强夯法处理地基在道路路基设计中的应用研究

王振克 刘 晶

强夯法处理地基在道路路基设计中的应用研究

王振克 刘 晶

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610000）

随着国家经济的高速发展，我国的工程项目日渐增多，其规模也在不断扩大，道路工程施工也是其中之一。道路工程施工过程中，路基处理是十分关键的一个环节，路基承载了道路的大量载荷，所以，路基良好的施工质量之于道路整体的施工质量起到十分重要的作用。鉴于此，本文首先分简要析了强夯法地基处理的优势，重点研究了道路路基设计中强夯法的应用，简述了强夯法在路基施工中的应用，以期能够对该项技术在道路路基设计中的应用起到一定借鉴意义。

强夯法；道路路基；设计

0 引言

道路路基处理中，强夯法的使用较为普遍，通过对该种方法的运用可以显著加强地基处理质量，为工程后续施工提供有力保障。该项技术最为明显的优势是具有十分宽广的适用范围，众多土壤结构中都可以进行应用，即便是较为难以处理的软土地基，强夯法也可以收获十分良好的应用效果，保证了工程地基施工良好的质量，同时大幅节约了各种工程材料的投入，有效缩短了工程施工周期，正是因为该项技术众多方面的优势特点使得其在目前道路地基的处理中备受重视，且具有十分广阔的发展空间。

1 强夯法地基处理概述与优势探析

1.1 强夯法地基处理概述

工程施工地基的处理中，通常采用强夯法，该项施工技术通常是对于软土地基执行相应操作。具体施工过程中，夯击设备会将重量在10-25吨范围内的重锤提高至10-25米的高度，然后让其自由下落，借助于比较强大的冲击波和夯击作用力对土壤进行夯击处理，使其更加密实，科学运用强夯法能够明显加强地基实际承受载荷的能力，之于土质的改良起到十分重要的作用。该项工程施工技术的运用比较普遍，在碎石土、杂填土、砂土和粘性土等土体中都可以进行十分良好的应用。

1.2 强夯法施工技术的优势探析

工程施工过程中，使用强夯法只会给周边环境造成很小的影响，该种施工方法被普遍应用于道路施工中，并且具有十分显著的优势特点[1]。具体工程施工中，强夯法的实际适用范围较为宽广、施工成本投入相对较少、操作流程比较简便、施工周期比较短。道路地基的处理中，强夯法施工具有非常明显的施工效果，正是由于该种工程施工技术在地基处理中的优势，其在实际工程施工中的运用范围也渐渐扩大。当前该项技术已经在砂土、湿陷黄土和粘性土等土质状况不是十分良好的土质中获取了较为普遍的运用，是工程地基处理中十分关键的一项技术。

2 道路路基设计中强夯法的应用

2.1 确立强夯参数

2.1.1.有效加固深度

关于有效加固强度，其指的是通过强夯法进行加固处理之后，路基的强度会变大，压缩模量也会随之变大，在土层范围中可以展现十分良好的增强效果。因为夯实深度的不同，没有针对各种不同状况下对有效加固深度进行计算相对应的方法。当前，工程施工中主要采用梅纳公式对强夯法实际的加固深度进行计算。然而实际中，地下水位及其土层具体厚度等众多因素都会在一定程度上影响有效加固深度。所以，强夯法的有效加固深度需要根据现场试验或是本地经验加以确立。

2.1.2.夯击能

单位夯击能量指的是单位面积范围内所施加总的夯击能量。若是单位夯击能量偏大，不但无益于加固效果的增强，并且还会在一定程度上降低饱和粘土的实际强度[2]。因此，需要根据有效加固深度和土层种类等多方面因素，利用载荷大小与结构种类，同时结合工程现场试验确立出单位夯击能。对于地基中的孔隙水压力，在其与上覆土压力一致时所获取的夯击能便是最佳夯击能，达到最佳夯击能实际的夯击次数便是夯点每次的具体的夯击次数。关于最佳夯击能，其和土壤的种类之间存在着密不可分的关系，针对粘性土壤，可以运用限制有效夯击系数或是地面最高隆起对其加以控制；针对沙性土壤，可以运用对夯坑夯沉深度进行控制的方式确立出最佳夯击能。

2.1.3.夯击次数

通过众多工程实际施工表明，夯击次数不宜过多，需要尽量减少夯击的次数。针对含水量较低，同时渗透系数较大的土层，应进行1-3次的夯击，3-4次的冲程方能获取理想的增强效果。完成夯击操作之后，其充满了低能量，旨在对较为松散的表土层进行压实。道路路基处理实际设计的过程中，往往采用主夯、副夯与全夯三次夯击方式。若是存在较为特殊的要求，需要适宜地增加夯击次数。

2.1.4.间歇时间

间歇时间指的是相邻两次夯击之间的具体的时间间隔，需要结合孔隙水压力的消散加以确立[3]。由强夯试验我们得知孔隙水压力的最大值往往出现在结束夯击操作的一刻。在各次实际通过的总体夯击能量偏大时，孔隙水压力会消耗一定的时间。针对砂性土，通常需要3-4分钟的时间。而针对软粘土，一般需要1-4周的时间。所以，针对软粘土而言，紧邻两次夯击的间歇时间在渗透相对较小的粘性土中通常需要保持在四周之上，但对于渗透相对较大的砂性土可以持续执行夯击操作。

2.1.5.夯点布置和夯点间距

要想确保土层的夯击更加均匀，对于夯点的布设需要采用正方形或是三角形。而对于各夯点之间的距离需要以实际的加固深度与土体的具体性质作为基础进行全方位考虑。针对渗透性相对较差的土层，要想更加有助于超孔隙水压力的消散，各夯点之间的距离不宜过小，但亦不可过大。若是距离过小，紧邻夯点的增强效应便会在浅层区域中叠加，这样便会形成一些实际硬度较大的土层，使深层转移的冲击能量受到一定程度的影响。若是距离过大，会导致地基土层的加固效果不够均匀。第一次夯点的位置往往是2.5-3.5倍的夯锤直径，第二次夯点往往选取在第一次夯击中部的位置。

2.1.6.夯击范围

结合基本应力扩散的基础原理，使用强夯法的实际处理范围需要超过基础范围，至于放大的具体范围需要结合结构的重要作用以及种类等众多方面加以确立。一般情况下，对于超过基础外边缘各侧的实际宽度需要保持在设计处理深度的1/3-1/2，同时需要超过三米。而针对存在潜在液化的地层，超出基础各侧的宽度需要大于实际设计中的处理深度。

2.2 强夯加固机理探析

2.2.1.动力固结理论

针对于饱和土，在土体总体积中封闭气泡占据1%-3%，若是气泡被压缩，土体体积也会被压缩，在冲击力的反复作用之下，随着土体中超孔隙水压力的逐渐加大，土体内应力亦会与之加大，这样的情况下便会出现放射状的裂隙，一定程度上改善了土层渗透性[4]。若是利用强夯法针对非饱和土层执行压实操作，其压实过程与室内压实法相似。若是对饱和非粘性土层进行压实，与振动压力及爆破较为相似。针对饱和细粒土，其压实过程需要对土体结构进行破坏，并产生相应的超孔隙水压力，这样才能形成更加有效的排水孔道，有利于孔隙水压力的消散。

2.2.2.振动波加固理论

强夯法处理地基指的是在极短的时间内，一般是几十到几百毫秒，突然施加冲击力作用于地基，这样巨大冲击力的影响能够传递至土层，同时转化为各种不同的波形。其中压缩波的传递最快，其能够在瞬间对孔隙水加以收集，减小基础的实际剪切强度，同时令土层出现拉动或是受压的情况。剪切波次之，其会在一定程度上破坏土层构造。最后是瑞利波，其属于一种表面波，会在一定程度上加强周边土壤的强度。在这三种波的共同作用之下，土壤颗粒达到另一种全新稳定的状态。

2.2.3.饱和土加固机理

以往的土层的加固理论是假定土粒与水都是不能够被压缩的，把固结这一过程看作是孔隙水的消散与孔隙体积的减小。但部分业内人士的思想观念中认为，因为饱和二相土的液体内含有1%-3%的封闭气泡，因此可以说饱和二相土并非真正意义上的二相土[5]。实际执行夯击操作时，土体会出现触变和液化，孔压会消散，土体表现出触变恢复，实际强度也会有所加大。若是针对土体的一次压实不足，那么因为土体破坏所失去的强度会相对较大，因为触变恢复增加的实际强度会相对较小，从而造成夯击之后实际承受载荷能力的下降。但若是执行第二次的夯击操作，对于触变恢复而言，其加大的实际强度会更大，所以渐渐加大夯击的次数能够获取更加理想的加强效果。

2.2.4.非饱和土加固机理

关于非饱和土体的加固，其是以动力压密原理作为基础，受到冲击载荷作用的影响，土体的孔隙体积会变小，这样水及空气会从中排出，土壤颗粒会再一次进行全新的排列，有效加大了土层的密实程度与实际承载能力。若是从微观层面来讲，使用强夯法针对地基实施处理的过程中，强烈地冲击力会使土体颗粒之间的连结状态被打破，导致土层内各种空隙空间排布的情况和实际含量也都出现一定变化，造成原本的土体构造被破坏，令土体颗粒根据更为密实的旋涡状构造再一次进行排列，有效加强了土体抵抗变形的能力与土体的抗剪能力，实现地基的有效加固。

3 强夯法在路基施工中的应用

强夯施工是实际实施强夯法的过程，其施工水平与强夯法的实施效果之间存在着密不可分的关联，同样关系到地基处理的质量。详细来讲，强夯施工过程中我们应重点关注如下几个方面的问题：首先，夯击设备的选择。对于夯击设备，试夯过程中便需要做好相应的选择工作，这样在实际执行强夯操作时便可直接使用试夯设备。通常情况下，实际工程施工中，履带式强夯吊机是使用较为普遍的强夯设备，履带式强夯吊机具有十分强大的功能，通常能够达到50吨之上，实际起吊的高度通常也能够和工程施工的实际需求相契合，能够达到20米之上，锤体是强夯设备最为关键的一个构成部分，履带式强夯吊机锤体的重量在17-18吨范围内，高度为1.6米，直径是2.2米。然而实际中若是高度符合标准要求时，锤体的重量在10吨之上即可，这样几乎可以使全部工程施工的需求得到满足。其次，通常情况下均是应用梅花形执行夯击操作的，夯击的方法可以被分为主夯与副夯，主夯和副夯需要进行确切明了的划分。实际执行夯击操作的过程中，应首先实施主夯操作，之后才是副夯操作，夯击过程中需要根据国家有关规定反复执行三次，如此方能最大限度使地基处理的实际需求得到良好满足。至于何时结束夯击操作，需要对各次锤击的标高以及执行夯击操作之后土层的实际下沉量加以观察，直至与有关规定相契合后方可暂停夯击过程。

4 结束语

总而言之，实际道路施工中常常会遇到粘性土、砂土、素填土以及杂填土等土质状况不是十分良好的土体。而使用强夯法可以针对这些土体实施有效处理，加强道路路基施工质量。另外，在软土地基处理中，强夯法具有十分显著的优势，该项技术不但具有十分良好的处理效果，同时施工设备简便，利于操作，大幅节约了各种施工材料的投入。采用袋装砂井与振冲碎石桩等加固处理方式，能够合理规避地基沉降之后出现形变的情况，提升道路施工质量。

[1]陈俊龙.强夯法处理地基在道路路基设计中的应用研究[J].环球市场,2019,000（013）:331.

[2]潘文君[1],向昕[2],吕骄阳[3].强夯法处理地基在公路路基设计中的应用[J].公路交通科技（应用技术版）,2015,000（012）:P.86-87.

[3]鹿馨月,陈洪平.强夯法施工技术在市政道路软土路基处理中的应用[J].科技与企业,2013,000（004）:190-190.

[4]叶青媚.市政道路软土路基处理中强夯法施工技术的应用[J].低碳世界,2015,000（001）:258-259.

[5]王延斌.强夯法施工技术在市政道路软土路基处理中的应用[J].建材与装饰,2018,000（025）:267.

[6]陈永刚.山区市政道路路基边坡设计与应用[J].福建交通科技,2020(02):8-11+27.

[7]程桂芳.道路路基排水设计的改革创新研究[J].居舍,2020(08):101.

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