强夯法在高速公路路基施工中的应用分析

2020-11-10丁亮

中阿科技论坛（中英阿文） 2020年8期

丁亮

摘要：随着我国高速公路网络的日益完善，公路建设中面临的地质条件也越加复杂，为保证道路路基承载力，必须做好相应的处理工程。本文主要围绕强夯法展开详细分析，首先探讨了强夯法的发展情况，其后详细分析了强夯法路基加固机理与特点，最后围绕工程案例展开具体论述，以期为后续研究提供一些参考。

关键词：强夯法;高速公路;路基;加固机理;工程案例

中图分类号：U445.72 文献标识码：A

在高速公路路基施工中，强夯法是一种最为常用的处理方法，被广泛运用于砂土、黏性土、粉土、湿陷性黄土等各类地层中，有效提高了路基承载力，保证了高速公路使用寿命。加强强夯法加固机理及其施工要点研究，具有重要的现实意义，本文就此展开详细分析。

1 强夯法概述

强力夯实法，简称“强夯法”，最早出现在20世纪60年代，在重锤夯实技术的基础上发展而来，主要是利用8t～40 t的重锤在5m～40 m的高空自由下落，实现对地基的强烈冲击，达到加固地基的目的。

自1975起我国开始引入强夯法，施工技术方法不断改进，适用范围从碎石土逐渐发展至黏性土，加固深度也在增大。强夯法可提高地基强度，减小地基压缩性，有效消除土的湿陷性[1]。综合来看，强夯法运用于路基施工中，可操作性、经济性均较好，施工简单、方便，且不存在环境污染的问题[2]。

2 强夯法路基加固机理与特点分析

2.1 强夯法路基加固机理分析

强夯法加固路基，主要是借助夯锤自由下落施加冲击荷载，具体可将其作用机制归纳为加密、固结和预加变形等三点，土体整个加密过程分为四个阶段，如图1所示。

从土体的构成来看，其主要包括固相、液相、气相，在整个强夯过程中，将气体充分排出后，固相与液相形成饱和土，重锤下继续排水并固结土体，实现路基强度的提高。

2.2 强夯法路基加固特点

结合相关理论与工程实践经验分析，对强夯法路基加固特点进行归纳，具体如下：（1）适用于各种土层，包括砂性土、粉土、一般黏性土、黄土、人工填土等;（2）应用范围广泛，包括工民建、公路、铁路、桥梁等;（3）加固效果显著，结合上文分析可知强夯法在提高路基承载力、压缩模量等方面效果显著;（4）有效加固深度大，一般能量强夯处理深度6m～8 m，高能级强夯处理深度可达12 m，多层强夯处理深度可达24m～54 m;（5）施工设备简单，常用的有履带式起重机、龙门式起落架等;（6）材料用量省，强夯法主要是对原状土施加冲击力，无需使用建筑材料，若是辅以其他方法加固，也可起到较好的节省材料的效果;（7）节省工程造价，强夯法无需建筑材料，相应地节省了购买、运输费用，工程造价相对较低;（8）施工快捷，强夯工艺施工较迅速，尤其是粗颗粒非饱和土的处理方面效率更高、周期更短，具有好的间接经济效益[3]。

结合大量的工程實践分析显示，强夯法可处理各种不同地基，速度快、处理深度大，可较好改善地基承载力，不受施工季节限制，综合效益显著。

2.3 强夯法的运用要点

2.3.1 基本程序

从目前的工程实践情况来看，强夯法在高速公路路基处理中的运用，需根据项目地质情况选择施工设备、施工参数，并由此开展现场试夯工作合理调整参数，具体程序如下：（1）查明项目地质情况、周边环境，并判断实际工程规模及其重要性;（2）根据查明的资料，结合路基加固要求计算夯击能力、加固深度，并在此基础上合理选择锤重、落距、夯间距、夯击数等;（3）根据已确定的施工参数，制定施工计划，布置强夯点位，并明确施工要求;（4）高速公路路基施工前，实施试夯工作，对试验路段路基的加固效果进行检验分析，根据试验结果确定是否需要对施工参数进行调整、优化;（5）严格按试夯后确定的施工参数进行作业，检验加固效果，合格后方可完工。

2.3.2 运用要点

从强夯法的现场施工经验分析可知，在实际路基处理中，必须合理选用强夯设备，夯击次数、遍数以及夯击点布置均要合理，由此方可保证最终的夯击结果能够满足实际要求。

（1）强夯设备的选择

高速公路路基强夯施工时，强夯设备的选择主要分两大部分：①夯击锤。目前工程实践中运用较多的就是方锤和圆锤，夯锤质量根据项目实际所需有效加固深度确定，通常情况以10 m为分界线，加固深度10 m以内，多选用10 t～18 t重锤;加固深度超过10 m，则重锤质量必须在18 t以上。②夯击设备。以履带式起重机的运用居多，具有稳定性好、行走便利以及施工快等诸多优势。

（2）夯击次数与遍数的确定

夯击次数与遍数，主要取决于高速公路路基加固要求，通常情况下根据现场试夯结果确定，不同土层的夯击要求可归纳如下：①碎石土、砂土、低饱和度的湿陷性黄土、填土等，尽可能增加夯实次数、减少夯击遍数，2～3遍为宜;②饱和度较高的黏性土，需合理控制夯击次数，夯击遍数可适当增加，3～8遍为宜。相关工程实践显示，我国大部分工程夯击2遍，再以低能量满夯一遍，均有较好的加固效果。

（3）夯击点布置

在强夯法处理地基时，夯击点布置的合理性直接决定强夯加固效果。一般根据地基土性质、加固深度要求，确定夯击点间距;根据基地平面形状，采用梅花形、正方形布置[4]。我国强夯工程实践情况显示，常用夯距为3 m～12 m，且间隔夯击效果优于连夯，对深层加固更有利。

3 工程应用实例

本文主要围绕高速公路项目实例展开具体分析，明确强夯法的运用要点及其效果，以期为后续研究提供参考。

3.1 工程概况

此高速公路项目路线全长265.753 km，基岩地层以火山岩、泥岩、泥质粉砂岩地层为主，岩石强度低、抗风化能力差，区域分布有黄土，包括原生黄土和冲洪积次生黄土，其湿陷性部分为自重性、部分为非自重性，平均厚度4 m～12 m，最厚处20 m。

3.2 路基处理设备

经综合分析，本项目决定采用强夯法进行路基处理，选用履带式起重机（起重力>15 t）+夯锤进行作业，夯锤的性能参数要求如表1所示，具体设计如图2所示。

3.3 试验路段分析

本项目采用强夯法处理湿陷性黄土，为保证强夯后路基稳定，必须合理选择施工技術参数，做好现场监测，防止出现地基回弹的问题。

现场试验路段强夯作业，夯击动能为1 000 kN·m，按边长4 m画布正方形网格，以正方形为中心进行夯击，先间隔夯击，后整块夯击地基下沉0.5 m。夯击试验时，每点夯击4次、6次、8次、10次，确保压实度>50%。试验结果显示，每点夯击8次可达到施工质量要求[5]。

3.4 强夯施工技术要点

3.4.1 施工人员配置

本项目强夯施工人员配置情况如表2所示。根据施工情况来看，每台机械每天可强夯处理1000 m2。

3.4.2 施工过程要点

本项目强夯法施工要点如下：（1）清理、平整施工场地;（2）测定地基原始标高、布设夯锤落点;（3）测量夯锤施工前顶面标高;（4）吊起夯锤至设计高度，自由下落夯击地面成坑，适当平整坑底;（5）按设计要求，重复夯击操作，完成设计要求的次数;（6）继续夯击下一夯点，直至完成整个场地夯击为止;（7）点夯后平整地面，1000 kN·m夯击能满夯2遍，重新平整地面;（8）回填整平地面坑印，记录地基标高;（9）按设计要求的时间间隔，重复上述操作，直至完成低能满夯要求次数，对地基高程进行测量[6]。

3.4.3 质量检验

本项目质量检验主要分为施工前、中、后三大阶段，具体如下：（1）施工前，主要检查施工区域土质、排水设施与夯锤参数等;（2）施工中，主要检查落距、夯击遍数、夯点位置、夯击范围;（3）施工后，主要检查地基强度，完成承载力检验工作。

3.5 施工效果

结合机械设备费用、人工费用以及管理费用等综合分析，计算可得强夯处理单价为6.32元/m2，经济性相对较好;完成强夯施工后，结合设计标准控制指标，对每个夯点最终两次夯击平均沉降值进行检查，显示满足设计要求，质量达标。

4 结语

综上所述，强夯法在路基处理中运用普遍，可单独使用，也可配合其他处理方法联合作业，有效加固路基。在强夯法作业前，需做好现场勘察工作，掌握区域地质条件，合理确定强夯施工设备、技术参数等，并通过试验路段进一步优化相关参数，保证路基处理效果达标，为高速公路稳定运行提供可靠的基础。

（责任编辑：侯辛锋）

参考文献：

[1]刘海峰.强夯法在高速公路路基工程施工中的应用[J].建筑技术开发，2019，46（04）：91-92.

[2]温伟.阐述强夯法在高速公路路基施工中的运用[J].黑龙江交通科技，2019，42（02）：87+89.

[3]郑瑞君，李海滨.石安高速公路路基强夯法关键设计参数分析[J].黑龙江交通科技，2015，38（07）：9-10.

[4]王治强.强夯法在高速公路路基施工中的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2015，11（07）：79-80.