强夯法在公路路基施工中的运用探究

文／刘展斌 烟台市芝罘公路建设养护中心 山东烟台 264001

1.相关理论基础概述

1.1 强夯法的基本原理

随着我国公路建设事业的快速发展，公路建设项目越来越多，对地基的要求也越来越高。高速公路路基施工中，强夯法作用于路基土体结构，引起土体结构变形，可有效提高路基密实度，提高路基承载力，保障公路交通安全运营。强夯法的基本原理有动力置换、动固结、密实等。强夯法施工时，重锤是一种重要的施工机具,施工中主要采用重锤法压实路基，使重锤在施工部位自由落体，引起土体发生塑性、弹性变形，增大土颗粒间接触面积，有效提高路基压实性能。传统人工挤密方法易引起地基不均匀沉降和孔压增加，严重影响工程的正常运行与服役寿命，强夯技术应用于软土地基加固显得尤为必要，施工中通过动力固结达到基础加固的效果，所谓动力固结是指通过压缩饱和土，使土壤中的有机质得到有效的分解和处理，从而使土体更加紧密[1]。

1.2 强夯法的主要特点

第一，投入资金少。强夯处理地基时，投资主要集中在强夯设备上，对其它方面的投资较少，其综合效益较高。

第二，实现路基显著加固。该方法可提高地基承载力，提高基础稳定性，避免因夯打而产生失稳现象，是一种行之有效的方法。强夯法能够将土体结构中的孔洞消除，将土体松散、承载力不足等问题有效解决。强夯还可以加速施工，缩短工期，节约大量的人力物力。在公路工程施工中，强夯法通过压缩模量调整、土体干密度提升等方法将土体的整体稳定、抗震性提高，实现改善基础的效果。同时，强夯法属于非开挖施工方法，施工过程中无需铺设管线、路面等，具有明显的经济效益。此外，该技术在消除湿陷现象、促进场地土体结构平衡方面发挥着非常重要的作用。

第三，适用性较强。强夯法可对施工场地内各种类型的土进行预处理，如粉质土、碎石土、杂填土等。在选用强夯施工时，技术人员需在现场进行试验验证，以保证施工完成后的性能符合施工规范[2]。

2.公路工程路基施工过程中常见问题

2.1 路基不均匀沉降问题

公路路基在长期运营后易发生不均匀沉降，造成路基不均匀沉降现象家中，对路基平整度和行车安全产生威胁（图1）。要保证车辆在行驶时的稳定舒适，相关施工单位就必须对路基施工技术进行控制，从而有效地提高路基的整体结构[3]。路基的不均匀沉降与其内在属性密切相关，在外部环境变化的作用下路基的沉降速率与深度均会逐渐加快，长期下去将造成更大的破坏。

图1 路桥不均匀沉降

2.2 土层强度较低

在公路路基结构设计中，部分路段土颗粒松散、承载力低，难以有效承载轴载，当振幅过大或荷载集中时，路基极易发生差异沉降，造成路基变形过大，影响道路使用寿命。为了确保公路建设的效果，相关技术人员就要重视和应用公路工程压实检测技术，以提高公路施工的效率，推动我国经济和社会的发展。

2.3 边坡稳定性较差

在公路建设过程中，因施工场地复杂，路基边坡极易发生失稳。究其原因，主要是建设单位未深入勘察施工现场，未对路基进行合理加固，直接造成路基稳定强度降低。这种失稳现象随着公路路基的实际使用而进一步弱化，尤其是长期受雨冲刷，更易发生滑坡等病害。

3.公路路基施工中强夯法应用要点

某公路全长25.5 公里，设计时速100 公里，路基宽度为26 米，是区域交通枢纽，起着区域间交通交流的重要作用。在路基工程开工前，勘测专家详细勘察了工程地质情况。调查结果表明，沿线存在大量的盐土路基，若处理不当极易引起地基失稳。为此，有关部门开始重视路基处治，并根据实际情况，选择最佳的处理方法，提高路基承载力。

3.1 做好前期准备工作

在公路路基施工正式开始前一定要做好一切前期准备工作。首先，施工人员应从全方面对路基基底进行治理，清除路基基底内的污染物、杂土、水及其它杂质，以保证路基基底的洁净。其次，持续优化堆填土作业流程，确保土方能及时运至指定地点，并确保相应的夯土工作能顺利完成。在局部土质不好的路段可以用人工开挖的方法来完成换填工作。为保证公路路基工程的顺利开展，施工技术人员应当清晰准确地标定工程土方量、坐标参考点等关键参数，确保测量放样精确度，然后结合现场实际条件做好施工机械设备的合理选择。该工程中选用的设备夯锤起吊高度可达10 米以上。施工人员根据夯锤底部面积大小在夯锤底部布置4 个可贯穿整个夯锤的通气孔，并选用耐久、强度高的自脱扣装置[4]。

3.2 试夯施工确定技术参数

在正式开工前选定一块500 平方米的实验场，技术人员通过试夯明确夯击设备工作的各项参数，比如夯击次数、夯锤提升高度等。为了测试夯击能传播范围，在安全位置开挖减震沟。根据上述数据，结合现场实际情况，确定了合理的施工工艺和工艺参数，并进行了地基处理。在此基础上，施工人员通过超静孔隙水压力及地表加速度测试观测夯实后压实情况，通过实验数据分析明确夯实后基础的沉降变形情况。在试夯阶段，施工人员应坚持连续性原则，也就是在完成一次夯击之后在原位置再次进行夯击，之后分两次其他部位的夯实。在试夯阶段，第二次的沉陷量应当在5 厘米以内，在满夯后理论上平均沉陷量应当在2 厘米以内。如图2 为试夯作业现场图。

图2 试夯施工现场

3.3 强夯施工

施工人员在正式强夯作业前需要先根据施工流程做好夯锤位置的调整，对夯锤顶高进行测量记录。在该工程中，施工团队选用的是15 吨的夯锤，提升高度为15 米，按照0.5 米预设安全距离。在利用钢丝绳提拉吊起夯锤到指定高度后，启动自动脱钩器，此时夯锤会在重力作用下自由下落，然后向地面产生巨大的冲击，冲击力度会快速压实土体，促进内部气体、水分等排除。为保证全过程无事故发生，每次强夯结束后施工人员都应对每一锤点的深度、水平位移等资料进行详细的分析与统计。为保证夯打技术水平，本项目详细记录了每次夯击后的夯沉量。若两次夯沉量均大于5 厘米，则继续压实，直至两次夯沉量均小于5 厘米。施工人员可根据实际情况选用适当的夯击力、夯击锤等参数，制定具体的施工工艺和操作规程，以保证每一次夯点的施工效果。第一次夯点完成后，用推土机把回填的土填入夯点。经过初整后，再用压路机压实，为下一步的压实工作创造良好的工作环境。在进行第二次夯实过程中，施工人员按照第一次夯实操作流程进行处理，施工中注意路基填料强度的监测，应采取相应的措施来控制路基填料的密实度。为了进一步提高路基的稳定性，在路基填筑完成后，施工单位又进行了满夯，施工工序与一、二次夯实过程相同，但二次夯点各加1/2，以保证路基施工区的整体夯实。通过上述工作，本工程实现了大面积、全层压实，满夯工作结束后施工人员对施工场地进行整平，再用压路机进行全面碾压，使其达到路基施工的各项要求[5]。

3.4 高填方强夯补强处理

有的路段会存在超过20 米的路堤，此时施工人员可以按照高填方路段进行处理，每填筑8 米就进行一次夯实作业。本文介绍了强夯法对高填区不同条件下强夯加固的处理过程及效果，并对其应用价值进行了分析。图3 所示为高填土强夯加固处理方案的示意图。

图3 高填方强夯补强处理示意图

工程施工中按照如下要求选择高填土路段强夯所用机械设备：吊车采用单索承载力大于15 吨的单索单索或20吨的多索拖挂。为防止吊索受力过大、后倾，在施工过程中配置特殊的吸震支架及其它减震结构。该工程夯锤由圆柱形的铜锤组成，该锤体具有很高的弹性。夯击时用调节空气压力的大小来控制夯击能量，夯锤底部设有对称通风口，便于打夯机落下时能有效排出坑底气体，这些通风口的直径一般为10-15 厘米，与直径为2 米的夯锤重量为10 吨[6]。在现场试验中，技术人员确定了每一夯点所需设备的数量、重量及各构件间的位置关系，夯击点设置采用三角形排列，夯点中心距离设为1.5 米，落距设为10米锤印重叠面积不宜小于50 厘米。为防止夯锤落下时的反弹，施工人员可在夯锤上加垫块以减小冲击力，提高夯锤的工作稳定性。对于单个夯击点将夯锤的使用次数设置为3 次，将夯击的次数设置为2 次。为保证每一锤都能取得理想的效果，还应考虑相邻夯锤间距的影响。在实际加固施工中，技术人员应根据实际情况适当调整有关参数。如图4 所示为填满夯击点的平面图。

图4 满夯击点布置示意图

强夯法是一种有效的加固方法，它可以提高地基承载力，减少沉降。在大范围夯击作业前施工人员必须先进行试验以确定夯点个数，对不同材料、不同结构的夯锤耗能进行比较分析，得出优化夯击方案。在进行夯击试验时选取20 米×20 米的场地并将夯点区域平整，选用若干个不同夯击点进行夯击试验，也可采用单点夯击试验。使用单锤夯击3 次。当夯锤打实深度小于5 厘米时建议只打一次夯打；当夯沉量超过5 厘米时需进行两次夯击作业，并记录其数量。当夯沉量下降到5 厘米以下时，夯击次数可适当增加[7]。

3.5 强夯施工作业监测

3.5.1 监测土体压力

该路段路基土为盐渍土，采用钢弦式土压力仪实时监测土压力。该装置主要包括压力传感器以及位于波纹管中心和压力表机架位置的固定传感器，可承受土压力的波纹管。当膜盒中的压力达到某一数值时，由压力传感器发出电信号，经处理就可获得土的压强。在夯打施工过程中，夯锤落下时会对土体产生冲击使膜盒受到土压力而产生变形从而形成液体介质。在膜盒中设有测量膜盒形变及受力状态的数据采集装置将测量结果送至计算机处理系统。该方法是以膜状液体为介质，压力传感器内部金属丝在受到外部压力后产生振动，传感器监测并且分析金属丝的振动频率，进而对土体的受力情况进行分析。

为了确保能够精确地监测地基土压力，施工技术人员在借助弦式土压计进行监测之前要做好压砖机位置的合理设置，可先用工具挖掘深50 厘米、宽30 厘米的坑位，然后将压力表水平放置其中，之后用5 厘米的细沙均匀地铺设，用水准仪测定其偏差，确认合格后回填并压实。

3.5.2 监测沉降值

通过对强夯施工过程中沉降量的监测可对强夯施工过程中和施工结束后的沉降进行分析。本项目采用直径50厘米的钢板作为沉降板，沉降板用150 厘米的测量棒、外包塑料管进行连接，从而将回填土和侧棒之间的摩擦力降低。在完成一切准备工作后，施工人员在监测端面上放置沉降板，利用测土侧杆对强夯过程中路基沉降情况进行细致地观测[8]。

表1 路基沉降标准

3.6 强夯法施工技术应用效果

在公路完成强夯后，施工小组要认真检查地基沉降，以沉降量与压实度作为评价路基压实效果的依据，试验结果如表2 所示。通过对路基压实度检测结果进行分析可知，试验段符合施工要求，这表示软土路基中应用强夯法有着较好的效果。

表2 试验路段路基的压实度检测结果

结语：

总之，强夯是一种新的地基处理方法，已被广泛应用于工程实践。在公路路基处治采用强夯需要施工工艺进行严格的控制。本文通过对该技术的实践应用情况进行分析发现，经过强夯法处理后的路基受力性能得到明显改善，可见该方法施工效率高，对提高公路路基施工效果有重要意义。