浅谈河北省高速公路建设中强夯法的应用

曹正波

摘 要：强夯法施工工艺简单，质量可靠，效果顯著，在河北省高速公路建设中逐渐成为一种重要的处理方法，本文以强夯法处理湿陷性黄土、湖积相薄层软弱土，强夯置换处理沼泽化草甸湿地等多个工程实例对强夯法的几种不同加固机理进行分析，并同其它方案进行对比，总结强夯法应用的经验以及需要注意的问题，以供借鉴。

关键词：高速公路、强夯、应用、分析

0 引言

高速公路中影响行车舒适性的因素很多，但最直观、最被广司乘人员感受到的多是桥头跳车、路基路面裂缝等问题。这些绝大多数不是结构性问题，却非常影响行车舒适性，其根本原因是地基的沉降问题，典型的是路基的不均匀沉降及桥头跳车问题。预压、复合地基等是处理软基沉降常用的方法。但各有制约因素，如预受工期制约，复合地基又受投资制约。而强夯法在这些方面具有一定优势，在无环境制约的情况下，对适宜的土体采用强夯处理，不失为一种良策，本文将结合高速公路工程实例，就强夯法处理加固各类常见岩土体的机理及成效进行分析总结，以供借鉴。

1 地质特征

河北省地处华北，位于漳河以北，东临渤海、内环京津，西为太行山地，北为燕山山地，燕山以北为张北高原。地貌复杂多样，高原、山地、丘陵、盆地、平原类型齐全。高速公路建设条件亦复杂多样，抛开一些不良地质区不谈，仅经过的特殊性岩土区就有黄土区、软土区、膨胀土区、盐渍土区、季节性冻土区等。

但河北地区的黄土和软土均为非典型性状，具体表现为河北地区的黄土厚度不大，湿陷性一般为轻微～中等，以黄土状土为主；而软土多以软弱土为主，且并非深厚层分布，多与粉性土互通，具有一定的排水通道。

2 常见地基处理方法

这些地区的地基处理方法是多种多样的，如对于湿陷性黄土的处理有垫层法、挤密法、强夯法、预浸水法等；对于软弱土有换填垫层法、复合地基法、预压法、强夯法、注浆法等；对于山区沟谷松散堆积物的处理，有就地挖出分层重填、强夯法、挤密法、注浆法等。

总结发现，强夯法除了处理砂土液化外，还有着广泛的地基加固应用空间，无论是在高填的正常路段，还是在黄土、软土以及山区松散堆积物的处理上，均有应用。究其根本，强夯法的原理是降低孔隙率以提高承载力，减小工后沉降。

3 强夯法简介

3.1加固机理

强夯法加固地基有三种不同的加固基理：动力密实、动力固结、动力置换，它取决于地基土的类别和强夯的施工工艺。

3.1.1动力密实

采用强夯加固多孔隙、粗颗、非饱和土是基于动力密实的机理。即用冲击荷载使土体中的气体排出，孔隙减小，从而使土体密实，以提高承载力。比如在非饱和土在中等夯击能的作用下，产生冲切变形，在加固深度范围内的气相体积最大可减少60%，以达到密实效果。

3.1.2动力固结

主要用于加固饱和细粒土，巨大的冲击能在土中产生很大的应力波，从而破坏土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生裂隙，以增加排水通道，使孔隙水顺利排出，超孔隙水压力消散后，土体得到固结。

3.1.3动力置换

即采用强夯将碎石挤入淤泥中，类似换填或碎石桩。

3.2加固深度

4 强夯案例分析

强夯法施工简单，加固效果好，使用经济，沉降量直观，原来广泛应用于黄土及砂性土的处理中，近年来在软土处理中亦逐渐得到推广，强夯置换在处理浅层软土时具有较大的优势。

4.1湿陷性黄土

邢台某高速公路呈不连续状分布有第四纪上更新世的黄土状粉土及黄土状粉质黏土，湿陷系数0.017～ 0.145，湿陷程度轻微～强烈，湿陷量63～747mm，为非自重湿陷性黄土，湿陷等级为I级（轻微）～II级（中等），厚度一般2.0～7.0m。

对于黄土处理，可采用冲击碾压或强夯处理，冲击碾压具有施工速度快，效率高，均匀性好，费用低等优点，但冲击碾压的有效处理深度仅1m左右，经计算，处理后湿陷量仍有45～538mm，处理效果不显著。故采用强夯处理，夯击能采用1500～2000kN·m，按梅花形布置，夯点间距5m。

处理后，经检测，5m范围内的黄土湿陷性均消除，5～7m深度范围内的湿陷性部分消除，经复核计算，湿陷性为14mm，整体评价处理后该区黄土已不具湿陷性，处理效果良好。

4.2湖相沉积软基段

衡水某高速公路，地处河北省南部衡水境内，衡水市地处滹沱河古冲洪积扇及其与滏阳河沉积的交错地带，古黄河、古漳河长期泛滥淤积而形成的堆积平原区，局部有坑塘。

项目主线全长53.532km，其中桥梁总长9.131m，路基段长44.4km，全线路基连续分布有厚度不等的软土、软弱土，其顶面埋深一般在0～5m。软土层的天然含水量ω=33.5%～53.5%，孔隙比e=0.916～1.604，液性指数IL=0.51～1.55，压缩指数a1-2=0.56～1.10MPa-1，压缩模量Es=2.2～5.3MPa，标贯击数N=2～5击。

该项目经计算路基的工后沉降普遍在30～90cm，需进行地基处理。

现行规范要求新建工程桥头的工后沉降量控制在10cm以内，但该目标却很难保证，主要原因有二，一是施工过程是最后填筑台背，短路基不易压实；二是工期紧，缺少足够的预压期。桥头路段一般采用复合地基加固才能确保工后沉降要求，但由于复合地基造价高，在一般路基段不宜作为首选方案。

强夯法处理饱和黏性土时，一定要进行试验，本项目中，对强夯法处理软土地基进行了三处试验，发现强夯法对于处理与透水层接触的薄层软基（见图1）效果很好，量测强夯后的地表沉降量与理论计算的基准期内地基总沉降量接近，工后沉降量理论（见表3）值在15cm以内；对于厚层软基（见图2）处理效果得不到良好保证，不建议选用该法。

4.3浅表层沼泽化湿地

张家口某高速穿越沼泽化草甸湿地，地下水位极浅，基本与地表齐平，地表分布0.4～2.0m厚的软土（粉质黏土），含水量ω=32.7～48.2%，孔隙比е=1.041～1.312， 压缩模量Es=2.0～2.7MPa，压缩系数a1-2=0.75～1.11 MPa-1，為高压缩性土，干密度ρ=1.19～1.33g/cm3，有机质含量高，其下为中砂层，较密实。

该路段主要问题是地表软土引起的沉降以及无法进行填前碾压施工。设计时重点考虑了换填和强夯置换两个方案，换填方案施工简便，但由于线路长达5.9km，面积约27万m2，换填将带来大量弃方，由于张家口地区生态环境较脆弱，对环境影响大，最后决定清表后采用填石强夯进行处理，即以面代点的强夯置换法。具体方案为清表30cm后，堆填60cm～150cm厚片石（换算为实方的厚度），进行强夯，主副夯的夯击能采用1500kN·m，满夯夯击能800 kN·m；该段路基填高较低，为有效防止毛细水上升，预防冻胀危害，满夯后整平场地铺设40cm厚级配碎石隔断层。

强夯后，地面沉降量一般60～80cm，地基承载力达到160kPa以上。经后期沉降观测，路基月平均沉降量均小于5mm，且无深层软基，可判断路基已沉降稳定。

5 总结

强夯法对周围环境影响较大，周边有建筑物、养殖场等时不宜使用。由于新建高速公路大多位于野外，受上述环境制约较小，这就有了强夯法的可行性前提。本文介绍了强夯法处理湿陷性黄土、湖积相薄层软土，强夯置换处理沼泽化草甸湿地等多个工程实例，结合强夯法加固机理，系统分析了强夯法的应用适宜性和有效性，成功经验值得进一步推广。

但强夯法在处理厚层饱和软黏土时，效果有待进一步试验，以确定其适宜性。

参考文献

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