強夯法在高速公路路基施工技術中的應用探究

李紅鋒

(山西平陽路橋有限公司，山西臨汾 041000)

0 引言

強夯法造價低廉且操作簡單，針對高速公路路基能夠提高其路基強度，降低可能出現(xiàn)的工后沉降，對地基的作用深度相當之深。目前該技術可應用于濕陷性軟土土壤或粉質(zhì)土壤，可解決某些軟質(zhì)土壤地帶無法實現(xiàn)路基夯實并存在沉降現(xiàn)象的高速公路項目建設難題。

1 某高速公路路基施工項目基本概述

某高速公路呈現(xiàn)東北方向發(fā)展，全程經(jīng)過6個市縣長度達到270.29 km，是兩省連接的主要國道通道。由于該高速公路建設項目所在區(qū)域存在獨立的地質(zhì)單元，其基層為中侏羅紀火山巖與早白堊紀泥巖以及泥質(zhì)粉砂巖底層結合，整體上巖石的強度偏低，缺乏良好的抗風化能力，符合我國《濕陷性黃土地區(qū)建設規(guī)范》中的相關內(nèi)容描述。在對該地區(qū)進行工程地質(zhì)勘察中也發(fā)現(xiàn)該路段的原生黃土與沖洪積次生黃土較多，雖然有碎石與礫石相隔，但在地基深層位置存在大量的濕陷性粘土，其最厚位置為20 m，但平均厚度只有6 m左右。

根據(jù)該公路路基施工項目的技術標準，在面對這種飽和度偏低的粉性土、砂性土與粘土地質(zhì)結構時應該采用強夯法進行地基處理。強夯法主要是根據(jù)地面所需要的夯擊能能量，結合夯錘自重與夯錘吊起高度自然下落后產(chǎn)生對于地面的夯擊能量，引發(fā)土體的明顯壓縮，并排擠出土體中多余的空隙水分與氣體。在經(jīng)過多次重復夯擊后土體就會固結，確保地基承載能力有效提升。

2 某高速公路路基施工項目施工設備選擇

2.1 起重機的選擇與施工注意要點

某高速公路路基施工項目選擇了重力大于15 t的履帶式裝備，該設備行走靈活，且具有穩(wěn)定性能，也具備一定起重高度(最高高度可達到14 m)。在施工中為了避免夯錘下落導致吊臂回彈后仰造成起重機翻倒危險，施工中特別根據(jù)夯錘升起后的高度結合設備最高重心進行了計算，適當為其添加了鋼質(zhì)桅桿設施以保證起重機受力平衡，提高其工作安全穩(wěn)定性。

2.2 夯錘的選擇與施工注意要點

為了確保夯錘靜壓力值最高在30 kPa～40 kPa范圍內(nèi)，該工程施工中將夯錘自重設置在10 t～20 t左右，上下底面直徑則設計為2 m。在高速公路路基施工中，采用厚鋼板焊接夯錘，并在其中填筑水泥混凝土凝固。該路基施工還充分考慮到夯錘夯擊地面后所排出的氣體部分會降低空氣所形成的阻隔反作用力，因此在夯錘制作過程中在其上下底面還預留了一定數(shù)量直徑為25 cm左右的夯錘圓孔，確保夯錘對路基均勻產(chǎn)生夯擊力量。

3 某高速公路路基施工項目強夯法應用試驗分析

該高速公路路基施工項目在應用強夯法之前進行了試驗檢測、分析以及位移測量，具體試驗技術流程如下。

3.1 對強夯法的試驗檢測

采用強夯法首先處理濕陷性黃土，對土體受壓變形、含水量以及固結過程等等外部影響因素進行分析，全面確保路基強夯后的安全穩(wěn)定性(達到項目設計地基承載力要求)。為此，該路基工程施工項目就選擇了現(xiàn)場試驗檢測上述參數(shù)。

首先明確了現(xiàn)場試驗方案中強夯處理所產(chǎn)生的夯擊功能在1 000 kN·m，設計夯錘中15 t，夯錘上下底面直徑為25 m。在施工現(xiàn)場路基地面上設置邊長為5 m的正方形畫布網(wǎng)格，然后主要夯擊正方形的中心點位置，即進行間隔夯擊，保證整塊夯擊地基沉降大約0.5 m左右，而每點兩次的夯擊平均沉降控制在5 cm以內(nèi)，再者就是確保每點8次夯擊壓實度在50%以上。

其次在夯擊過程中要準確監(jiān)測夯擊前后變化的相關指標，并提取相關觀測數(shù)據(jù)結合施工路段布設至少4個沉降標觀測地基沉降數(shù)據(jù)。該工程在試驗操作中希望利用混凝土加固配合鋼管的方法做好沉降杯的保護工作，避免沉降杯被破壞。另外就是在夯擊點埋設了孔隙水壓力測頭，結合試驗要求劃分3組，其中每組按照一定深度與距離布設孔隙水壓力測頭。

3.2 對強夯法的試驗分析

在確定夯擊點與夯擊次數(shù)后觀察夯擊法試驗中地基沉降量的變化曲線。在觀察中發(fā)現(xiàn)最后兩次夯擊的平均沉降量可作為控制指標，在每點夯擊4次左右就能滿足夯擊施工要求。所以該工程也按照沉降量控制指標結合每點需要夯擊至少8次以期望施工技術達標。以下結合試驗內(nèi)容給出該路基施工的夯擊次數(shù)，如下:

其中，E為單位土體所需要的夯擊能量，kN·m;S為夯錘錘底面的實際面積，m2;d為地基改良深度目標值，m;W為夯錘總量，t;H為落錘高度，m。該工程結合實際情況代入數(shù)據(jù)進行計算，配合上式計算得出了按照10次夯擊所產(chǎn)生的夯擊能量。根據(jù)夯擊能量結果給出強夯影響深度的一般經(jīng)驗公式如下:

其中，a為受到多種外界因素影響后所產(chǎn)生的經(jīng)驗系數(shù)，它可應用于強夯法施工中作為一個具體的經(jīng)驗系數(shù)變數(shù)，結合夯錘的夯擊高度、夯擊力量在3.5 m～5.0 m厚度的濕陷性黃土土層進行夯擊是可行的。

另外，在路基施工中結合壓實度檢測指標對10次夯擊中的壓實度平均值進行分析后發(fā)現(xiàn)，該路基施工中采用夯擊法的平均壓實值都在90%以上，基本可滿足施工要求，一般來說在夯擊第8次前數(shù)據(jù)變化明顯，第9次、10次夯擊后數(shù)據(jù)變化不大，這說明路基在第8次之后已經(jīng)完全壓實，壓實度已經(jīng)超過90%。而在強夯前后的靜力觸探曲線方面，其路基在填筑后的靜力觸探曲線表現(xiàn)更明顯。因此可得出結論，在強夯后地基的強度變高，靜力觸探值則要高于10 MPa。

3.3 對位移的試驗分析

該高速公路路基施工項目在采用強夯法過程中一定會出現(xiàn)位移，這從通車后路基頂面沉降變化就能觀測出來。強夯后雖然該施工中路基雖然出現(xiàn)了明顯沉降，但總的沉降值偏小，基本滿足對路基沉降指標的基本技術要求。不過在采用低能量進行多次夯擊后路基可能存在一定的位移，這種位移會導致路肩側(cè)向擠出一定的變形值，結合這一變形值進行觀測得出路基路肩位置的側(cè)向擠出變形觀測值，如表1所示。

針對該高速公路段的路堤路肩填方位置進行強夯壓實(夯擊能量為1 000 kN·m)，并按照正方形布設夯點位置，夯錘中心間距設置在4.0 m，可單點夯擊6次～10次。以表1中6次夯擊為例，最初4次表面松散土被夯平，路基沉降值數(shù)據(jù)變化較大，但在第5次、6次時數(shù)據(jù)基本趨向于穩(wěn)定，壓實度與夯擊沉降度基本無變化，說明路基已被夯擊壓實。

表1 試驗段路肩位置的側(cè)向擠出變形觀測值數(shù)據(jù)

所以結合上述該高速公路路基施工項目強夯法試驗結果總結分析，該路段可以采用強夯法夯擊加固路基，其夯擊強度也滿足施工項目設計技術要求［1］。

4 某高速公路路基施工項目強夯法施工工藝流程

結合強夯法試驗結果，該高速公路路基施工項目順利展開，其施工工藝流程主要如下:

首先第一步清理、整平施工現(xiàn)場，保持施工現(xiàn)場清潔無雜物。

第二，測定施工路段地基的原始標高，同時布設夯錘落點位置。

第三，結合設計高度用起重機將夯錘吊起并自然釋放，保證夯錘以自由落體的方式下落，夯擊地面自然成坑，夯擊后要調(diào)整好路基平整度，確?？拥灼秸冗_標。

第四，結合施工設計要求用起重機重復吊起夯錘自然下落，完成設計規(guī)定的夯擊次數(shù)。

第五，按照點夯方法將地面平整。該工程采用到了1 000 kN·m的夯擊力量實施滿夯，在滿夯兩次后將地面重新整平。

最后，記錄強夯后的地基標高，按指定時間間隔，重復上述流程采用低能滿夯的方法夯擊下一點，做好地基高程測量工作［2］。

5 結語

采用強夯法可解決某些濕陷性黃土或粉質(zhì)土壤路段高速公路路基施工難題，而且該技術體系相對成熟，對數(shù)據(jù)的測量與記錄相對精確，可以成為當前高速公路路基施工建設的主力技術。