市政道路施工中的软基处理技术探究

2016-08-12程金斌将乐县园林所福建将乐353300

低碳世界 2016年17期

程金斌（将乐县园林所，福建将乐 353300）

市政道路施工中的软基处理技术探究

程金斌（将乐县园林所，福建将乐 353300）

随着施工技术的进步，我国建筑行业也取得了很大进步，对于市政道路改建工程施工要求越来越严格，为了不断满足通行的需求.需要在市政道路施工中运用强夯法，强夯法可以在公路改建工程施工中有效避免路基沉陷。本文阐述了强夯法的基本概念，并针对强夯法在市政道路施工中的实际应用展开分析，以供参考。

软基处理；市政道路；施工技术

引言

强夯法是市政道路施工中的一种重要的软基处理方法，可以节约施材料，加快工程进度，还能节约成本。在市政道路软基处理中的强夯法一般来说可以分为施工准备阶段、试夯阶段以及强夯施工阶段这三个步骤。

1　强夯法概述

强夯法作为一种提高路基承载力的重要施工方法，可以有效防范湿冷地区公路路基的沉陷突发问题，还可以对道路填挖结合部进行加固处理。强夯法的适用范围有：碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。强夯法施工操作较为简单，适用土质范围较广，加固效果显著，相比比换土回填节省了近60%的费用，与预制桩加固地基相比可节省投资50～7O%，与砂桩相比可节省投资40～50%。此外还可以节约工时，现场施工造成的污染也小。强夯法会对地基造成以下几种影响：

1.1固结作用

对于地基的强夯处理，会通过改变排水通道的方式使得土壤的渗透性得到变化，加快土体固结速度，在强夯过程中，裂缝会在孔隙水压力小于土粒间侧向压力时自动闭合，恢复原有的水运动状态。

1.2液化作用

强夯法的一个缺点则是其巨大冲击力会提高孔隙水压力，使得土体局部液化，强度大大下降，不过其影响范围有限。

1.3加密作用

有关研究和工程资料表明，夯实土体会降低其气体和液体的体积，使得土体密实度增加，每次夯实可减少接近一半的气体体积。

1.4时效性

土颗粒在孔隙水消散后会通过吸附自由水再次组合，回复到原来的强度，因此必须在施工完毕后的一个月内测试强夯质量，确保处理有效。

2　在道路路基施工中强夯法施工技术的优点

2.1适用土层种类广

对于多种类型土层的适用是强夯法的突出优点之一，包括大块碎石类土、建筑生活垃圾、工业废料构成的杂填土等较难处理的材料，强夯法也有良好效果，特别是其适用于软土地基。

2.2应用范围广

在工程建设领域，强夯法可以在建筑工程、市政道路工程、机场建设、港口码头、人工岛等范围内使用，适用范围广。

2.3加固效果好

对于强夯法处理后的地基，其承载力和压碎模量都得到了增强，干密度也提高了，降低了土体的膨胀性和湿陷性，其振动液化现象大为减轻。

3　强夯法在道路软基加固中的基本原理

3.1动力密实

此原理作用的主要对象为粗颗粒土层、多孔隙土层等。是通过重锤对土层产生的大冲击力来使土壤结构变得密实，从而提高了软基的坚实度。重锤的重量一般在10～40t之间，根据具体的工程状况可选用不同重量的重锤。重锤在施工时通过起吊装置提升至10～40m的高度，做自由落体下坠。从高处落下的重锤将携带的巨大的重力势能作用于待处理的软土地基上，将地基土层中的微小颗粒互相挤压，达到夯实的效果。由于软土层中土壤颗粒形态的多样性，呈现椭圆形、片状以及圆形等多种形态，在重锤的冲击下，互相挤压密实，提高了承载力。

3.2动力固结

动力固结的作用对象主要是土壤中的微小颗粒。土壤中的微小颗粒在受到冲击力的情况下，会形成新的裂缝，从而排出其中的水分。使得颗粒间距变小。动力固结有以下几种作用机理，首先是土层的变化压缩。在软土中的细微颗粒排出水分，减少含水量的过程属于土层的变化压缩。第二种是局部的土层液化，当重锤的冲击到达软基土层后，随着微小颗粒的变形，其内部的气体和液体往外不断排出，孔隙之间的压力随之上升，当冲击力作用到一定时间后，孔隙水压力和冲击力达到一种平衡状态，此时的土壤液化程度达到峰值，细微颗粒间的间距达到最低，使得软基得到加固，需要指出的是，此现象只是在局部的范围内发生，并不是作用于整个软基土层。第三种是土层渗透性的变化。当孔隙结构在重锤压力下发生改变时，随着液体和气体的排出，侧向压力逐渐增大，随着冲击次数的增加，孔隙水压力增大，孔隙闭合。当锤击停止后，土壤中的气体和液体形成了新的动平衡。

3.3动力置换

动力置换可以分为桩式置换和整式置换两种。桩式置换指的是，将新的材料添加到原有的软土地基中，并通过重锤将其挤压到软土中的一种方法。而整式置换是加入大块碎石，利用冲击力来将软土和石块黏合到一起以实现加固效果。其共同之处都是利用冲击力来挤压外加材料的一种加固方法。

4　强夯法在市政道路中的应用

4.1应用工艺

强夯法的工程应用状况在不同的国家有所差异，在北美和西欧地区，一般采用的是大吨位的履带式起重机，其携带的重锤质量也大，对于软土层处理的稳定性也更好。而日本一般采用的的是轮胎式的起重机，重锤质量相对较小。我国市政道路软基处理中的起重机吨位和重锤质量较小，一般不超过40t，在施工是要附加滑轮来起吊重锤。在重锤起吊和下落过程中，需要注意的是，要做好安全措施，特别是注意起重机臂杆的倾斜，必要的时候要使用辅助门架支撑以保持平衡。施工前的准备工作同样重要，要对各个部件特别是脱钩器进行严格的检查，以确保施工安全和工程质量。

4.2夯实效果检测

强夯法处理软土地基的效果需要通过及时的检测来确认，检测的过程称为一个间隔过程。根据不同的施工方法和地质条件，间隔的时间也有所不同，当软土地基成分主要为黏质土壤时，间隔时间宜控制在15～30d。当采用置换的方式处理时，控制在30d左右，当地基一砂土或碎石土为主时，间隔时间可缩短至7～15d。间隔时间的不同以及夯实原理上的差异也造成了检测方法的不同，一般来说有荷载试验，十字板剪切试验以及室内土工试验等，具体到不同的工程项目中要根据实际情况选取适宜的办法。

5　强夯法施工案例

5.1工程基本概况

工程项目于某县级市城关路口处，属于公路改建工程。线路整体走向与现有道路基本一致，局部根据现场实测及县城的规划进行调整，路线全长3126.632m，平交长度250.8m，线路总长3377.432m。本工程地貌属于小盆地中的冲积平原，局部分布少量残丘。地下水为孔隙潜水，与河水互为补给，水位1.2～3.3m。地层自上而下为：①人工填土，色杂、松散～稍密，厚度0.5～1.8m；②沉积层（软土层），为淤泥质粉质黏土，夹淤泥质细砂，灰黑色，饱和，流塑，松散，该层层底埋深2～12m左右；③冲积层，杂色，花斑状粉质黏土，可塑，灰黑色淤泥质粉质黏土，饱和、流塑及灰黑色中砂层，饱和、松散一稍密，厚约0～8m；④残积层，为黄色砂质黏性土、硬塑为主，为花岗岩残积土，厚约1～3m。

在施工之前，对施工所在地的土质结构进行调查，制订了强夯法的地基处理方案。采用履带式起重机，用20mm厚度钢板作为底部，在捶底和锤面之间，设置通气管，以降低重锤的冲击作用。夯实方案则是在每一个点用重锤冲击7次，每次夯击时重锤的提升高度不同，起始高度高，随着夯击次数增加，高度逐渐降低。强夯法所使用的机具见图1，强夯点的布点见图2。

图1　强夯法机械装置图

5.2强夯法工艺参数分析

软土夯击工艺及参数往往决定强夯法的效果，根据试夯结果和附近施工资料，强夯夯击遍数、单点夯击能、夯击次数、夯点间距、每遍间隔时间、夯击顺序等参数参考值见表1及图2。

在进行强夯发施工前应预先查明场地下建筑物、硬夹层及管线等情况，采取适当的措施加以保护或者避让，以免造成损坏。还要详细核对地质报告，或进行补勘，查明硬夹层和地下大障碍物的分布情况。地表上铺设1m左右的（一般要求0.5～2.0m）厚砂垫层以起到支承起重设备、扩散“夯击能”的作用，也作为地下水的排出通道。袋装砂井布置间距1.5～2.0m，直径0.05m，呈等边三角形布置。根据设计初步确定的参数，在现场有代表性的场地进行试夯。通过测试和数据的对比，检查其强夯效果，以便确定工程采用的各项参数。强夯过程中严格控制前后两遍的夯击间隔时间，以利超孔隙水压尽可能消散。当完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯。

表1　软土夯击参数表

图2　强夯点大样图

5.3施工阶段

施工之前的准备阶段要做好起重机的启动工作，并检查重锤及脱钩器的运行情况；之后，根据施工方案确定夯点，同时设置4个基准点。

操作步骤上则需要注意顺序，每一个夯击循环由以下步骤组成：选定夯击点，安装好起重机，将重锤挂在脱钩器上，启动滑轮，提升重锤到指定高度，同时拉转脱钩器，使重锤自由下落，对土层完成夯击。按照施工方案，重复夯击循环，以完成软土路基的夯实。在夯击时，当重锤处于平衡点后，方能拉转脱钩器，以免影响夯击效果。为了提高夯实效果，在夯击数次之后，将夯击坑覆上土层，再进行夯击，使得地基表层的土壤更加密实。

5.4强夯效果

测试应在孔隙水压力消散后进行，一般应在强夯结束一定时间后进行检验。试验点应分别取在夯点及夯点间，常用的方法有静力触探和动力触探、荷载试验、波速试验等。

在本工程中，孔隙水压力在一个星期内基本消散完毕，设置的排水措施使其达到原设计参数条件要求，起到了不错的效果。避免了由于孔隙水压力消散慢，导致土体液化出现“橡皮土”的现象。从图3可以看出，本工程的加固深度一般在15m以内，但处理效果明显的只在表层6m以内，主要是由于现场没有高能量的强夯设备，夯击能量参数没达到设计要求，所以有效加固深度没有达到设计预计效果。根据现场的实际情况，及时对设计措施进行了调整，对软土分布深度在6m以上的地段采取了复合地基、真空预压等其他处理措施。