强夯法在城市道路路基中的应用

柯博欣

厦门市市政工程设计院有限公司（361000）

强夯法在城市道路路基中的应用

柯博欣

厦门市市政工程设计院有限公司（361000）

以厦门市集美新城核心区诚毅大街道路工程为例，给出强夯法提高人工填土地基承载力、降低压缩性、提高土层均匀性、减小地基不均匀沉降的原理，适用范围，技术方案，质量检测方法，并对有关问题进行探讨。

强夯；夯击能；地基处理；地基承载力

0 引言

强夯法又称为动力固结法或动力压实法,利用起吊设备，将10～40 t的重锤提升10～40 m高处使其自由下落，依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层，从而达到提高地基强度、降低土层压缩性、提高土层均匀性，减小地基不均匀沉降等目的。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土和人工填土等地基。对非饱和的黏性土地基，一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法，并根据工程需要通过现场试验以确定夯实次数和有效夯实深度。强夯法具有加固效果显著、适用土类广、施工方便、缩短工期、节省费用等优点。

本文通过对厦门市集美新城核心区诚毅大街（海翔大道与锦亭北路段）道路工程人工填土地基强夯法的设计及质量检测方法进行论述，并对有关问题进行探讨，可为类似工程提供参考。

1 强夯法的加固机理

土体是由土的固体颗粒、土中水及土中气体组成的三相分散体系。因此，夯锤作用在土体上时，主要有以下四个方面的作用。

1）压实作用

巨大的强夯冲击能一方面使土中空气所占体积被压缩并渗出，另一方面也使水中的封闭微气泡被压缩。

2）土体局部液化

当能量以反复冲击荷载的形式施加于土体时，部分气体逐渐被压缩，土颗粒表面的结合水膜也被扰动，使其摆脱分子引力的约束而成为自由水。当含气量为零时，土体中孔隙水压力急聚上升，局部发生液化。

3）孔隙从裂隙中排出，土体发生固结

在巨大的强夯冲击能作用下,土中产生裂隙；结合水的转化也导致土体的渗透性增大，此时，土体发生排水固结。

4）土体触变重新恢复

强夯时，土体强度大幅度降低。当土体接近或产生液化时，土体强度处于最低值，此时土体处于完全破裂的状态。在孔隙水压力逐渐消散的同时，土颗粒间进一步靠近并形成新的结合水膜。

2 场地地质、水文条件

2.1 场地位置及地形地貌

诚毅大街位于厦门市集美新城中部、诚毅中路和诚毅东路之间，南接中央公园，北经海翔大道，跨越沈海高速公路和集美北大道,与软件园三期连接。拟建场地基本位于耕植地，标高0.02～41.5 m，地势平坦、开阔，有大片香蕉林、龙眼树，没有河流、湖泊；也没有岩溶、崩塌、滑坡、泥石流、采空区、地面塌陷等不良地质现象和地质灾害。

2.2 岩土层岩性及分布情况

通过本次勘察,诚毅大街在钻孔深度范围内，场地内岩土层自上而下为：①人工填土、②淤泥、③粉质黏土、④粗砂、⑤粉质黏土、⑥残积砾质黏性土、⑦全风化花岗岩、⑧砂砾状强风化花岗岩、⑨碎块状强风化花岗岩、⑩中风化花岗岩。

诚毅大街表层的①人工填土较厚，厚度一般在2～10 m，是由于早前附近山体开挖场土方回填于此而形成的，其回填时间约在1年前，且未做专门的压实处理。因此，该土体较为松散，密实度及均匀性差，泡水易软化、崩解，地基强度低，容易产生不均匀沉降，不得用作持力层。淤泥层②在诚毅大街分布较少，且厚度在0.6～2 m。

2.3 场地水文条件

拟建场地属地下水排泄区，地下水靠地表水补给、邻区地下水的侧向补给、降雨渗入补给，场地环境类型为Ⅱ类，按地层水属B型水。

3 技术方案比选

诚毅大街表层①人工填土和②淤泥若采用挖除换填处理，将产生大量的废土方，施工开挖面很大，且开挖较深，挖坑四周边坡须作临时防护，整体施工繁杂，产生的废土方需要废弃场地。另外，有效加固深度为3～10.5 m，且拟建场地周边地势平坦、开阔，无其他结构物。

综上所述，强夯法较适合用于加固诚毅大街的人工填土地基。

4 强夯法的设计与质量检测

4.1 设计参数

强夯法的主要设计参数为：有效加固深度、夯击能、夯击次数、夯击遍数、间歇时间和夯击点布置等。目前，强夯法尚无成熟的设计计算方法，其设计参数应根据规范或工程经验初步选定，在施工前选择代表性场地试验，并经必要的修改调整，最后确定适合现场土质条件的设计参数。在设计阶段初步选定的主要设计参数见表1。

4.2 施工要求

本次设计强夯参数仅作为参考，其强夯各项参数、强夯效果、施工方法及适用性应在强夯正式施工前选择代表性场地进行试夯后确定。

强夯的重锤选用重量要不小于30 t，底面积为5.0 m2的圆形铸钢夯锤，且锤的底面宜对称设置若干个与其顶面贯通的排气孔，孔径可取250～300 mm。强夯机械宜采用带有自动脱钩装置且起重量超过100 t的履带式起重机和辅助门架的组合。

强夯正式施工前，施工单位应组织甲方、设计、监理等单位在有代表性场地进行试夯，并提交相应试夯报告。夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：最后两击的平均夯沉量小于100 mm，夯坑周围地面不应发生过大的隆起，不因夯坑过深而发生提锤困难，强夯的有效加固深度应根据现场试夯试验确定。

本次强夯处理地基需先点夯两遍，再满夯两遍，点夯、满夯相邻两遍之间间歇时间及点夯与满夯之间间歇时间为2周。点夯一遍的击数初步定为8击，具体次数根据现场试夯试验确定，最后两击平均夯沉量小于100 mm的击数为控制击数。当夯不下去且周围隆起过大时,夯点击数不少于4次。点夯的夯点布置成正方形，第一、二遍的夯点位置应错开。满夯一遍的击数为1击。每遍夯完后用推土机进行场地平整碾压。

强夯后，要求回填土地基承载力≥120 kPa，土基回弹模量≥30 MPa。

当场地表土软弱、地下水位较高、夯坑底积水影响施工时，宜采用人工降低地下水位，或铺填一定厚度的松散性材料，使地下水位低于坑底面以下2 m。坑内或场地积水应及时排除。

施工前应查明场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等,并采取必要的措施，以免因施工而造成损坏。

表1 设计阶段初步选定的强夯参数

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，应设置监测点，并采取挖同振沟等隔振或防振措施。

施工过程中应有专人负责下列监测工作：开夯前应检查夯锤重量和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求；在每一遍夯击前，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；按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。

强夯前，须先清理并平整施工场地。强夯过程中应对各项参数及情况进行详细记录。

须严格作好各项管理，严抓施工安全工作。强夯过程中，须严禁人员进入强夯范围内。

4.3 检测要求及内容

4.3.1 检测要求

本工程夯前要进行试夯,夯后要进行工程检测。前者是为大面积施工选择合理的设计与施工参数，后者是为了检验工程质量是否符合设计要求。

本工程要求采用多种方式进行试验：静力触探试验，从本试验夯前、夯后的曲线变化情况，判断是否达到处理深度要求，也可看出加固后地基承载力的提高幅度；重型动力触探试验，本试验可结合钻机取样进行土工分析，以确定强夯的影响范围和地基承载力的提高幅度；回弹模量试验测定土基回弹模量；载荷试验检测承载力。

4.3.2 试夯及检测数量

试夯区：诚毅大街桩号K0+040～K0+100段，面积42×30 m2，试夯区检验点不应少于3点。强夯正式施工时对本项目道路的检测数量为沿道路中心线方向每100 m 1个点，即诚毅大街中心线方向每100 m 1个点。

4.3.3 检测深度

检测深度至强夯加固深度以下1 m。

4.3.4 检测时间

强夯处理后的地基竣工验收承载力检验，应在施工结束后间隔一定时间后进行。对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取7～14 d；对粉土和黏性土地基，其间隙时间可取14～28 d。

4.3.5 进行夯前、夯后对比

本工程应提供以下检验表：夯前、夯后重型动力触探N63.5曲线对比表，单点夯击次数、夯沉量的关系曲线对比表。

5 结语

强夯法加固人工填土地基达到了消除沉降量、提高地基承载力的目的。

采用强夯法加固人工填土地基是一种快捷、经济而有效的方法，在今后类似工程中应大量推广应用。

[1]中交第二公路勘察设计研究院.JTG D30-2004,公路路基设计规范[S].

[2]中国建筑科学研究院.JGJ79-2002.建筑地基处理技术规范[S].