浅议强夯法在高速公路上的应用

宁永俊

1 强夯地基技术发展概况

强夯法实际上是将势能转变为动能对地基处理的一种方法。强夯最早起源于20世纪60年代末法国Menard技术公司，这种方法一般采用80 kN～400 kN的重锤，提高到6 m～40 m的高度，使其自由落下，给地基以冲击力和振动，从而达到提高地基的强度并降低其压缩性。

这种方法最初仅用于加固砂土和碎石土地基。经过二十几年的应用与发展，它已适用于加固从砾石到黏性土的各类地基土，这主要是由于施工方法的改进和排水条件的改善，强夯法由于具有效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行、节省材料和工期相对较短等优点，很快传播到世界各地。

我国则是20世纪70年代末开始引进这一新技术，1978年交通部一航局与其他单位协助在天津港三号进行了强夯试验，1979年又在秦皇岛码头进行了试验，两次试验均达到了预期的目的，效果十分显著，随后多部门也进行了强夯试验并开始应用，形成了一套完整的强夯地基处理科学体系，掌握了大量的试验和工程实测数据，并在全国推广应用。

2 强夯加固湿陷性黄土的作用机理

强夯加固过程是瞬时对地基土体施加一个巨大的冲击能量，使土体发生一系列的物理变化，如土体结构的破坏或排水固结、压密以及触变恢复等过程。其作用结果是使一定范围内的地基强度提高、孔隙挤密。

单点强夯是通过反复巨大的冲击能及伴随产生的压缩波、剪切波和瑞利波等对地基发挥综合作用，使土体受到瞬间加荷，加荷的拉压交替使用，使土颗粒间的原有接触形式迅速改变，产生位移，完成土体压缩、加密的过程。加固后土体的内聚力虽受到破坏或扰动有所降低，但原始内聚力随土体密度增大而得以大幅提高;单点强夯夯锤底下形成夯实核，呈近似的抛物线型，夯实核的最大厚度与夯锤半径相近，土体呈千层饼状。

3 强夯施工

我公司临汾至吉县高速公路S6合同段项目部设计在K192+680～K192+800段、K193+000～K193+300段作强夯法处理段，段落长度共420 m，原地面强夯面积15249 m2。针对此，我公司进行了强夯。

3.1 基面处理

1)在路基强夯前，对路堤填筑范围内的原地面进行清理，清除表层腐殖土、树根、草皮等杂物，并用5 m麻花钻或取土器，检查是否有埋置生活垃圾，如有要清除彻底。2)拆除的旧建筑物基础要清除到地表以下300 mm，且应采用适宜的填料分层夯实至原地表。3)挖掘树根的坑，深度超过300 mm时必须分层夯填到原地面。4)对原地面凹凸不平、相对高差小于500 mm的地段应进行整平，相对高差大于500 mm的坑，应分层夯实至原地面。5)排除地表水、清理淤泥。对池塘沟渠首先进行排水，然后清除杂质及淤泥，一直清理到天然地基土。如果清不到原地基土，要根据地质勘察资料，研究方案后进行处理，填筑到地表。

3.2 强夯设备的配置

强夯机Q22T一台(在施工前同监理工程师共同对夯锤及脱钩位置进行标定);平地机PQ180一台;振动压路机50 t一台;装载机ZL50一台;洒水车8 t一台。

3.3 试验段

由于高速公路线长、点多、面积大，地形、地貌、地质变化也较大，因此，在选择试验段时应考虑有代表性，试验面积取500 m2左右。

通过试验段获取以下数据:

1)强夯采用三遍即分主夯、副夯、满夯。

2)主夯采用锤重15 t，落距10 m，夯击能量为1500 kN·m;副夯采用锤重15 t，落距6.8 m，夯击能量为1000 kN·m;满夯采用锤重22 t，落距4.6 m，夯击能量为600 kN·m。夯锤底面积3 m2，并设通气孔。

3)强夯采用1500 kN·m(或1000 kN·m)以梅花形夯击，采用2.5倍锤径左右的点距，第一遍夯击1号主夯点，第二遍夯击2号副夯点。第三遍采用满夯，间距为0.96 m。

4)夯点的夯击次数，第一遍、第二遍为6次，第三遍为2次，且应同时满足下列条件:a.最后两击的平均夯沉量不大于50 mm。b.夯坑周围地面不应发生过大的隆起。c.不因夯坑过深而发生起锤困难。

5)第二遍与第一遍的间隔时间为5 d。

3.4 施工

1)恢复路基中线并用灰线撒出强夯范围，然后标出夯点的准确位置，并测量地面高程。2)强夯机就位，使夯锤对准夯点位置，测量夯前锤顶高程。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，测量锤顶高程。若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，及时将坑底整平。4)重复2)，3)，完成一个夯点的夯击，即每个夯点夯6击。除满足最后2击平均夯沉量不大于50 mm外，还要求总夯沉量不小于试夯总夯沉量的90%。5)换夯点，重复2)～4)，直到完成第一遍全部夯点的夯击。主夯完成后，静置24 h以上，用推土机将夯坑整平，测量夯后的地面高程。6)在规定的间隔时间后，重新放线定位，按主夯的施工步骤进行第二遍(副夯)的夯击，施工按上述步骤逐次完成。7)副夯完成后，静置72 h以上，用推土机将夯坑填平，进行最后一遍满夯，夯后测量场地标高。

具体的施工工艺如图1所示。

3.5 强夯施工监测

强夯施工除了严格遵照施工步骤进行外，还派有专人负责施工过程中的监测工作。

1)开夯前检查锤重和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求。2)在每遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正。3)按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。

图1 强夯施工工艺流程

3.6 质量检验

1)强夯前在原地表处理到大致平整后，按土质分段取样做标准重型击实、土的液塑限、天然含水量试验及标高测量。

2)强夯完后，除进行灌砂法，还应用平地机将路基整平，横纵坡与夯前相同，振动压路机碾压至设计压实度(93%)，测量路基的总沉降量。

3)检查强夯施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应及时补夯或采取其他有效措施。

4)强夯结束后应间隔一定时间方能对地基质量进行检验，一般取1周左右。

5)质量检验的方法，应采用现场测试和室内土工试验相结合。质量检验的频率，应根据地基处理的面积确定，其检验点数量不应小于3处/1000 m2，检验深度不小于设计处理的深度。

3.7 施工注意事项

1)桥涵台背15 m范围内不得进行强夯，15 m以外采用夯击能1000 kN·m进行强夯，25 m以外按正常路段强夯。

2)应密切注意夯击中的异常变化，在构造物顶面强夯作业时，应加强观察，一旦发现危及构造物安全时要立即停打，通知总监办、管理处、设计人员研究处理。

3)强夯施工前，应查明场地范围内的地下构造物和各种地下管线(尤其是通讯电缆)的位置及标高，并采取必要的措施，以免因强夯施工而造成损坏。

4)强夯过程中，当发生严重弹簧现象时立即停止施工，报监理工程师处理。

5)强夯不宜在冬季施工。

6)加强强夯安全措施，确保施工人员安全。

4 强夯法施工的优缺点

优点:可使用工地常备简单设备;施工工艺、操作简单;适用土质范围广，加固效果显著，可取得较高的承载力，一般地基强度可提高2倍～5倍;压缩性可降低2倍～10倍，加固影响深度可达6 m～10 m;工效高，施工速度快，较换土回填和桩基可缩短工期一半;节省加固原材料;施工费用低，节省投资，比换土回填节省50%费用，与预制桩加固地基相比，可节省投资50%～70%等。

缺点:设备移动不方便，特别是带门架的起重设备搬迁、就位需要花费较多时间，噪声较大，由于强夯能对地面冲击，对周围建筑均有一定的影响。

[1]高 卫.浅谈强夯法在工程中的应用[J].山西建筑，2010，36(9):122-123.