强夯法处理公路软土路基施工技术应用研究

2015-03-21徐彬

黑龙江交通科技 2015年3期

徐彬

(贵州通力达公路工程监理有限公司铜仁分公司)

0 引言

强夯法是公路工程软土路基施工处理中较为常用的技术方式，其施工作用的机理为通过采用起重设备将重锤提升之后自由下落，产生非常大的冲击能量作用在路基上，对软土路基产生非常强的冲击和震动，进而起到提高软土路基强度，减小软土路基压缩性以及改善软土路基液化条件的作用。强夯法的施工处理应用范围广，路基处理效果明显，路基承载力可以得到显著提高，而且施工机械设备简单、材料用量少、作业工期短、处理造价相对较低，因而在公路工程施工中的应用非常广泛。但是由于强夯法施工参数多，路基加固效果与施工工艺息息相关，为了确保软土路基的施工处理效果，必须强化施工处理阶段的各工序管理，以真正发挥强夯法的技术优势，达到改良软土路基的目的。

1 强夯作用机理分析

强夯法处理公路软土路基主要是发挥动力固结加固作用，对公路路基进行强夯的作用主要有四个阶段，第一阶段是夯击势能转化为强大的冲技能，对软土路基的土体形成强制压缩与振密;第二阶段是土体出现液化与土体结构破坏，这一阶段土体抗剪强度丧失;第三阶段则是排水固结压密阶段，这一过程中土体裂隙有所发展，土体的渗透性改变，土体的强度提高;第四阶段则是强夯之后一段时间的触变恢复以及固结压密，这一阶段土体强度会继续提高。同时在强夯施工中往往采用强夯置换施工处理方式，通过将碎石以及矿渣等物理力学性能相对较好的粗集料强行挤入路基中，发挥加固软土路基的作用，并依靠置换挤密以及排水固结，形成碎石墩复合地基，进一步的提升路基的承载力，减小路基的沉降问题。

2 软土路基强夯施工参数的确定

(1)有效加固深度的确定。进行公路工程软土路基强夯加固处理方案设计，首先必须考虑强悍的有效加固深度，这也是影响夯击能确定、夯点布置以及加固均匀性的关键因素。目前在工程施工中大多采用梅纳经验公式:H =(WH/10)0.5;公式中:H 为有效加固深度，m;M 为重锤重量，t;h为重锤落距，m。

(2)夯锤的选择。由于夯击能的高低对于公路工程软土路基的强夯效果有着主导作用，如果夯锤太重、落距不足，有可能造成冲击速度不够，不足以破坏公路工程软土路基的结构，难以取得应有的效果。如果夯锤太轻，即使冲击速度较大，但是夯击能有限，也难以取得较好的夯击效果。因此在软土路基施工中，对于夯锤重量的选择，在路基加固条件允许而且具有相同提升机械能以及加固影响深度的情况下，尽量选择使用重锤，控制夯锤单位面积的静压力在2.5～4.0 t/m2。

(3)单位夯击能的确定。如果单位夯击能过小，会造成软土路基的加固效果较差，如果单位夯击能过大，不仅会造成能耗的增加，而且也会对土体造成破坏，甚至形成橡皮土，降低土体的强度。因此，现阶段在工程施工中，一般控制夯击能不超过3 000 kN·M/m2。

(4)夯击点的布置。对于公路工程软土路基施工而言，由于一般是大面积的路基处理施工，因此在夯击点的布置上往往采取等边三角形或者是等腰三角形的方式进行布置。对于夯击点之间间距的确定，则应该根据需要处理软土路基土层厚度、软土路基的具体土质条件、土质特性、透水性以及土层的含水量等综合确定。需要注意的是，夯击点间距并不是越小越好，如果夯击点过密，很容易造成加固效应在浅处叠加形成硬壳层。一般在软土路基工程施工中，夯击点的间距控制在夯锤直径的3 倍左右。

(5)点夯击数与夯击遍数的确定。单点夯击数应该根据软土路基强夯施工现场的夯击次数与夯沉量关系曲线确定，一般控制最后两次夯击的平均夯沉量在50 mm 以内，控制单击夯击能量不超过100 mm，同时确保夯击周围地面没有过大的隆起以及起锤困难的问题。对于夯击遍数的确定，则应该根据软土路基的土体性质来确定，一般情况下夯击遍数在1～3 遍左右，最后再进行一遍满夯，以对前几遍的松土和表土层进行加固。

(6)夯击间隔时间的确定。夯击间隔时间是指强夯法两次夯击之间的间隔时间，在强夯法施工的整个过程中，在夯击能作用下，软土路基中的孔隙水压力迅速的增加，达到饱和条件后土体液化，强度降低最低，停止夯击以后，孔隙水压力消散，软土路基土体强度陡增，因此应该在夯击不同遍数之间设置一定的间隔时间，为土体强度的提高提供时间。

3 强夯法施工作业管理

(1)试验段的施工处理。对于在施工方案设计阶段确定的单点夯击能、单位面积夯击能、夯击次数、夯击遍数、夯点间距、间歇时间等参数，在正式进行强夯施工作业之前必须进行试验段的施工，以便于明确对于地基承载力、变形模量、有效加固影响深度的影响。试验段夯击点应该选择在地质情况和土质的各项物理力学指标具有代表性的区域进行试夯。在试夯阶段，应该全面的记录试验数据，并绘制夯击数与坑底标高下沉量关系图、空隙水压力增量时间过程线、夯击击数与夯坑隆起体积关系曲线图、单位面积夯击能与地面平均沉降量图、夯前夯后标准贯入击数随深度分布规律图，通过数据曲线分析对强夯法施工设计参数进行验证分析，并根据试验分析结果制定正式的施工方案。

(2)强夯施工作业技术准备工作。在进行强夯加固软土路基施工作业前，首先应该按照强夯设计平面图中夯点的布置在施工作业现场进行测量放样，并确定强夯的走行路线，对于可能影响到构筑物结构稳定的，必须提前开挖隔振沟。其次，挖除地表淤泥及耕植土，并对施工作业场地进行整平，可以采用压路机适当碾压，此外还应完善施工作业场地的临时排水系统，以免地表水进入路基范围内。之后按照计算分析的夯后变形量，预先铺设粗集料或者是矿渣填料。

(3)强夯施工作业。在起重机就位以后，即可按照各项施工作业参数的要求对准夯点进行夯击处理。在夯击施工过程中，应该确保落锤平稳、夯位准确，如果出现坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将夯坑采用石料或者是矿渣填平。整个夯击施工作业顺序采取梅花型顺序夯击，分段进行。在强夯施工作业过程中，应该合理安排施工节拍，确保施工夯击施工连续进行。施工中应该确保不同遍数之间的规定的间歇时间必须足够，在完成全部夯击遍数之后，应该按照施工方案要求采用低能量“满夯”，按照不少于1/4 的搭接面积，将场地表层土夯实，同时对夯后场地高程进行测量。

(4)施工质量检测。为了确保强夯法处理公路软土路基的实际效果，在强夯施工过程中，应该对夯击次数、夯沉量、夯坑深度、开口大小、夯坑体积、场地隆起和下沉记录、夯击后场地的夯沉量、孔隙水压力增长检测、每批夯点的加固效果检测、最后2 击的贯入度等技术指标进行现场的控制。在完成强夯法施工作业之后，应该采用原位测试法和室内土工试验法对夯击处理的效果进行评价分析，原位测试主要是进行标准贯入、静力触探试验、荷载试验等取土试验，主要是对土体的抗剪指标、压缩模量、密度、含水量、孔隙比、渗透系数、湿陷系数等指标进行试验检测，确保处理后地基承载力以及稳定性满足要求，同时对于不合格的区域应该采取相应的技术措施进行处理。