基于强夯法的湿陷性黄土路基施工工艺分析

2022-09-20张嫄

运输经理世界 2022年3期

张嫄

[甘肃威远路业(集团)有限公司，甘肃定西 743000]

0 引言

强夯法是建筑工程领域中一种加固地基的施工技术，使用此方法进行地基工程的加固处理时，施工方会使用75～260kN 的重锤，将其提升到一定的高度后，让重锤自然下落，此时重锤会对土体产生较大的冲击作用力。在外部作用力下，土层瞬间发生形变，土体被压缩出现瞬间变形，迫使土层中的孔隙被挤压，部分呈现湿陷性的土层还将出现瞬时液化的现象。与此同时，部分夯击位置将产生裂缝，裂缝成为土层的排水与排气通道，此时土层中的水体沿着通道溢出，土层颗粒的空间顺序被重新排列。通过此种方式，起到对土体加密、加固的处理效果。

本文研究的湿陷性黄土在夯实施工中具有影响因素多、干扰条件复杂等特点，要实现此类地基工程的加固施工，需要提前制定规范的施工方案，设计强夯法的科学应用方式。以此种方式，强化工程施工效果，为类似的土石方工程项目提供数据支撑。

1 工程概况

该工程项目为某地区在建项目，位于Ⅲ级阶地层，土层属于第四系黄土，通过对地层的采样与分析，可以将土层划分为三种类别。第一层土层属于Ⅱ～Ⅲ级湿陷性土层，为非自重类型的黄土，厚度在14～16m 范围内。第二层土层为非湿陷性黄土层，土层的厚度在11～13m 范围内。第三层土层属于饱和类型的黄土，土层厚度在13～15m 范围内。

此次强夯施工主要针对第一层土层。为提供更加真实的数据支撑施工方案，施工前，由现场技术人员采用现场勘查的方式，对不同结构层的土体进行取样，通过对土体的测试，掌握各个土层内各项物理力学指标[1]。相关内容如表1所示。

表1 施工区土层物理力学指标

分析表1所示的土层测试数据可以看出，此路基的湿陷性较强，在此种结构下直接进行工程施工，会导致上层建筑出现不规则沉降，严重情况下，甚至会出现地质结构裂缝等灾害。

2 湿陷性黄土路基强夯施工工艺

2.1 湿陷性黄土表层土清理与排水设计

为保证湿陷性黄土路基强夯施工的顺利实施，应在施工前，根据工程设计要求，进行施工场地表层土的清理工作[2]。

结合施工场地实际情况，对表层土中的腐殖性土层与草皮进行清除处理，确保清除处理的深度在30cm 以上。对于埋置较深的草皮或土壤，可以加深土层的处理深度[3]。去除施工场地内局部位置的淤泥，进行土层的翻浆，对于场地中存在积水的位置，应在排出土壤内的积水后，对土壤进行晾干处理。

在此基础上，为确保对土层内积水完全排出，应结合现场条件，设置排水沟，排水沟布置见图1。

图1 强夯施工现场排水沟

排水沟属于临时设施，增设排水沟不仅可以将土层中积水排出，还可以将到施工过程中的雨水排出。完成上述处理后，对强夯施工场地进行整平处理，即完成施工前的相关准备工作。

2.2 设计工程施工主要技术参数

完成上述设计后，设计工程项目施工现场主要技术参数，为满足工程强夯法施工需求，按照表2进行强夯设备的选型。

表2 施工现场强夯设备的选型

为确保夯击施工可以达到预期的加固夯实效果，需要根据施工场地实际情况，确定夯实加固施工的深度。在夯击参数相同的条件下，即便土层类型相同，也会由于沉积时间差异或物理性能差异，出现不同的夯实效果[4]。因此，应在施工中，从夯击能量、加固深度两个方面，进行工程施工技术参数的设计。

合理设计夯锤夯击能量，不仅可以提高路基加固施工的效率，还可以提高施工水平。如果设计的夯击能量过大，会出现能量浪费的问题，反之，如果设计的夯击能量过小，会出现路基加固施工无法达到预期效果的问题。因此，在综合分析后，选用200kN 夯锤，设计第一遍的夯击落距为13.5m，夯击能量为2.5×103kN·m，第二遍的夯击落距为7.8m，夯击能量为1.5×103kN·m。

完成上述设计后，确定强夯施工中的加固深度，根据现场数据与土层勘查数据，可按照下述计算公式，对夯击加固施工深度进行计算。

式（1）中：H表示强夯施工中的加固深度；K表示夯锤重量，此次K的取值为200kN；M表示单击能量，计算单位为kN；h表示强夯点落距，计算单位为m；n表示重锤下落次数。

按照计算公式（1），得到强夯施工中的加固深度，以此种方式，完成工程施工主要技术参数的设计。

2.3 布置湿陷性黄土路基强夯点

根据路基加固工程施工需求与土层物理性质，在完成对场地平面的整平处理后，按照图2所示的方式，布置强夯施工点。

图2 强夯施工点布置现场

完成对夯击点的布置后，需要采用单点夯击的方式，在施工现场进行湿陷性黄土的试夯处理，试夯的次数通常为6 次、8 次、10 次，通过试夯得到与土层物理性质相关的参数。在施工场地内进行大面积的试夯处理时，应将6 次单点夯击作为基础点数，如果试夯过程中路基土层的沉降量无法达到预期要求，则需要调整施工现场的夯点布置[5]。完成调整后，再重复上述步骤，在预设的点位进行试夯，当试夯满足条件后，规划强夯施工场地，开始执行夯击施工。

2.4 夯击施工工序

施工中，需要先根据工程方提供的坐标点与工程信息，进行现场强夯点的复测，使用水准仪进行地面高程高度的测量。完成测量后，在现场进行定位、放线。准备起重吊车，待车辆停稳后，调整车辆悬臂的角度，通常情况下，将悬臂角度调整在65～75o范围内，校正夯锤的落距与落点位置。施工机械就位后，测量夯锤的落距，采取措施，确保夯距在施工过程中不会发生改变。

将夯击锤起吊到预设高度后，开启吊车的自动脱钩装置，使夯击锤以自由下落的方式落至地面。完成单次夯击后，测量夯锤顶面下落到地面的高程距离，使用水准仪测量单次夯击后黄土地面的沉降量。重复上述步骤，当此点位达到预设的沉降量后，将夯击锤移动到下一个夯击点，确保对湿陷性黄土的施工可以达到预期效果。施工现场如图3所示。

图3 强夯施工作业现场

在夯击过程中，应注意对夯锤中心点偏差的控制，夯击中心与预设的中心位置偏差应在150mm 范围内。同时，当夯击的地面不平整、倾斜角度＞30o时，应先对地面的基坑进行填平处理，才能进行夯实施工。在施工现场，每完成一遍黄土地基的夯实处理，都需要进行一次整平操作。在进行第二遍场地夯击时，应结合场地的实际情况，按照本文2.3 的要求，进行湿陷性黄土路基强夯点的重新布设。以此种方式，避免工程施工效果出现偏差。

最后一遍夯实施工处理应采用满夯施工法，完成对场地内所有点位的强夯施工处理后，使用重锤设置低能量夯击方式，对场地覆盖范围进行全面夯实。注意在施工过程中，控制夯实点的放线与复测，确保每次夯实施工的沉降量都可以达到预期的标准。按照上述步骤，执行湿陷性黄土场地的规范化强夯施工，在提高土层结构密度与压实度的基础上，满足业主方提出的土体加固施工需求。

3 施工效果

按照上文所述的施工步骤，对湿陷性黄土路基进行强夯施工，统计在不同夯击次数下的黄土路基沉降量。统计结果如下表3所示。

表3 不同夯击次数下的黄土路基沉降量

表3中，括号内的数值代表本次夯击后黄土路基沉降值。分析数据可知，不同夯击点的沉降总量在130～140cm 范围内，当强夯施工遍数达到4 时，对于路基的沉降量影响值＜5cm，当夯击施工遍数达到5时，对于路基的沉降量影响值≤3cm。

根据湿陷性黄土路基相关施工标准文件可知，施工场地单次夯击沉降量＜5cm 时，夯击次数达到设计标准。由此可以证明，本文设计的施工方法在工程实际应用中，可以起到夯实路基的效果。为进一步检验强夯法的施工效果，在对应的夯击点，使用标准触探仪进行地基承载力的测试，获取夯击后路基土层物理学参数，计算路基承载力。统计不同夯击点的承载力测试结果，见图4。