市政道路工程软土路基强夯施工探讨

文／田超 邯郸城市发展投资集团有限公司 河北邯郸 056002

引言：

强夯法是一种土壤加固技术，主要用于改善软弱土地基的承载能力。这种方法通过将重锤从较高处自由落下，利用其冲击力来压实土壤，从而增强土地的稳定性和承重力。强夯法特别适用于建筑工程和市政道路工程，尤其是在需要处理软土、砂质土和粘性土的情况下。在市政道路工程中，强夯法经常被用于加固那些自然承载力较弱的土壤，以便支撑道路和基础设施的重量，这种方法不仅提高了土壤的密实度和均匀性，还减少了地面沉降的风险，是一种经济高效的土壤改良技术。由于其对周边环境的影响相对较小，强夯法在城市和郊区的道路建设中尤其受欢迎，能够在不扰乱现有建筑和结构的情况下提供稳固的地基。

1.市政道路施工中软土路基的危害性

这类路基通常承载力差、稳定性差，会一定程度上影响道路的使用寿命和安全性，要采用强夯施工技术针对性提高这类软土路基的承载力和稳定性。通过强夯，可以有效地减小土壤的孔隙比率，增加其土质层的密度，达到提升路基的整体结构强度的目的。

1.1 承载力不足

软土由于其高含水量和低密实度特性，呈现出显著的强度不足现象。这种土质在受到持续或重复荷载作用时，易出现过度压缩和结构变形，导致路面的不均匀沉降或塌陷。此外，软土的低承载特性还会引发路基剪切强度不足的现象，增加了道路基层滑移和失稳的风险。这些因素共同作用，极大地限制了路基的工程性能[1]。

1.2 稳定性差

这种软土的土质在受到外部负荷作用后，特别是交变荷载的影响下，容易发生不可逆的塑性变形，让路基中的填充物出现沉降和侧向流动的现象，而且软土的孔隙水压力在动态荷载作用下还会发生急剧变化，进一步加剧了路基的不稳定性。

1.3 施工难度大

软土具有高含水量、低密实度和强压缩性，这些特性导致在传统的路基施工方法下难以达到所需的工程稳定性和承载力标准。为了有效处理软土路基，施工团队必须采用特殊的地基加固技术，这些技术要求有非常精确的操作技术，这样才能维持公路路基的稳定和耐久性。此外，软土容易变形和容易沉降的特性要求施工过程中进行持续的监测和调整，增加了工程管理的复杂性。

2.强夯法的概述

2.1 强夯法的施工优势

强夯法在市政道路的工程施工中之所以备受青睐，主要原因还是其优势较为明显，施工的机械设备操作简单且施工流程非常方便快捷，不仅提高了效率，还大大降低了施工成本。而且强夯法在加固地基方面效果显著，能够有效提升土壤的密实度和稳定性，这对于保证道路和建筑的安全至关重要[2]。此外，其广泛的适用性也是一个重要因素，它能够应对各种土质条件，从最初的砂土和碎石土压实，以及后来扩展到的黏土等其他复杂土质，随着时间的推移，强夯法通过不断融合新技术和新方法，其应用领域和效果都得到了显著的提升和推广。

2.2 加固机理

2.2.1 动力固结

将强夯法使用在细颗粒饱和黏土等土壤区域时，强夯作业通过施加巨大的冲击能量，在土壤中产生应力波，从而打破土体的原有结构。在强夯法的作用下，施加到土壤上的高强度应力波会使土体局部发生液化并产生裂缝，这些裂缝扩大了土壤的排水路径。由此产生的结构改变有利于孔隙水的流出，进而有效减少土壤内部的超孔隙水压。当这种超孔隙水压力逐渐消失，土壤开始重新固结，从而恢复到一个更加稳定和坚固的状态。此外，黏土的触变性在这一过程中发挥重要作用。触变性是指黏土在含水率保持不变的条件下，由于重塑而经历软化和硬化过程，这种性质使得黏土在初始软化后，随着时间的推移，逐步增强其强度。通过这种动力固结机理，强夯法不仅破坏了土体的初始结构，还通过重新排列其粒子，提高了土壤的整体稳定性和承载能力[3]。

2.2.2 动力密实

这种方法通过施加冲击型的动力荷载，有效减少多孔隙、粗颗粒的非饱和黏土等土体中的孔隙，进而实现土体的密实化，显著提高地基土的强度。在这个过程中，土壤中的气相成分，主要是空气，被强力挤出，这是夯实变形发生的关键。土颗粒因荷载作用而发生相对位移，这种位移是土体密实化的直接结果。这一机理不仅改善了土壤的承载能力，也增加了其稳定性，使其更适合支撑重型结构和建筑。

2.2.3 动力置换

这是一种在土木工程中用于地基加固和改良的技术，有整式置换和桩式置换两种方式。整式置换通过强夯技术，将碎石整体推入淤泥层，其原理与传统的换土垫层相似，通过这种方式可以有效地替换软弱土层，增强地基的整体稳定性和承载力。而桩式置换则利用强夯将碎石间隔性地填充至软土中，形成碎石桩或墩。这种方法产生的碎石桩在作用机理上类似于振冲法所形成的碎石桩，可以在软土中形成坚固的支撑点，从而构成复合地基，提升地基的整体性能。无论是整式置换还是桩式置换，强夯法的动力置换都能有效地提高土壤的稳定性和承载能力，尤其适用于需要快速加固和改良的工程项目，为建筑提供坚实可靠的地基支撑。

3.软土路基中强夯施工的主要机具设备

3.1 夯锤

夯锤的重量通常在8 至25 吨之间，其形状大多为圆柱形。夯锤的外壳是用18 至20 毫米厚的钢板制成，内部焊接有直径在16 至20 毫米、间距为200 至300 毫米的三向钢筋网格。此外，夯锤中心底部焊接有一个直径为50 毫米的吊钩。为了排气，夯锤中设有4 至6 个直径在100 至160 毫米之间的排气孔。夯锤内部填充的是C25等级或更高等级的混凝土，而其底部面积约为4 至6 平方米。

3.2 起重机械

一般情况下可以选择15 吨以上的履带式起重机或其他特定起重设备进行施工，如果现场的起重机吨位不足以应对施工需求，一种有效的解决方案是加装钢制支腿，以增强其起重能力。确保所用起重机的能力至少超过夯锤重量的1.5 倍是关键，这样做能够保障施工过程的安全性和效率[4]。

3.3 自动脱钩器

自动脱钩器是一种特殊的起重配件，它的主要功能是在提升夯锤至指定高度后自动释放，从而允许夯锤自由下落并对土壤进行压实。这种设备的设计兼顾了强度和灵活性，确保起吊过程中不会出现滑钩现象，同时保障夯锤的平稳落下。操作自动脱钩器时，首先将夯锤与脱钩器连接，然后利用起重机将夯锤提升到所需高度。一旦达到预定高度，脱钩器会自动解锁，允许夯锤自由落下进行压实作业。这个过程中，脱钩器的灵敏性至关重要，以确保夯锤的准确释放和有效的地基加固。同时，脱钩器的设计还便于快速连接和释放，大大提高施工效率。

3.4 推土机

大部分施工时还要使用推土机，以T3-100 型推土机为例首先需要在夯实过程产生的坑洞中填充合适的材料，推土机的强大推力用于均匀分布这些填充材料，让夯坑能得到恰当的填补和平整。这一步骤对于保持施工区域的整洁和准备下一次夯实至关重要，除此之外，T3-100 型推土机还作为地锚使用，为夯实作业提供必要的稳定性。这种操作需要精确控制推土机的力量和方向，以保证地面的平整度符合工程要求。

3.5 检测设备

在强夯法施工中，使用检测设备是为了确保施工质量和土壤加固效果达到预期标准。这些检测设备的主要用途包括评估土壤密实度、稳定性和承载能力。常见的检测方式涉及标准贯入试验、静力触探和轻便触探等方法。标准贯入试验主要用于测定土壤的密实度和一致性，而静力触探则是用来评估土壤层的厚度、密实度以及其他物理特性。轻便触探通常用于较浅层土壤的快速评估。此外，还会使用各种土工常规试验仪器，如土壤密度计、水分测定仪等，以准确分析土壤的基本物理和力学特性。

4.市政道路工程软土路基强夯施工的主要方式

在市政道路工程中，为了解决软土路基所造成的问题，可以使用强夯法施工，这种方法通过施加强大的冲击力来加固软弱土壤，提高其承载力和稳定性。

4.1 强夯施工的准备工作

4.1.1 场地平整

这一阶段的主要目标是创造一个无障碍、无杂物的工作环境，让施工区域的整体能够是平坦的。特别是在地面存在坡度的情况下，当坡度超过1:5，就必须采取措施建造长度至少为2 米、坡度介于2%至4%的反坡台阶，以确保机械设备的稳定运行和施工的安全性。在雨季进行施工时，排水系统的规划和维护尤为重要，不仅要保证夯坑内部无积水，还要确保夯实后的区域排水畅通。此外，为了防止施工过程中对附近建筑物和设备的潜在影响，需要在施工前设置检测点，实施防震沟挖掘和其他减震措施，尤其是在距离建筑物50 米范围内的施工区域尤其要做好相关措施[5]。

4.1.2 夯点和夯距的设置

夯点的布置和夯距的确定直接影响着工程的质量和效果，夯点的设置根据建筑物的种类和结构特征有所不同，不同类型建筑的夯点布局各有特点。大型建筑物一般采用等边三角形或正方形的夯点布局，这有助于均匀加固较大的地基面积。相比之下，办公楼和住宅建筑，由于承重墙较多，更适合采用等腰三角形的夯点布局。而在工业厂房的施工中，夯点的布置通常依据其柱网结构来规划。夯距指的是相邻两个夯点之间的距离，它直接影响到夯实效果的均匀性和加固深度。合理的夯距应综合考虑土层条件、夯击能量和夯点直径等因素。夯距过大会导致夯实效果不均匀，而夯距过小则会增加施工成本。合理确定夯距不仅可以提高路基的承载能力，还能有效控制工程成本。在强夯施工中，还需特别注意的是，夯击过程可能会引起周围土体的位移和沉降。因此，在施工前需进行详细的地质勘察和土层分析，以预测夯击对周围环境可能产生的影响，还要在施工过程中实施动态监测，及时调整夯击参数，确保施工的安全和工程最终的效果。

4.1.3 强夯顺序及次数

在进行强夯工作时通常会分步骤地进行，以此来提高整个施工过程的质量保障力度，在强夯施工过程中，作业一般从场地边缘向核心区域推进，目的是为了提升强夯效果的均衡性。操作起重机时，通常沿直线路径移动。每轮强夯结束后，使用推土机对施工区域进行平整，为后续的强夯工作做准备。在土层加固的步骤上，顺序是先对最底层进行强夯，然后是中层，最后是表层，这样的顺序有利于提高整个土层的稳定度。在确定强夯次数时，需考虑多种因素，如夯沉量、土壤性质以及沉降程度。一般而言，细小颗粒、高含水量和厚压缩层的土质需要更频繁的强夯处理，通常进行2 至3 次夯击，还要采用低能量夯击做好效果巩固工作，以此增强土层的稳定性，为后续建设工程的顺利进行打下坚实基础。在处理渗透性较弱的土壤时，可以考虑增加夯击的次数。然而，两次夯击之间应有一定的时间间隔，这个间隔应基于土壤中的间隙水分散发速度来设定，目的是为了充分利用每次夯击的效果。

4.2 选择合适的夯锤

夯锤的选择需综合考虑土质特性、夯击深度和预期加固效果，针对不同土质和夯击深度，应选择适宜的夯锤重量及形状，以确保夯实效果。对于细粒或高含水量的土壤，使用较重的夯锤并采用合适的静压力（通常为25 至40kPa）能更好地实现加固效果，大部分情况下会选择圆形夯锤，而锤底微凸的设计可有效减少起锤难度及坑壁塌陷，增强坑壁稳定性。铸钢夯锤相比混凝土夯锤，更能减少摆动幅度，减少夯坑的塌陷和损坏。在夯击能力较大的情况下，应优先考虑铸钢夯锤，而且内部应加入钢筋骨架并以混凝土填充，以提升其结构强度和耐用性。

4.3 起夯面

起夯面施工目的是为强夯提供均匀、稳定的作业平台，需对起夯面进行详细的地质勘察，确保理解土壤的物理和化学特性，接着进行土壤的预处理，减少土壤中的水分含量提高其承载能力。此后，根据土质情况和预期的加固深度，设计起夯面的厚度和面积。起夯面的布置应考虑到后续夯击作业的需求，保证夯点的均匀分布和有效覆盖。在施工过程中，应采用适宜的机械设备进行平整，确保起夯面的均匀性和平整度。而且还要全程监测起夯面的稳定性和响应，对施工中路面出现的不均匀沉降或弱点进行及时处理，是确保强夯施工质量的关键。

4.4 垫层

在处理软弱饱和土或地下水位较浅的情况下，通常需要在表面铺设一层砂砾石或碎石垫层，其厚度在0.5 至1.5米之间。选择垫层材料时，宜使用砂砾石、碎石或矿渣，其粒径应小于10 厘米。然而，当需要处理饱和砂或软土层时，要注意避免使用砂作为垫层填料，因为这可能导致夯坑涌土或涌砂的问题。过薄的垫层无法充分发挥作用，而过厚的垫层则会降低强夯的能量传递，减弱对下部软弱土层的加固效果，在选择和设计垫层时，需要综合考虑各种因素，以确保施工的有效性和高效性。

5.市政道路工程软土路基强夯施工时的注意事项

5.1 强夯应分段进行

在进行强夯法施工时，需要按照特定的顺序和操作方法。通常情况下，施工操作会从工地的边缘逐渐向中央区域推进，例如需要加固的厂房柱基，也可以采用一排一排的方式进行夯击，起重机会沿着直线行驶，从一个侧面到另一个侧面进行夯击作业。每当完成一轮夯击后，使用推土机来平整工地，并进行放线定位，以便顺利进行下一轮夯击工作。

5.2 夯击时应按试验和设计确定的强夯参数进行

根据工程设计和相关试验数据，明确夯锤的重量、夯击能量、夯击频率以及夯点间距等，这些参数是根据土壤的特性和工程要求进行精确计算和确定的。在施工过程中，必须使用符合设计要求的夯锤和夯击设备，夯锤的质量和能量输出应与设计参数相匹配，在夯击操作过程中，施工人员需要严格遵守设计参数，确保夯锤的夯击能量、频率和夯点布置与设计一致。

5.3 根据季节对应施工

在不同季节土壤的性质和湿度会发生变化，因此需要根据季节的气候条件来确定施工的时间。通常，干燥季节可能会导致土壤较硬，而潮湿季节土壤则较为松软，需要根据季节的湿度情况来选择合适的夯锤和夯击参数。

5.4 做好安全措施

第一，定期检查和维护设备。在施工前，需要进行定期的设备检查，包括起重设备、索具卡环等，以确保其正常运行状态。每天开机前，要仔细检查吊锤机械的各个部位和钢丝绳是否存在磨损或其他问题，并及时处理任何异常情况；

第二，在进行施工前的安全准备工作中，必须确保吊锤机械处于稳定状态，并对工地的坑位进行适当的准备。在起吊夯锤时，需要确保吊索保持垂直，以避免与冲吊臂发生碰撞，并采取必要的预防措施，例如挂上废弃汽车轮胎，以提供额外的保护措施。这些步骤对于确保施工的安全性至关重要，能够有效地降低潜在的风险；

第三，在夯击过程中，必须确保没有人站在臂杆和夯锤下15 米范围内，同时严禁在起重臂旋转半径范围内通行。非工作人员必须保持距离夯点30 米以外，并且所有现场操作人员都应佩戴安全帽；

第四，控制夯锤的运动。夯锤起吊和下落的速度应适中，不得过快，避免在高空停留过久。同时，严禁进行猛升猛降的操作，以防止夯锤脱落；

第五，在执行强夯工作期间，特别是在干燥的气候条件下，一定要采取降尘措施，在夯实区域周围喷洒水分以减少灰尘扩散。同时，为了保护工作人员和设备免受飞溅的石块和泥土块的伤害，起重机应配备防护罩，并且操作人员需要佩戴专门的防护眼镜。

结语：

总的来说，强夯法是运用强劲的夯击力量对地基进行冲击处理，这样做会在地基内部产生一系列的冲击波。这些波动作用于地表的土层，打破其原有结构并形成所谓的夯坑。此外，该方法还包括利用动态力对邻近土壤施加紧压。在实施强夯法时，一定要灵活应用各种施工方式和操作技术，特别是在选定夯击点和确定强夯参数时，必须要按照工程施工要求来进行。