，对于这些问题应该采取适当增加垫层厚度，调整施工工艺与施工参数等措施进行处理。

(3)强夯贯入度不足。对于夯击难以达到贯入度要求值的情况，应该重新补充夯击或者是调整锤击能量和夯击次数等原因进行调整处理。

(4)拔锤困难。出现拔锤困难的原因主要是由于重锤规格、参数不当或者是施工区域含水过多的原因造成的。对于拔锤困难的问题，应该通过加强场内排水降水，选用锤底面积大，接地比压力小的夯锤以及调整强夯施工参数等措施进行处理。

6 结语

采用强夯法对公路路基进行处理，施工工艺技术成熟可靠，加固效果较好，而且影响深度大，能够有效的提高公路路基的整体承载能力。在强夯法工程施工过程中，应该结合公路路基施工作业区域的实际情况，合理的确定强夯法施工参数、施工方案以及施工检验评定标准，提高强夯法对公路路基的施工处理质量，改善公路路基土体物理学性质，提高公路工程整体建设水平。

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