强夯法在市政道路工程中的应用

董全海

摘要：本文通过论述了强夯法处理软土地基的机理、设计参数及施工方法，介绍了采用强夯法加固道路软土地基的施工实践，论证了在市政道路施工中强夯法的重要作用。

关键词：强夯加固；设计参数；施工方法

1. 前言

强夯法处理地基是20世纪60年代由法国Menard技术公司首先创用的，这种方法是利用大型履带式起重机将8-40吨的重锤从6-40米高度自由落下给地基以冲击力和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。此法最初仅用于加固砂土和碎石土地基。经过十几年的应用与发展，它已适用于加固从砾石到黏性土的各类地基土，在我国强夯法主要应用素填土、碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土地基的处理。

2. 强夯加固机理

强夯加固作用应与土层在被处理过程中的三种不同机理有关。其一是加密作用，以空气和气体的排出为特征；其二是固结作用，以孔隙水的排出为特征；其三是预加变形作用，以各种颗粒成分在结构上的重新排列和颗粒结构和形态的改变为特征。饱和土存在孔隙水排出并被壓实固结这一问题，应区分粘性土和无粘性土，他们的渗透不同，粘性土存在固化内聚力，砂土则不然；另外对一些特殊土，如湿显性黄土、填土、淤泥等，由于它们具有各自的特殊性能，其加固机理也存在特殊性。

3. 强夯参数的确定

3.1强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定；在初步设计时，可按下面公式估算：

h = α WH

式中：h——有效加固深度，m；

W ——锤的质量，t；

H ——落距，m；

α——有效加固深度修正系数，与土质、含水率、锤型、锤底面积、工艺和设计标准等多种因素有关；

按经验取值时：

1）可液化砂土地基α 取0.45（应给一个幅度）；

2）粘性土地基，当r S <60%时，取0.4；

3）湿陷性黄土地基α 取值见下表；

3.2 最佳夯击能 从理论上讲，在最佳夯击能作用下，地基土中出现的孔隙水压力达到土的自重压力，这样的夯击能称最佳夯击能。在黏性土中，由于孔隙水压力消散较慢，当夯击能逐渐增大时，孔隙水压力相应叠加，因此可根据孔隙水压力增加值来确定最佳夯击能。在砂性土中，孔隙水压力增长及消散过程仅为几分钟，因此孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加，可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数的关系来确定最佳夯击能。

3.3夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯2～4遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯1～2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。

3.4 两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定，对于渗透性较差的粘性土地基，间隔时间不应少于3～4周；对于渗透性好的地基可连续夯击。

3.5夯击点位置可根据基底平面形状，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点间距可适当减小。对处理深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。

4.工程实例

游艇园1#路道路工程位于滨海浅滩，场地局部回填，道路红线宽度为36米，全长1088.74米。根据工程地质勘察报告拟建场地地层由上至下分为，素填土：该层为近期回填形成，主要由黏性土及碎石组成粉质；黏土：呈硬塑状态，可见铁质氧化物，夹粉土、粉砂薄层，局部混少量角砾、碎石；中粗砾砂：中密～密实，饱和，最大粒径可达40mm以上；全风化粉砂岩：岩芯呈粉砂状，该层破碎，为极软岩，本段路基采用强夯方法进行处理。

4.1强夯设计

4.1.1强夯夯点布置形式为正方形，按先2遍点夯，后1遍满夯的次序进行，夯锤直径为2.5m；点夯的夯击能为2000kN·m，夯点间距6m，点夯锤重20t，落距10m；满夯的夯击能为1000kN·m，夯印搭接为夯锤直径的四分之一，满夯锤重10t，落距10m；强夯处理范围是至道路两侧坡脚外3m。

4.1.2夯点的夯击次数，应按现场试夯取得的相应参数来指导大面积施工，并应同时满足下列条件：

①最后两击的平均夯沉量不宜大于50mm；

②夯坑周围地面不应发生过大的隆起；

③不因夯坑过深而发生提锤困难；

4.1.3两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间，间隔时间为1～2周。

4.1.4强夯的施工方法：①清理并整平施工场地 ②标出第一遍夯点位置，测量场地高程 ③夯机就位，起吊吊钩至设计落距高度，将吊钩牵引钢丝绳固定，锁定落距 ④将夯锤平稳提起置于夯点位置，测量夯前锤顶高程 ⑤起吊夯锤至预定高度，夯锤自动脱钩下落夯击夯点 ⑥测量锤顶高程，记录夯坑下沉量 ⑦重复步骤5～6，按设计的夯击数和控制标准，完成一个夯点的夯击 ⑧夯锤移位到下一个夯点，重复步骤2～5，完成第一遍全部夯点的夯击 ⑨用推土机将夯坑填平或推平，用方格网测量场地高程，计算本遍场地夯沉量 ⑩在规定的间歇时间后，按以上步骤完成全部夯击遍数 ?满足间歇时间后，进行满夯施工。

4.1.5施工机具要求：夯锤底面宜为圆形，重心应在中垂线上，且低于1/2 夯锤高度，锤底静接地压力值可取25kPa～40kPa，强夯夯锤宜按底面积大小，均匀设置4～6 个直径250mm～500mm 上下贯通的排气孔。

4.1.6在正式施工前作强夯试验，以校正各设计施工参数，考核施工设备的性能，为正式施工提供依据。试验区数量应根据场地复杂程度、工程规模、工程类型及施工工艺等确定，强夯试验面积不应小于20m×20m。根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯。应根据不同土质，待强夯结束一至数周后，对试夯场地进行检测，并与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，确定工程采用的各项强夯参数。

5. 结语

采用强夯加固软土路基取得了较好的效果，强夯法具有效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节省材料等优点。能有效地加固软弱地基，减少软土层沉降和整体工程工后沉降，提高软土层的承载力等特点。

参考文献：

[1]河海大学、江苏宁沪高速公路股份有限公司.交通土建软土地基工程手册[S].北京.人民交通出版社.2001.

[2]山西省机械施工公司、山西建筑工程（集团）总公司. 强夯地基处理技术规程[S]. 北京.中国计划出版社.2010.

[3]中国建筑科学研究院. 建筑地基处理技术规范[S]. 北京. 中国建筑工业出版社.2012.