强夯法在公路工程路基处理中的应用研究

田 辉

(衡水市交通局公路管理处)

强夯法又称动力固结法,是将一个重锤(一般为 10～40t)从高处(10～40m)自由下落,对路基土进行强力夯击,施加很大的冲击和振动能,使其达到密实的方法。作用机理为:利用夯击能对路基施加强大的冲击力,在路基土中形成冲击波和动应力,使填方骨料位移以及骨料联结处部分颗粒挤碎后填隙,使路基土压密和振密,以加固路基土,达到提高强度、降低压缩性等目的。同时夯击能还可提高土层的均匀程度,减少可能出现的差异沉降。

衡水市区西出口道路改造工程,采用一级公路标准建设,是我市的一项国庆献礼工程,工期较紧,其中赵圈东至小辛集段(K141+020～K147+910)改造方案为在原有公路基础上两侧加宽改建,填土深度为 3～10m,如用传统的分层填筑碾压的方法,将极大的影响工期,致使国庆前项目不能完工,还可能会造成路基的不均匀沉降,综合考虑政治、经济和质量等因素决定采用强夯法处理此段路基。

1 施工准备

(1)强夯锤锤重一般为 10～40t,其底面形式宜采用圆形,锤底面积宜按土的性质确定,锤底静压力值可取 25～40kPa。锤的底面宜对称设若干个与其顶面贯通的排气孔。

(2)起重设备宜采用带自动脱钩装置的履带式起重机或其他专用设备。采用履带式起重机时,可在臂杆端部设置辅助门架,或采取其他安全措施,防止落锤时机架倾覆。起重能力应大于夯锤重量的1.5倍。

(3)强夯前要查明场地范围内地下构造物和管线的位置及标高,并采取措施,防止因夯击施工造成损坏。由于强夯产生的噪音与振动可能对周围建筑物或附近居民造成影响,故强夯点距建筑物安全距离一般应大于 50m;当小于50m时,应在建筑物附近 10m处挖宽 1m,深度超过被影响建筑物基础深度的减振沟,以避免或减小强夯冲击波对建筑物的影响。施工尽可能选在白天,尽量错开午休和晚间休息时间,以最大限度减少扰民。

(4)雨期施工周边要挖好排水沟,防止路基表面积水。

(5)在正式施工前应进行试夯,试夯区平面尺寸不应小于 100m×10m。通过试夯和测试,确定强夯施工的各项技术参数,制定强夯施工方案。

(6)测量放线,定出强夯路基边线。

(7)主要作业人员要经过安全培训,并接受了施工技术交底。

2 施工技术要求

(1)有效加固深度既是选择路基处理方法的重要依据,又是反映处理效果的重要参数。可以根据梅那经验公式确定强夯加固深度,即

公式:H为加固深度,m;w为锤重,kN,h为锤的落距,m,a为经验系数,其值 0.4～1.0之间,黄土是 0.3～0.4,粘土为0.4～0.5,砂性土为 0.5～0.8。强夯法的有效加固深度应从起夯面算起。

(2)强夯法夯击过程为先对有一定间距的单点(主夯点)进行夯击,后对整个场地挨点满夯。单点间距一般为1.5～2.5D(D为锤底直径),呈正方形、梅花形和等边三角形布置,必要时用白灰画格施工。满夯为挨点错位相切。

(3)夯击遍数应根据路基土的性质试验确定,一般情况下不应低于 2遍,最后再以低能量夯击 1遍。两遍夯击之间应有一定的时间间隔,间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。对砂性土,孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间,消散时间只有 2～4min,故对渗透性较大的砂性土,两遍夯间的间歇时间很短,亦即可连续夯击。对粘性土,由于孔隙水压力消散较慢,故当夯击能逐渐增加时,孔隙水压力亦相应地叠加,其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况,一般为 21～28d。最后一遍夯沉量不大于 50mm,且夯坑周围地面不应发生过大的隆起(一般不超过30cm)。

(4)强夯应根据施工组织能力分段进行,顺序宜从路基边缘夯向中心。

(5)土的天然含水量应接近最佳含水量,范围宜在最佳含水量+1%、-2%之间。

(6)路堤填土高度小于 1m时,可直接填筑土方后强夯;路堤填土高度在 1m以上时,地表应进行强夯处理至少1遍;强夯法每层松铺填土厚度不宜大于 2m。

(7)强夯处理范围应大于路堤设计宽度,每边超出设计的宽度不宜小于 1m。除设计路堤超宽填筑外,其余土方应用于路基顶层、石灰土底基层等处。

3 施工步骤

(1)清理并平整施工场地,并测量路基高程。

(2)起重机就位。

(3)将夯锤起吊到预定高度,待夯锤脱钩自由下落后,放下吊钩,落锤应保持平稳,夯位应准确。

(4)按规定的控制标准,完成第一遍。

(5)用推土机整平路基,并测量高程。

(6)按上述步骤逐次完成全部夯击遍数,并测量夯后路基高程,夯前路基高程与夯后路基高程之差即为夯沉量。

(7)填筑上层土方,按上述步骤逐次完成该层夯实。

(8)路堤顶下至少两层(每层一般为20cm),采用分层碾压。

4 质量控制与检测

施工前应检查夯锤重量、尺寸,落距控制手段,排水设施及路基的土质、含水量。施工中应检查落距、夯击遍数、夯点位置、夯击范围。路堤强夯施工后按夯击遍数和夯沉量进行控制。

必须保证路堤顶下至少两层(每层一般为 20cm)检测压实度,并符合规范要求。路堤顶面必须按规范规定的压实度和弯沉值等检测指标进行控制。

该项目强夯完成后进行检测:平均夯沉量 4.2cm符合技术要求(不大于5cm),分层碾压后各层压实度均达到了96%以上,弯沉值低于 291.1,由此可见,压实度、弯沉等各项指标均满足设计要求。

5 结 语

强夯法是路基处理的重要方法之一,因其施工简单,费用低,可适用于很多工程,但强夯法也存在着诸如设备移动不方便,检测时间长等缺点。因此必须根据工程的实际情况进行具体分析,并采取有效的措施以确保工程质量。

[1] 黄利军,罗丽丽.强夯法施工在阜朝高速公路地基处理中的应用[J].黑龙江交通科技,2008,(9):51,53.

[2] 杨洪智,别兆东,王杰林.强夯法在荣乌高速公路工程中的应用[J].山东交通科技,2008,(2):14.