强夯法在公路工程软基施工中的应用分析

刘建民?朱建民

摘 要：在公路施工中，常常会遇到软土路基，给施工带来了一定的困难。由于外在和内在因素的影响，往往会出现沉降现象，削弱路基的质量。基于此，本文对强夯法施工技术进行了详细分析，包括原理、方法等，希望能够提高公路施工质量，促进公路事业的进步和发展。

关键词：公路工程;强夯法;软土路基

强夯法即动力固结法，通过利用起吊设备将重锤提升一定高度后自由下落，借助于重锤下落所产生的夯击能与冲击波对公路路基进行迅速固结的方法。强夯法由于具有施工技术方法简单、材料、机械、人力投入较少，工程技术经济指标高，因此在公路路基处理，尤其是在粉土、粘性土、湿陷性黄土以及杂填土路基处理上得到了广泛的应用，对于提高路基承载力，减小路基的不均匀沉降也发挥了重要的作用。

1 强夯法加固机理分析

1）动力密实机理。对于多空隙粗颗粒非饱和土的处理，则主要是动力荷载的密实理论。通过借助于强夯法冲击产生的动力荷载，挤出土颗粒中的空气使得非饱和土中的孔隙减小，造成土体颗粒产生位移，进而促使土体更加密实，实现公路路基土体强度与承载力的提高。根据相关的试验研究资料表明，在1000～2000kN·m冲技能的作用下，对于土体产生的冲切变形能够提高路基承载力2～3倍左右。

2）动力固结理论。采用强夯法处理细颗粒饱和土，则主要是利用重锤巨大的冲击能量产生应力波，促使土体局部液化，并将孔隙水通过孔隙排出，待孔隙水压力消散后固结密实，通过软土的触变性提高公路路基土体强度。其作用机理主要是通过饱和土的可压缩性，待其局部液化之后改变土体渗透性，待触变恢复后即可恢复土体的强度。

3）动力置换理论。动力置换则主要是类似于换土垫层理论，通过强夯法强行将碎石填筑到公路路基土体之中，其作用机理与振冲法碎石桩相似，主要是通过碎石的内摩擦角与土体侧限维持桩体平衡。

2 工程案例

该公路工程项目不良地质现象主要为沙埋、风蚀、崩塌、滑坡、人工洞穴、湿陷性黄土等。本文研究路段处于路线中段黄土梁崩、沟整地貌区，段落内黄土斜坡及河流阶地处有新近堆积黄土状粉土、黄土分布，路基土主要为上更新统黄土和全新统新近堆积黄土状粉土、黄土，结构疏松，土质均勻，大孔隙及垂直节理发育，具有湿陷性，经取样判别，主要为级轻微级中等非自重性湿陷性黄土场地;地基土的承载力及稳定性比较好，但在雨季排水不畅，雨水大量渗入路基土时，路基土的承载力急剧下降，产生湿陷性，将导致路基的破坏。

3 强夯法在公路软基施工的具体应用

1）对周边土壤进行勘测。强夯法施工之前，需要先检测周边的环境，结合土层承载力的相关要求，确定出路基的标准设计高度，在此基础上，制定出科学合理的施工方案，增强其科学性与合理性。如果土壤不适合此种方法，可以结合实际情况进行调整，确保土壤的有效固结，保证其硬度和强度达标。在土质不均匀的情况下，夯实效果会受到较大影响，因此夯击的次数和高度需要以实际情况为参照进行设计。需要注意的是，夯击过程中可能会发生土体向外挤压的现象，因此需要对夯击的能量进行确定，保持土体的完整性良好。如果是群夯，在必须先夯实土体，然后再强夯一遍，避免土体遭到破坏，保持土体的牢固。

2）确定施工参数。（1）机械设备的确定。强夯施工采用30t以上带有自动脱钩装置的履带式起重机或其他专用设备。采用履带式起重机时，在臂杆端部设置辅助门架或采取其他安全措施，防止落锤时机架倾覆。夯锤锤重及夯锤底面面积根据设计文件要求的单击夯击能确定。夯锤底面采用圆形，夯锤中对称设置若干个上下贯通的气孔。自动脱钩采用开钩法或用付卷筒开钩。（2）夯击参数的确定：一是夯锤落距，锤重按下式初步确定：影响深度=系数×（锤重×落距）×1/2，落距根据单击夯击能和锤重确定。二是夯击遍数的确定，夯击遍数设计为3遍，具体工程分主夯、副夯、满夯3种，以主、幅夯为主。一般第一遍隔一点跳夯，第二遍补第一遍空隙，第三遍为低能量满夯全幅满夯，达到锤印彼此搭接。三是夯击次数，强夯施工每一遍内各个夯点的夯击次数，严格按图纸设计夯击次数，并同时满足单击夯击能不小于2000kN·m，夯坑周围地面不发生过大的隆起，不因夯坑过深而使起锤困难，且以使土体竖向压缩最大而侧向位移最小为原则。四是夯击点的布置，夯击点布置与夯击点位置可根据路基底平面形状布置。五是夯击遍数间隔时间确定。具体间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。

3）确定夯点的位置。根据土质的情况以及图纸设计的要求，对强夯点进行设计，夯点的间距、布局方式等都需要进行科学合理的安排。一般强夯点的布局方式都是正方形、等腰或者等边三角形等。采用这样的布局方式的话每一遍夯实时每个夯点都要顾忌到。如果夯点的间距太近的话，容易在软基的浅层形成硬层，影响夯击能量的传递，造成下部没有密实。另外在夯点的位置确定以后还要确定机械设备的位置。

4）试夯施工。在强夯施工之前，必须以规定的强夯参数指标为依据，在划分出的施工区域进行试夯，对比分析出前后的测试数据，对强夯的效果进行检验，之后进行调整和改进。在强夯施工的过程中，先夯击深层的地方，对其进行改造加工，然后改造中层土，最后才是表层，按照从深到浅的顺序，一遍又一遍的夯击之后，选择合适型号的推土机，填平出现的凹坑。夯坑底面上部的填土相对疏松，加强强夯的振动小，会松动底面上的填土，因此需要注意，工程质量检验的时候，尤其应把握其密实程度，保障夯击的效果。

4 强夯施工质量控制措施

第一，夯锤起吊后，臂杆和夯锤下及附近15m范围内严禁站人。有建筑50m范围内不宜采用强夯措施。强夯开始时应检查是否处于中心，若有偏心时，应采取在锤边焊钢板或增加混凝土等办法使其平横，防止夯锤倾斜。夯坑随夯随填，不过夜，以防积水，并视天气情况变化而定。施工过程中，必须做好施工记录，强夯过程中应对各项参数及施工情况作好详细质量记录。按设计规定次数及控制标准，完成各夯点的夯击。点夯完成后用推土机整平场地，最后用低能量满夯一遍。干燥天气进行强夯时宜洒水降尘。当风力大于5级时，应停止强夯作业，以防机械倾倒，保证安全。

第二，强夯施工结束后，可开展填土施工，并对沉降板进行埋设。运用δ16mm钢板制作成20cm的矩形，使其作为沉降板底座。运用φ20钢管中间焊接丝杆进行连接，使其作为沉降杆进行使用。在底座中心直接对底节沉降杆进行焊接，沉降杆长度应控制在23～25cm范围内。与填土高度相结合进行逐节加高。采用内径为φ30的镀锌钢管包裹沉降杆，并用管箍实施连接。确保沉降板能随着地基进行自由沉降，便于对软基处理后地基沉降量的观测。

第三，强夯机械设备控制，主要体现为夯锤的质量、直径、高度的控制，本合同段夯锤质量采取20t。夯锤内部采用70角鋼对拉十字焊接，同时在距底板钢板20cm处，沿圆周斜拉70角钢焊接，吊环采用钢板制作，与底板钢板贴边焊接，增强夯锤整体连接性，夯锤直径为2.3m，锤底静压力40kPa，夯锤落距15m。夯锤设置四个直径200mm上下贯通的通气孔，减小锤底与土体形成真空产生的强吸附力和下落时间的空气阻力，充分保证夯击能的有效性。

5 结束语

公路软基处理中使用强夯法施工可以节省施工成本，也可以在加快施工进度的基础上，提高最终的施工质量。必须对强夯法的特点进行详细了解，先检测后施工，达到规定的标准，强化路基的坚固性与稳定性。另外，必须选择合适的技术，结合实际情况加以改进，提高施工人员的技术，保证项目能够顺利实施。

参考文献

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