强夯工法在中德生态园18号线高填方路基的应用

刘同海

华汇工程设计集团股份有限公司青岛分公司

1 工程概况

生态园18号线是区域内一条城市支路，道路南起抓马山路，东至20 号线，呈S 线形，道路全长1460m，道路红线宽18m，道路全线处于山区，该地域属山岭重丘区，山脉绵延，沟谷纵横，地质情况非常复杂，高填方路基、半填半挖路基、陡坡路堤分布广泛，18 号线K1+160-K1+440 路基段位于沟谷处，为高填方路基段，路基填土高度达16m，填方8.5万立方米，挖方15.4万立方米（石方达13.9万立方米），对于特殊路基主要是挖填交接及高填深挖路基。其中，路基加固防护主要采取挡墙和绿化的形式。高填方路基施工中如果路基填筑质量控制不好，很容易造成路基失稳或沉陷，后期路面出现不同程度的路堤沉降、路面开裂变形、平整度下降、桥头跳车等现象，对工程质量造成严重影响，从而导致行车不适，甚至影响行车安全等诸多隐患。

该道路工程采用强夯法进行高填方路基的处理，即以吊机提升巨锤至高位，产生位能，释放巨锤自由落下，获得强夯动能作用于地基，使地基受到强烈的冲击和振动，强力夯击所产生的巨大冲击力和动应力可以显著提高填方路基的强度，夯实后的地基承载力可以提高2～5倍，压缩性降低2～10倍，使地基受力性能得到显著改善，强夯法广泛运用于机场、港口码头、高等级公路等设施的地基处理。

2 施工前期准备

2.1 设备准备

（1）夯锤：铁质夯锤，夯锤底面为圆形，夯锤直径2.5m，重量30t，并设4 个Φ250mm 的排气孔，其作用是通气，以防止夯锤被土吸住难以提起，同时吸收夯击时产生的气体，减小夯击力的损失。（2）起重设备：吊机根据地基的压实度、空隙率及所需的夯击能具体选用。为保证本工程吊起夯锤所需的提升重量和高度，确定采用80t 履带起重机，加设稳定吊臂防止后仰的安全装置。（3）自动脱钩装置：要保证强度满足要求，挂钩简易，脱钩灵便，吊锤时不滑钩，放锤时下落平稳。（4）挖填设备：如铲车、履带挖掘机、压路机等，其作用为回填土石，平整夯坑，碾压路基。（5）检测仪器设备：用于施工检查测量，如静力触探仪、标准贯入仪、水准仪、全站仪等。

2.2 人员准备

强夯施工主要为机械作业，人员需求不大，单机每班人员的基本配备一般为吊机司机1名、挂钩工2名、测量记录技术人员3名，并配备1名现场管理人员。如有特殊需要，可以临时增加个别辅助人员。

2.3 技术准备

（1）根据对地质报告的研究确定需要强夯的区域，编制强夯施工具体方案，画出强夯总平面图，依次标出夯点并予以编号。（2）结合场区内的具体情况，编写强夯作业技术方案，了解熟悉有关机械设备的各项技术性能、具体施工方法，认真分析和掌握工程的难点、重点，精心制定确保质量和安全的保证措施，并做好特殊情况下的应急预案。（3）对现场施工人员进行技术交底，专业工进行短期技术培训，使之掌握本路段强夯路基施工的主要设计要求、基本工作要领、施工的区域范围、施工的技术标准、应达到的质量目标等。（4）进行强夯路段的测量交底，准备好各种现场测量记录表格。

2.4 现场准备

（1）平整强夯施工场地，清理地表深50cm，仔细查明施工区域地下构造、管线的基本状况，对其位置、标高予以明确标识，施工时采取适当措施。（2）做好强夯施工场地安排，积极进行临时便道和所需涵洞、通道的施工，尽快创造路基连通的基本条件。（3）合理安排施工区域内土石方工程的调运工作，对土石方挖高补低，尽量就近加以利用，以减少开支，节省费用。（4）适时穿插进行防护排水工程的施工，根据施工需要和资金状况，可先构筑临时排水设施，原有沟渠可利用的加以疏浚利用，保证工地施工排水通畅和环境整洁。（5）周边有固定建筑物的，要在距建筑物30m处设置减震沟，减震沟的深度要大于建筑物基础的深度，减震沟的长度要足够，以防止路基强夯施工对建筑物造成不可挽回的损害。

3 试验段施工

本道路强夯施工路段位于K1+160-K1+440 山沟段，该处地形复杂，路基施工难度大，强夯质量要求高，对整个工程质量的影响极其关键，而试验段的试夯将为本标段路基强夯施工提供所需的一系列技术参数和宝贵的施工经验，从而为整段路基强夯方案的设计和后续正式施工提供必要的基础条件，所以要特别加以重视，重点做好对各种技术参数的验证、整理工作，将试夯施工中发现的偏差数据准确及时地向设计部门和监理部门反馈，同时有必要做好试验阶段的书面总结和经验记载工作。

在强夯试验中我们选择具有代表性地质条件、面积大于20×20m2的地块先进行试验，对其开展详细的原位测试，获得相关数据，确定出该试验块填土方强夯的最佳含水量为±2%。经试夯后将试验前后的数据认真进行对比，以确定正式施工时应采用的相关技术参数。加固影响深度H（m）与夯锤重、落距、夯击次数、锤底单位压力、地基土性质、不同土层的厚度和埋藏顺序以及地下水位等有密切关系，也应根据现场试夯确定。

4 高填方路基强夯施工

4.1 施工流程

（1）清理平整强夯施工场地。为方便强夯施工，在施工机具入场前，先用挖掘机勾除地面灌木树丛，用推土机平整场地，布设好排水沟。（2）在施工区域对夯点进行具体定位。根据强夯施工设计平面图，在实施强夯施工前用石灰或木桩标出首遍夯击点的位置，位置偏差应小于50mm，并对地面高程进行测量记录。（3）将吊机设备安装就位。强夯吊机必须满足夯锤起吊重量和提升高度的要求，在臂杆的锤钩敲击处要设有安全防护装置，防止臂杆在脱钩时后仰及锤钩回弹撞击臂杆，要采取必要措施尽量减少臂杆的振动，注意防止夯击时吊机臂杆在突然卸重时发生后倾造成安全事故。（4）进行路基的强夯施工。夯前测量锤顶高程，锤面中心对准夯点，按施工设计要求和顺序渐次进行强夯，夯沉量按施工方案要求具体掌握。强夯时，将夯锤提升到预设高度，打开脱钩装置，锤体自由下落夯击地面，吊起再下落，循环往复。如果坑底倾斜使夯锤歪斜，要平整坑底后再进行后续夯击。如果夯锤重心偏离造成底面歪斜，可以根据情况在锤的一边焊接钢板取得平衡，避免夯坑歪斜。强夯施工按规定要求夯完一个夯点后且满足设计要求后，转移至另一夯点继续施工。（5）锤击方法宜采取退着夯的施工顺序，强夯分段进行，从内到外隔行跳打。夯击时，落锤应保持平稳，夯位准确，夯击坑内有积水时应及时排除。坑底土含水量过大时，可铺砂石后再进行夯击。强夯施工作业时，应结合试夯试验参数，用水准仪测量并控制夯击深度。（6）以推土机推平夯坑，进行场地高程的测量。（7）按规定的间隔时间和要求进行多层强夯，并进行每层的高程测量，下层路基夯完后再进行上一层路基的强夯，直至完成所有路基强夯的任务。路基夯击的最后一道工序为低能量满夯，夯打路基的表层松土使之密实。

4.2 技术指标与参数

本标段高填路堤较多，最大填高16m，为减少路堤堤身的工后沉降，须进行分级强夯处理（如图1所示）。强夯分层与路堤分级放坡分层要一致，分层厚度8m，填方段分级放坡坡率为1∶1.5和1∶1.75。

图1 分层强夯示意图

由于路基分层厚度较厚，对强夯有较高的要求，故取加固影响深度为8m，夯锤用30 吨，落距20m。本标段路基的强夯点布局为正方形，夯点距离间隔为6m，路基填高8m 强夯一次，先夯主夯点，时间间隔7天（等待泥土超静空隙水压力消失），再夯副夯点，主副夯点各夯8～15 次，夯力6000kN·m。若无地下水，对含水量较少的碎石类填土或透水性强的砂性土，可以连续夯击，具体根据试验段结果确定。主、副夯点夯击完工后全宽满夯两遍，平均夯沉量5cm～10cm，夯力1500kN·m，每点夯3～4次，后夯印接前夯印1/4。

注意不是所有路基都需要进行强夯，要根据具体情况来定，如果路基基底为一般土质（例如杂填土、砂类土、黏质土、泥炭和沼泽土等），宜强夯处理；如果路基基底为基岩，则不需要进行强夯处理。

4.3 施工质量检验

强夯地基施作质量须符合国家相应规范《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB 50202—2002）要求，如表1。

表1 强夯地基质量检验标准

5 结语

强夯法具有使用机械设备简单，击实效果好，施工中一般不需要铺撒细粒料，施工速度快，成本低廉，易于操作，并能有效提高路基的承载力及稳定性等诸多优势，因而被广泛应用于道路路基的施工。通过对道路基底的强夯施工，可以加快地基固结速度，缩短地基固结时间，有效控制地基沉降，保证了路基的持久稳定性。实践表明，采取强夯法处理技术，有效确保了高填方路基的强度，对延长道路的使用寿命发挥了积极作用，尤其在山区道路高填方路基的处理中，强夯法的确是一种快捷、经济、实用的施工方法。在高填方路基强夯施工中，相关施工技术人员务须熟悉强夯法的加固机理，重视相关工艺技术参数的确定，并严格按地基基础的质量验收规范进行检测，以取得预期的地基处理效果，从而为山区道路建设做出应有贡献。