强夯法处理公路软土路基施工技术应用

2021-01-27赵园胡根长

运输经理世界 2020年6期

文/赵园、胡根长

1 前言

强夯法主要是针对软土路基来开展施工处理，是一项专业施工技术。其主要的施工原理就是利用起重设备将重锤提升后再自由下落，对地基形成巨大的冲击力，实现软土地基的冲击和震动，提高软土路基结构的总体性能，改善路基液化条件，满足工程的使用安全性要求。该技术被广泛应用到工程中，处理效果比较好，路基承载力也比较高，并且机械设备简单、操作方便，施工周期短、造价也很低，所以是目前公路项目实施的主要技术[1]。该技术在应用的过程中需要计算的对象比较多，而路基加工效果与施工工艺存在的关系是相对密切的。因此，为了能够切实将路基的施工质量提高，需要做好施工技术管控，对技术的应用，其应用对工程质量起积极作用。

2 强夯法优点与缺点分析

2.1 优点

2.1.1 适用范围广泛：可以应用到各种地质条件下，比如砂土、粉土、黏性土、黄土等等。尤其是应用到一些无法加固处理的大型块石和建筑、生活垃圾等组合成为的杂填土情况，应用置换法来实现地基结构的加固处理。

2.1.2 加固效果显著：强夯法施工后，可以促进地基承载性能的提升，保证施工效果合格。

2.1.3 有效加固深度：单层8000KN·m 高能量级强夯施工可以达到12m 深度的要求，实现多层强夯作业施工，深度可达24～54m，所以需要在具体的应用中分析各种影响技术参数，符合施工的标准。

2.1.4 强夯施工机具简单：强夯机一般就是履带式起重机，通常需要安装有龙门架等基础性结构，保证其吊装和施工的安全性、稳定性合格。

2.1.5 节省材料：通常来说，强夯法在施工中是通过能量施加的方式进行原状土或者回填土的处理，不会使用其他建筑材料，所以材料比较节约。

2.1.6 节省造价：强夯工艺没有使用额外的施工材料。与桩基础相比，不仅降低成本，同时还能简化工艺。人工、材料费用都得到降低，不会产生其他的损耗。

2.2 缺点

缺点主要是施工过程中噪音量较大，所以不能应用到人口密集的城市地区中。

3 强夯法应用机理分析

强夯法处理公路软土路基可以通过使用动力固结的方式进行加固处理，主要可以分成四个阶段来进行：第一，将巨大的夯击能量转变成为比较大的冲击能量，可以实现软土路基的压缩和振密的处理；第二，土体会接触到外界环境因素产生的破坏。在该环节过程中，土体的抗检能力就会失去；第三，通过排水固结压密作业的方式，保证土体裂隙进行必要的发展，渗透性并不会发生较大变化，土体结构强度得到提升；第四，强夯施工结束之后，触变恢复和固结压密作业的方式。该环节可以促进土体的强度得到有效提升，同时强夯施工方式可以利用强夯置换作业方式，把碎石、矿渣等性能比较好的集料全部都挤入到路基结构位置上，提升软土路基的固定处理效果，还能利用置换挤密和排水固结的方式，组合成为复合地基的形式，在一定程度上提高承载能力，减少路基沉陷等病害问题产生[2]。

4 强夯法处理公路软土层的施工技术

4.1 施工之前的准备工作

公路软土路基施工开始前，首先要做好现场土层的平整性处理，做好表面清理，还要进行必要的碾压处理，达到基本的平整要求。如果超出1∶5 就应该挖掘出3%的反坡度台阶，其长度应该控制在2m 以下。强夯施工时，其土层结构周边需要防震和防水处理措施。强夯作业阶段，应该做好震动检测，避免严重震动给周边设备、建筑物产生任何的不利影响。土层强夯环节，要分主次进行，特别是涵洞周边区域[3]。通常来说，应该保证路基施工范围内进行强夯处理，在施工后做好涵洞施工处理。施工前应该把公路施工设备的进出路段全部都修建完成，施工周边水源要及时排除，保证不会影响施工效果。最后，要按照施工图纸进行测量和施工，给今后的施工提供良好基础条件。

4.2 施工参数的确定

4.2.1 加固深度确定。公路软土地基强夯加固施工方案确定阶段，首先应该了解到强夯施工所能达到的加固深度，弄清楚夯击能量、夯点设置、加固均匀等方面的指标要求。

当前在工程设计中，主要是应用梅纳经验公式：H＝（Wh／10）0.5；公式中：H 为有效加固深度；W 为重锤重量；h 为重锤落距。

4.2.2 夯锤的选择。公路项目软土地基强夯施工阶段，要重视强夯效果的分析和控制。如果夯锤重量过大、落距比较小，会导致冲击速度不足，水不会破坏内部土体结构，使用效果也比较差。如果夯锤重量比较小，即使冲击速度比较大，夯实夯击能量也是很小的，也不能提升夯击施工的效果[4]。因此，软土路基施工中，夯锤重量是关键性技术参数，要做好选择和控制。在路基加固达到要求的基础下，应该选择使用提升机械性能和加固深度的作业方式，采用重锤进行施工，保证夯锤单位面积静压力2.5～4.0t/m2。

4.2.3 单位夯击能的确定。具体操作上针对夯击能量要求不高的，需要对单位夯击能的确定进行确定，一旦确定不下来则会导致路基加固效果比较差；如果夯击能量过大，会导致能量损失，还会威胁到土体的结构性能，甚至会出现橡皮土的情况，造成土体强度比较低。因此，当前施工中，强夯施工中夯击能量一般控制为3000kN·M/m2。

4.2.4 夯击点的布置。在具体步骤的过程中，需要按照路基面积的大小进行确定。就目前来说，在夯击点设置的过程中，采用的方式主要是按照三角形与等腰三角形的方式进行布置的。夯击点间隔距离在设定中，要考虑到软土地基厚度、地质条件、透水性、土层含水量等多个方面的技术参数后确定。需要注意的是，在夯击点布置的环节上，并不是间隔的距离越小越好，一旦夯击点布置过高就会导致施工质量下降；夯击点布置过密，夯击点的强度也到不到要求。所以，在夯击点布置的过程中，需要按照软土地基的情况，控制夯击点间距保证为夯锤直径的3 倍左右为最佳。

4.2.5 夯击数与夯击遍数的确定。在进行夯击数与夯击遍数的过程中，按照实际工程的地质条件进行选择。通常情况下需要保证最后两次夯击平均下沉50mm 以下，确保单击夯击能力不会超过100mm 以及夯击周边空间内没有出现比较大的隆起或者起锤困难的情况。夯击遍数也是比较重要的技术参数，应该分析土体性质来最终确定，通常情况为1～3遍左右，最后阶段要进行一次满夯作业施工，实现整个表面的松土与表层部分的全部加固处理。

4.2.6 夯击间隔时间的确定。在该阶段中，对间隔时间的确定是提升路基强度的关键。强夯法作业阶段，在夯击能的影响下，路基内的孔隙水会快速增多；在处于饱和的条件下就会实现土体的液化，强度会下降；在夯击完成后，会导致其内部水压力的消失，软土路基内强度上升比较快。因此，做好时间控制，提升施工强度和工程的施工进度与质量。

5 强夯法施工作业

5.1 试验阶段的施工处理

在施工方案确定的过程中，需要全面地对夯击的数据指标进行合理控制，保证各项指标均满足技术规程要求。在开始强夯前，先选择合适的路段进行试验夯击施工，确定好准确的技术参数后才能开始正式施工，保证夯击施工的效果合格。试验段夯击点需要保证在地质条件合格、物理参数达标的条件下进行试夯作业。试夯环节，对数据进行严格记录分析是非常关键的，操作上按照施工情况将夯击数和坑底标高沉量关系图、夯击遍数和隆起体积关系图等，充分掌握夯击施工和路基变化的各个方面关系，然后进行施工技术参数和性能的验证分析，为施工方案的制定和工程质量的提升起到一定的促进作用。

5.2 技术的准备

按照施工方案的要求与施工蓝图的要求做好施工准备工作非常关键。首先设置夯点，做好现场的测量放样工作，同时明确具体的夯击施工路线，如果分析发现会给周边建筑物造成一定的稳定性影响，采用开挖减震沟的方式消除影响；其次，将地表淤泥和耕植土进行全面清理，做好现场的整平作业施工，通过压路机进行必要的碾压施工，保证现场的排水系统符合标准，防止地表水进入到路基结构中；最后，进行夯击变形量的计算与分析，预先铺设施工的集料且严格控制[5]。

5.3 强夯施工作业

起重机安装到规定的位置上之后，根据施工的技术参数做好准夯点控制，然后进行夯击施工。夯击施工环节，要保证落锤达到稳定性标准，如果存在有坑底倾斜或者夯锤歪斜等问题，需要及时使用石料或者矿渣进行填充处理。夯击施工中，通过梅花型的方式进行夯击作业，分阶段来进行施工。强夯施工阶段，做好施工合理安排和控制，达到连续施工的要求；施工阶段，保证不同遍数之间的间歇时间是足够的，在全部完成夯击遍数施工后，最后进行一次满夯作业。需要注意的是，搭接面积需要≥1/4 的搭接面积，同时对表层位置进行控制，使其强度达到施工要求。

5.4 施工质量检测

为了让强夯施工方式提升公路路基的应用效果，在具体的实施环节，要做好夯击遍数、夯沉量、夯沉深度、体积以及隆起等各个方面数据的计算和分析，然后进行各个方面的观测和记录，了解夯击施工的具体情况，保证各个方面的夯击施工都能够达到技术标准和要求。此外，还需要通过原位测试法和室内土工试验法进行夯击效果分析。原位测试主要是通过静荷载试验、静力触探试验等方式，主要实现抗剪参数、压缩模量、密度、含水量等多个方面的参数分析，确保夯击完成后能够达到路基结构稳定性的标准，使路基结构部分的施工满足工程的技术标准要求。