软基处理强夯施工工艺及原理解析

武斌 周峰

1，聊城市公路工程总公司第一工程处，山东 聊城；2，聊城市公路工程总公司第二工程处，山东 聊城

软基处理强夯施工工艺及原理解析

武斌1周峰2

1，聊城市公路工程总公司第一工程处，山东 聊城；2，聊城市公路工程总公司第二工程处，山东 聊城

强夯法，又称动力固结法或动力压实法。强夯法加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、施工期短、节约材料、施工文明和施工费用低等优点，目前已有几十个国家、成千上万的工程项目采用此方法处理地基。本文结合高临高速路的具体情况论述了强夯施工工艺。

强夯；施工；工艺

高临高速临清段位于鲁西黄河冲击平原地区，土质为低液限粉土、黏质砂土，地下水位较浅，埋深2～30m左右。由于特殊的地质条件，在已建成的公路中，桥头跳车现象比较普遍。为加速桥头路基沉降、增加行车的舒适性，对所有结构物的桥头处进行强夯处理。

1 强夯加固机理

1.1 动力夯实

在非饱和土，特别是孔隙多、颗粒粗大的土中，巨大的夯击能量产生的冲击波和动应力在土中传播，使颗粒破碎或使颗粒产生的冲击波和动应力在土中传播，使颗粒破碎或使颗粒产生瞬间的相对运动，从而孔隙中气泡迅速排出或压缩，孔隙体积减小，形成较密实的结构。

1.2 动力固结

强夯法处理饱和黏性土时，巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏土体原有的结构，使土体局部发生液化，产生很多裂隙，增加排水通道，使孔隙水顺利溢出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得以提高，这就是动力固结。

1.3 对透水性极低的饱和软土，强夯使土的结构破坏，但难以使孔隙水压力迅速消散，夯坑周围土体隆起，土的体积无明显减小，因为这种土的强夯效果不佳，甚至会形成橡皮土。单击能量大小和土的透水性高低，可能是影响饱和软土强夯加固效果的主要因素。有人认为，可在土中设置袋装沙井等来改善土的透水性，然后进行强夯。此时加固机理类似于动力固结，也可以采用动力置换。动力置换分为整式置换和桩式置换。前者是采用强夯法将碎石整体挤淤，其作用机理类似于换土垫层；后者是通过强夯将碎石填筑土体中，形成桩式（或墩式）的碎石墩（或桩），其作用机理类似碎石桩，主要靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体平衡，并与墩间土共同作用。对橡皮土也可以如此。

2 强夯加固的时效特征

强夯后，土的结构被破坏，强度几乎降为零，随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量都有很大的提高。这是由于土颗粒间紧密接触以及新的结合水膜逐渐固定。即使在一般孔隙水压力完全消散后，土的抗剪强度也会提高。资料表明，夯击后6个月测得的土的抗剪强度比1个月时增长20%～30%，变形模量增长30%～50%，因此，结合水固定的过程可能会延续几个月。而在此触变恢复期间，土的变形（沉降）却是很小。由于强夯的时间效应，质量检验应在夯后1个月进行，否则得出的指标会偏小。3强夯在施工中的应用

3.1 强夯施工应根据现场实际情况进行试夯，然后确定强夯处理的施工工艺和参数。强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少资料或经验时可按下表预估。

注：强夯法的有效加固深度应从起夯面算起。

3.2 强夯的单位夯击能量，应根据地基土类别、结构类型荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。在一般情况下，对于粗颗粒土可取1000～3000kN.m；细颗粒土可取1500～4000kN.m。由于菏泽的土质属于粉性砂土，所以夯击能取1000kN.m或1500kN.m。

3.3 强夯的处理范围：处理宽度为两侧护坡道外缘之内。一般情况下锤重可取10～20t,其底面益采用圆形，锤底净压力在25～35kpa之内。强夯时，如因地下水位过高造成强夯施工困难时，应先铺垫0.4m厚碎石渣垫层再进行强夯。

3.4 强夯施工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。

3.5 强夯施工前，应查明场地内范围的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等，采取必要的措施，以免因强夯施工而造成破坏。当强夯施工所产生的振动，对邻近建筑物或设备产生有害的影响时，应采取防振或隔振措施。

3.6 强夯的设计

⑴夯击能为1000kN.m时，可采用1.8倍锤径左右的点距，三角形布点的方法夯击（如夯锤的直径是2.25m，则点距采用4.05m）。

要求夯击遍数为二遍，第一遍夯击偶数编号的主夯点，第二遍夯击奇数编号的主夯点，第二遍与第一遍的间隔时间为15天。

夯坑以碎石渣（或沙砾）等填平。

最后以低能量（400kN.m）满夯夯平，每点夯两击，夯点以梅花状排布，夯痕间以1/4d搭接。满夯与点夯之间的间隔时间为7天。

各遍夯击之间的间隔时间可根据孔隙水的排除作适当调整。

单点夯击同时满足下列①或②条件中a.b.两项时可以止夯：

① a.同一夯位最后两击的平均夯沉量小于10cm；

b.单位面积累积夯击能大于1000KN.m。

② a.单点夯击次数不小于6击；b.夯坑深度大于80cm。

⑵夯击能为1500kN.m时，可采用1.9倍锤径左右的点距，三角形布点的方法夯击（如夯锤的直径是2.25m，则点距采用4.3m）。

要求夯击遍数为二遍，第一遍夯击偶数编号的主夯点，第二遍夯击奇数编号的主夯点，第二遍与第一遍的间隔时间为15天。

夯坑以碎石渣（或沙砾）等填平。

最后以低能量（600kN.m）满夯夯平，每点夯三击，夯点以梅花状排布，夯痕间以1/4d搭接。满夯与点夯之间的间隔时间为7天。

各遍夯击之间的间隔时间可根据孔隙水的排除作适当调整。

单点夯击同时满足下列①或②条件中a.b.两项时可以止夯：

① a.同一夯位最后两击的平均夯沉量小于10cm；

b.单位面积累积夯击能大于1500KN.m。

② a.单点夯击次数不小于7击；

b.夯坑深度大于90cm。

注：若当地的地下水位很高，无法同时满足上述止夯条件时，可在监理工程师认可的情况下，将夯坑深度大于90cm作为唯一止夯条件。

3.7 强夯施工的具体操作步骤：⑴清理并平整施工场地；

⑵标出第一遍夯点位置，并测量场地标高；

⑶起重机就位，时夯锤对准夯点位置；

⑷测量夯前锤顶高程；

⑸将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由落下后，放下吊钩，测量锤底高程，

若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；

⑹按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；

重复步骤⑶至⑹，完成第一遍全部夯点的夯击；

⑺将夯坑填平，并测量场地高程；

⑻在规定的时间间隔后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。

3.8 施工中间检测（要求）

⑴夯击前检测夯锤的质量及锤底面积；

⑵夯击前检测场地平整情况；

⑶夯击过程中抽检夯锤的落距；

⑷夯击过程中远处抽检单点夯击次数；

⑸夯击过程中抽检夯击记录；（要求夯击全过程均有记录）

⑹每一遍夯击完后，应检测夯坑深度、夯点间距及处理宽度，合格后方可填平；

⑺控制单位时间内的夯击处理面积；

⑻控制间隔时间；

⑼满夯结束后抽检夯后的地面标高变化。

3.9 施工后检测

强夯结束后，根据现场实际情况及试夯参数确定检测取土深度及密度（从夯击终止时的夯面起至其下n米深度内，竖向每隔n厘米采取土样进行试验），测定土的干密度，并提供地基土的容许承载力。

3.10 处理后要求

应达到以下要求：容许承载力大于上部路基产生的压力。（否则，需进行预压）

[1]《公路工程施工工艺标准》

[2]高临高速公路招标文件施工技术规范部分

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.037