强夯法在高填方路基施工中的应用

汪胜奇

(中铁八局集团第一工程有限公司，重庆 400053)

1 工程概况

位于春华大道路强夯处理区域主要集中在K1+380～K1+580，K2+280～K2+380两段。其中K1+400～K1+580段为抛填土翻挖处理区，在K1+400～K1+455段右侧紧邻路基填方边线有友邻施工单位活动板房;在K1+580～K1+620右侧110 m外有当地还建房新都花园居民小区;在K1+480～K1+620段左侧距中线17.5 m有邻近施工单位临时围墙需拆除。按照设计要求，春华大道K2+280～K2+380段为路基填筑区，道路沿线填方高度大于20 m时，为降低工后沉降和增加路基整体强度，按照设计要求采用点夯夯能3 000 kN·m，满夯夯能500 kN·m进行强夯处理，图1为其中一段高填方路基强夯处理之前准备工作照。

车轮荷载对路基工作区的影响随车轮荷载的增大而加深，在路基工作区内，路基的强度和稳定性是保证路面结构强度和稳定性中极为重要的组成部分，如图2所示的路基应力分布图中，Z为路基深度，P为车轮荷载，车轮荷载引起垂直应力σZ与路基土体自重引起的垂直应力σB，可见在σZ和σB重叠的区域中路基受到车轮荷载和土压力的双重作用。由此可知，路基中应力值等于路基顶面应力的深度地方，虽然车轮荷载应力影响较小，但路基自重产生的恒载应力已经相当于荷载应力，应当予以高度重视，因此高填方路基下部的压实度对减小路堤在恒载作用下的固结变形至关重要，同时也能减少路面在使用过程中的沉降，保证公路的质量安全。但是路基自然沉降时间远远不足以达到设计要求，如果处理方法不当，将会导致路面开裂、塌陷、下沉、变形等多种问题，对路基质量产生严重影响。现有静碾及振动压路机的施工在客观上还不能有效的解决不均匀沉降问题，有时即使采取了纵向挖台阶及分层碾压控制层厚等措施，可由于沉降时间不足，也不能及时有效的解决问题。大量的调研资料显示，采用强夯法进行高填方路基压实是最有效的办法。

图1 填方路段施工现场

图2 路基应力分布图

2 强夯法的原理及特点分析

强夯法指的是为提高软弱地基的承载力，用重锤自一定高度下落夯击土层使地基迅速固结的方法，称动力固结法，利用起吊设备，将10 t～40 t的重锤提升至10 m～40 m高处使其自由下落，依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层。强夯法主要用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基。对非饱和的粘性土地基，一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法;并根据工程需要通过现场试验以确定夯实次数和有效夯实深度。现有经验表明:在100 t·m～200 t·m夯实能量下，一般可获得3 m～6 m的有效夯实深度。这是在重锤夯实法基础上发展起来的，而其加固机理又与它不一样，这是一种地基处理的新方法。

强夯过后土体会通过以下4个阶段使得土体强度持续提高:

1)夯击能量转化使得土质强制压缩且伴随土体震密(表现为土体内气体排出，孔隙水压力随之上升);2)部分土体液化或者土体结构发生破坏(表现为原有土体强度降低或者土体的抗剪强度弱化);3)土体排水固结压密(表现为土体渗透性能改变，土体裂隙发展稳定，土体强度提高);4)土体内部触变恢复且伴随固结压实(表现为部分自由水又变成薄膜水，土的强度随之继续提高)。影响强夯效果的因素较多，其中土质及其特性是最主要的原因，土体本身的特性在很大程度上影响强夯的质量。除此之外强夯能级、夯击锤、强夯冲击布点、单点夯击次数、夯击遍数以及间歇时间的影响也不可忽视。因此采用强夯法的主要设计参数就包括，确定有效加固深度、夯击点布置、夯击能量、夯击次数、夯击遍数、遍数间隔时间，根据这些设计参数的要求制定相应的强夯处理方案。

3 强夯处理方案及施工控制

3.1 强夯处理方案制定

按照设计要求在填深大于20 m的路堤和既有抛填土必须进行强夯处理。春华大道K1+380～K1+580段抛填区域在距路床底10.0 m标高处、距路床底3.0 m标高处分别进行强夯，夯击间距5 m×5 m梅花形布置，点夯夯能3 000 kN·m，满夯夯能500 kN·m。兰桂大道K0+000～K0+580段为高填方区，每填筑7 m高进行一次强夯，夯击间距5 m×5 m梅花形布置，点夯夯能2 000 kN·m，满夯夯能500 kN·m。强夯梅花形布置点位图见图3。对所有强夯区域，每一遍每一夯点点夯n次，第n次检验贯入度与第n－1次贯入度之差是否小于5 cm(n根据试验确定)，且土体隆起高度不大于10 cm，若差别较大需加夯次数，直到两者贯入度与隆起高度满足要求。检验质量以压实度控制，7 m深度范围内的压实度要求达到96%。强夯过程中需进行补土，采用推土机平整，压路机碾压。

按照设计要求，在兰桂大道K0+380临时涵管上方覆土7 m范围内严禁强夯处理。为降低强夯震动对周边居民区、建筑物、已建管涵等的影响，在春华大道K1+380～K1+580段、兰桂大道K0+360～K0+420段强夯区域开挖减震沟。减震沟底宽1.6 m，沟深2.0 m，边坡坡率1∶0.5，如图4所示。强夯处理工艺流程:施工场地标高测定→场地平整→试夯→确定强夯参数→点夯夯点放线→夯机就位→强夯夯击→夯坑推平、标高控制→满夯夯击→地基检测→验收合格→进入一般路堤填筑。

图3 强夯梅花形布置点位图

图4 减震沟大样图

3.2 强夯施工质量及安全控制

1)质量控制。当夯锤即将提升到预定高度时，稍停一下，停摆之后继续提升，直到脱钩，夯锤下落，每次夯击时的落锤应平稳。强夯时，夯点距离中心偏差不能大于10 cm。夯击中，当夯坑底部不平时，及时调整垫平。雨季施工，夯坑要及时回填，避免坑内积水渗入地下影响强夯效果。当夯坑和夯击的场地由于下雨及其他原因有积水时，及时排出积水，一般晾晒2 d～3 d后进行强夯施工;必要时换土再夯，以免施打形成橡皮土。

夯坑回填及时，在完成每一夯区，及时安排推土机回填夯坑，方法是将合格填料用推土机推平，并将夯坑填平到设计要求标高，使坑内土体高于周围土体约10 cm～20 cm，再进行满夯一遍。严格进行工序间检测、检查验收，只有上道工序施工质量检查合格后，方可进入下道工序的施工。

2)施工安全措施。本强夯处理高边坡区域，春华大道主要集中在K1+455～K1+500抛填土处理段，挖深4.3 m ～10.2 m;兰桂大道主要集中在K0+000～K0+480段路堤边坡高度21.0 m～47.2 m。强夯处理过程中，边坡区域施工安全措施如下:

a.强夯时高边坡坡脚严禁站人，并在显眼位置设置醒目的安全警示标语标牌。b.强夯时现场管理人员随时巡视、检查翻挖土体边坡、路堤边坡稳定性，对可能出现的开裂、崩塌、滑移、滚石等险情提前预判、提前处理。c.设置安全通道，强夯工作面与装运作业面相互错开，严禁上、下交叉作业，边坡上方有人工作时，边坡下方不准有人停留或通行。d.清理边坡上凸出的块石和整修边坡时，从上而下顺序进行，坡面上的松动土、石块必须及时清除。严禁在危石下方作业、休息和存放机具。e.施工中如发现抛填土体、路堤边坡有开裂、滑移、崩塌迹象危及施工安全时，立即停止施工，撤出人员和机具，并报告监理单位和建设单位处理。待险情处理完毕后，方可再次组织机械、人员进场施工。f.施工机械靠近路堤边缘作业时，要求根据边坡高度留有必要的安全距离(距离边缘2 m以上)，并设专人指挥，指挥人员不得进入机械作业范围内。强夯施工场景图见图5。

图5 强夯施工场景图

4 测试结果

土体受到夯击作用的影响发生土体扰动和固结，通过现场测试的结果反映出各组土样夯击后的干密度比夯前密度大体均大幅度提高。随着夯击击数的增加，土体的干密度越来越大，这与夯击数增加有很大关系，因为土体固结夯击能增加使得土体干密度迅速增加。按照设计要求，使土体达到要求的合格密度，现场强夯严格按照方案执行使夯击能达到相应能级。表1的数据为现场测试压实度检验报告表，其中显示了土体在地面以下7 m深度范围内土体的干密度、含水量等信息，可见压实度达到合格干密度的要求。

表1 土体压实度检验报告表

工程实施效果说明本工程在深填方区，采用强夯技术处理地基能满足设计规定的要求，能有效地对土体进行压实，取得较好的综合经济效益。

5 结语

强夯法应用到高路堤填筑时在短时间可以有效改善土体的性质，针对强夯法用于高填方路基填筑处理，本文从工程实践中得出以下结论:1)高填方路基中当深度很大时外荷载与地基土压力在土体中的应力对土体不利，必须保证工作区路基中土的压实度。2)强夯法用于压实土体时应根据初始含水率、初始干密度等土体基本情况拟定相应的夯击击数、夯锤直径、夯击能的方案。3)本工程采用强夯进行高填方路基填筑压实后，通过现场土体压实度检验报告表示土体满足填筑要求。4)用强夯法施工时应该制定相应的质量控制和安全控制规程以确保工程的顺利实施。

［1］JTJ 017-96，公路软土地基路堤设计与施工技术规范［S］.

［2］JTG B01-2003，公路工程技术标准［S］.

［3］张庆国，毕秀丽.强夯法加固机理与应用［M］.济南:山东科学技术出版社，2003:10.