市政道路软土路基处理中强夯法施工技术的应用

吴新华

摘要：介绍了强夯法的地基加固原理和影响因素，结合实际工程，介绍了强夯法施工技术在市政道路软土路基处理中的应用。

关键词：强夯；市政道路；软土；路基

1 强夯法的地基加固原理

1.1 动力置换原理

此项原理又可分为桩式置换原理和整式置换原理。所谓的桩式置换原理是指依靠强夯的作用把碎石填入软土里，从而形成桩式碎石墩和碎石桩，它通过碎石内的摩擦角和墩间土地基的复合作用，对桩体平衡状态加以维持。而整式置换原理是通过强夯巨大的力量把碎石的整体挤进淤泥里。

1.2 动力固结原理

此项原理常被用于对细颗粒的饱和土进行处理，在动力固结原理之下，也就是巨大应力波由于很大冲击能量而在土体中形成，从而对土体的原有结构造成破坏，使局部土体液化，进而产生裂缝，增加排水通道，使孔隙水溢出，在孔隙水的压力消散以后，土体便会固结。

1.3 动力密实原理

此项原理最主要是用于对非饱和、多孔隙、粗颗粒的土体进行加固强夯，它通过冲击力作用让土层中孔隙的体积减小，让土体更加密实，从而增强土体的强度。在强夯法重锤强大的作用之下土层路基结构里的土粒接触点便会发生压缩变形，从而加大土粒间接触的面积，让土层更密实，增强路面承载的力度。在土层地基里，土粒并非全是均匀的椭圆形或圆形，也有一些片状的颗粒。在强夯法作用下，片状的颗粒会产生形变，从而使附近土粒产生相对的位移，在土粒接触处就会产生相对的运动。

2 强夯法优缺点

1） 优点： 设备简单，可以使材料得到节省，施工也比较方便，降低了在物力和人力上的投入，经济实用性非常高。在对路基路面进行填充的时候，可以将对填料粒径要求放宽，使材料更易于获得，从而使成本降低的效果得以实现。运用强夯法使施工的时间得到了大幅的减少，从而增强了效益。在高填土方里使用强夯法可以让路基更夯实，路基填料和原地面间的结合会更紧密，降低了路面坍塌的可能性。

2） 缺点： 地基土层里软弱夹层会对强夯法加固的效果产生影响，夯击力度的有效传递性不强。

3 强夯法在市政道路软土路基处理中的应用

3.1 工程概况

工程地质状况分布如下： ①素填土层 厚 0. 3 ～1m； ②粉质黏土 承载力稍低，只有少量分布； ③粉质黏土 低压缩性土，承载力高，普遍分布，厚度在 2. 1～ 2. 4m； ④粉质黏土 承载力高，低压缩性土，工程性能良好。最上层是新近填土，厚度在 0 ～ 5m，土质松散，不经过分层碾压的填土，不能满足道路路基的稳定性要求，具有很差的工程力学性质。新填土和素填土层是该工程设计主要处理的地层。

3.2 工程设计

在本工程的加固处理过程中，使填土的承载力和密实度得以提高是其加固处理主要目标，最终在结合现场实际情况的条件下，在考虑该工程特点的前提之下，我们决定采用强夯法进行路基的压实。刚开始确定的设计参数如下。

1） 运用单击夯击能。按照规范中规定的强夯法加固深度与处理深度及路基土的类型，该项设计的点夯单击夯击能选为 1 500kN·m，选择 800kN·夯专能满夯。

2） 夯锤的锤底静压力为 25 ～ 40kPa，夯锤的质量选 10 ～15t，并且夯锤上要有许多和顶面相通的排气孔，250 ～300mm 孔径。

3） 根据现场试夯得出的夯沉量和夯击次数之间的关系曲线图来确定夯点夯击数，并满足最后 2 击平均的夯沉量在 50mm 之下，在夯坑的周围地面没有产生过大的隆起，不会因为夯坑太深而造成提锤困难的状况发生。在试夯之前要对单点的夯击技术予以初步确定，当填土高度 < 3m 时，要考虑使用 4 ～ 8 的单点击数； 当填土高度 > 3m 时，考虑使用 8 ～ 10 的单点夯击数。夯击遍数使用点夯 2 遍，再用低能量进行 1 遍满夯。在进行满夯之时，使用低落距锤或轻锤进行多次夯击。使用长方形的布置形式对强夯点的夯点布置，将间距设为 8m ×6m。

4） 在使用推土机把夯坑填平之前要确保每一次点夯完成。本工程设计的夯坑回填料是山皮土，它的最大粒径 <10cm，含泥量 <20%。

5） 由于此次强夯设计最主要是对原地面的表层素填土和新填土进行处理，并在强夯处理之后，将土体压缩挤密，让土体能够达到密实，以便使沉降减少同时提高承载力。除此之外，按照地质资料，此项目的场地地下水上层滞水，而且水量很小，不会对该项工程产生很大的影响。在对场地进行平整之后，场地的标高要大于地下水位的标高，对于强夯的实践间隔，一般控制在7d 左右即可。

6） 用单点夯击的试验结果对原设计的夯点布置与每遍基数合理性予以核对是进行试夯的主要目。此次试夯的实际锤底到地面的高度为 10m，使用的夯锤是圆形底，夯锤的实际质量为 15t，锤底的直徑是 2. 2m。选用编号是 49-2 的夯点进行连续的夯击，并在试夯的过程中测量每个夯点每击夯沉量，夯击次数和夯沉量的关系曲线如图 1 所示。根据夯击次数和夯沉量的关系曲线图，同时按照止夯的条件确定夯击次数，最佳夯击次数是 8 击。

图 1 夯击次数与沉降量关系曲线

因为群夯时能力是逐渐叠加的，所以单点的最佳击数使用要乘系数 0.7 进行折减，经过计算，都两遍的点夯击数 N1以及相对应的夯击能W1如下：

N1= 8 × 0. 7≈6 次，W1= 6 × 10 × 15 × 10 = 9 000kN·m

普夯 1 遍的最佳夯击数 N2以及需要的夯击能W2为：

W2= W - W1= 3 000kN·m，N2=W2800≈4 次

由于地面的隆起范围大概是 6m，在试夯之后，对设计参数进行调整如下所示： 使用的单点夯击能为1 500kN·m，点夯击数在第 1 遍和第 2 遍时为 6 次，对夯点的布置使用间距是 6m 的正方形布置； 单点夯击能在满夯时为 800kN·m，确定夯击数为四次。

3.3 强夯法的施工工艺和设备

1） 施工设备 水准仪、推土机、履带式起重机各 1台，24m 的高龙门架支撑 1 套、12t 的夯锤 1 个。当起重机不可以作用于单缆锤进行施工时，可以借用助脱钩装置起落夯锤。在进行操作之时，夯锤挂与脱钩装置之上，当把锤吊至既定高度的时候，运用吊机上副卷扬机钢丝绳将锁卡焊合件吊起，让夯锤能够自由下落，从而进行夯击，如图 2 所示。此种方式在全国范围内都已得到了推广，并且取得了非常好的效果。

图 2 脱钩装置

2） 施工工艺 首先要平整、清理施工场地，接着要测量场地的高程，标出第 1 遍的夯实位置； 其次是要把起重机的夯锤对准夯点位置，测量夯前的锤顶高程； 接着把夯锤起吊至预定的高度，在夯锤脱钩、自由下落之后，放下吊钩，测量锤顶高程时的高度，若发现因为坑底的倾斜的原因造成锤歪斜时，立即对其进行调整，整平坑底，对此步骤要反复进行； 接着不断重复根据设计规定中要求的夯击控制标准和次数将 1 个夯点夯击完成这到工序； 在全部夯击完第 1 遍之后，用推土机填平夯坑，另外测量场地的高程； 按以上步骤在规定时间间隔后，完成所有的夯击次数。在完成所有的夯击次数之后，振动压路碾压机就位，对其进行碾压，夯实场地表层的松土，夯实之后，再次测量场地高程。

3.4 质量检测

1） 测试压实度 在 500 ～ 1 000m2范围内任意选取 3 处，从夯面下每间隔 50 ～100cm 使用灌砂法对土压实度指标进行测定，因为部分路段的处理土层比较厚，在开挖之后对深层土层压实度进行检测。在试验之后可知，强夯之后的土层密实度要比处理之前提高4% ～ 8% ，在处理之后可以满足市政道路在路面压实度方面的需求。

2） 在强夯结束 1 个月之后，使用动力标贯和平板荷载试验来检测强夯之后的路基承载力。结果表明，在经由强夯处理之后，路基的密实度和承载力都得到了大幅提升。

3.5 结论

1） 该工程项目的路段强夯加固地层主要是素填土，在使用强夯法之后，该路段的路基满足强度的设计要求。

2） 对现场的夯实效果进行随机检验，在夯锤沉降< 3cm 时便达到了夯击的目的。

3） 在夯击区域进行钻探的工序要选择在对其进行夯击之前，以便于对该区域的土质、地质情况进行调查，考虑到地下水、气的排放，在进行头遍夯击的时候，要采用风钻开设气眼式水眼。

4） 强夯吊车要选择那些稳定性较好，自重较大的履带自行式的起重机，夯锤要尽可能的使用 100t 左右，要适当提高起吊的高度。

5） 防止路基土的承載力下降，再者注意防水，防止雨水浸泡，对于地下水和排水，要设计处理措施，另外对于一些含水量大的土层，严禁使用强夯。

4 结语

在市政道路的软土路基处理中运用强夯法，不仅能使复合地基的承载力得到有效地提升，也能使深层地基进一步加固，还能使施工过程里的环境污染得以减少，从而确保了工程的工期和质量，降低了施工成本。目前，强夯法已经在许多国家都得到应用，并起到非常显著的效果。伴随社会的进步和发展，强夯法将会得到不断的完善和进一步的提高，从而在市政道路的施工过程中发挥其巨大的作用。