强夯法地基加固工艺在太佳高速公路中的应用

摘 要: 强夯法地基加固工艺在太佳高速公路第十四合同段的应用，有效解决了该管段内湿陷性黄土地基的湿陷性问题，显著提高了地基的强度，减少变形。

关键词 高速公路；湿陷性黄土路基；强夯加固

1、 强夯法技术介绍

强夯法加固地基工艺广泛应用于湿陷性黄土、碎石土、砂土、一般粘性土、软土以及工业或生活垃圾等各种填土地基加固中。对于非饱和土地基，强夯加固效果显著，在呈流塑状的淤泥中抛填碎石、（钢渣、矿渣）进行强夯挤淤也能取得较好的效果。强夯法一般采用重力为80kN（8t）以上重锤，起吊到6m以上高度，垂锤呈自由落下，对土体进行强力夯实。它是一种既能提高地基强度，降低其压缩性，又能改善其抵抗地震液化的强力和消除土的湿陷性的地基加固方法。其最适宜的施工条件是：（1）处理深度一般不超过15m；（2）地下水位距地表面2～3m为宜；（3）夯击对象最好为粗颗粒土组成；（4）施工现场距原有建筑物应有足够的安全距离，一般宜大于10m。

总的来说，强夯法加固地基能代替某些桩基础而节省钢材、木材和水泥，而且速度快、效果好、投资少，是一种经济、简便的地基加固方法，在太佳高速公路第十四合同段的施工中，就运用强夯法地基加固工艺，取得显著的效果。

2、 工程措施

太佳高速公路第十四合同段管段内对湿陷性黄土地采用以下处理措施：Ⅰ～Ⅱ级非自重湿陷和Ⅰ级自重湿陷段填方地基采用重锤夯实处理。Ⅲ级非自重湿陷和Ⅱ～Ⅲ级自重湿陷段填方地基采用强夯处理。

强夯夯击能应不小于2000KN/M,重夯夯击能应不小于500KN/M。施工时采用第一，二遍点夯，第三遍满夯的施工顺序，第一遍的间隔时间为5天，第一遍点夯施工时，夯点在平面上以等边三角形布置，点夯间距采用2.5倍锤距，夯击次数不小于8次；第二遍夯击点位于第一遍夯点之间，夯击次数不小于8次；点夯夯击最后两击的平均沉降量要求强夯法不大于5，重夯法不大于2.满足上述条件后，进行第三遍满夯夯平，每点夯击3次，夯痕以1/4D搭接。

3、加固目的及要求

对湿陷性黄土地基加固，要求消除湿陷性，其湿陷系数应按下式计算：

（1）

式中：δs――湿陷系数；

hp――保持天然湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定的高度（cm）；

hP′――上述加压稳定后的土样，在侵水作用下，下沉稳定后的高度（cm）；

ho――土样的原始高度。

强夯加固后地基湿陷系数δs ＜0.015时为消除湿陷性。

对软弱土地基加固，着重于提高地基土的强度和减少变形。

4、施工准备

4.l机具准备

4.1.1夯锤

4.l.l.l夯锤所用材料

夯锤可用钢制，也可采用钢板壳，内填钢筋头、钢砂或浇灌混凝土制成。铸铁和铸钢材料制成的夯锤，体积小重心较低，稳定性强，回弹幅度不大，效率高。大吨位的可做成装配式的铸钢夯锤，以利运输。

4.1.1.2夯锤形状

夯锤形状可为圆柱形、方形、梨形、球形等形状。为了减少或消除锤提升时土与锤之间的吸附力，以避免增加起重机的负荷，夯锤应设4～6个从锤底贯穿于锤顶的排气孔。

3.l.l.3夯锤尺寸

夯锤单位面积可根据以下原则进行选则：

（l）夯锤单位面积的静压力宜在25～40kPa；

（2）夯击能级在2000kN•m以下时，单位面积的冲击能宜为300～500kN•m／m2；

（3）夯击能级在3000kN•m以上时，单位面积夯击能宜在600～800kN•m／m2；

（4）对于砂土和碎石土等，应选用较小面积的锤；对于软土、淤泥及淤泥质土等应选用较大面积的锤；对于轻亚粘土、黄土等应选用中等面积的锤。

4.1.1.4夯锤重量

夯锤最佳重量可根据下式决定：

M＝（l＋K／2）AγR（2）

式中：M――夯锤重量（t）；

K――有效加固影响深度系数；

γ――地基土的天然容重；

A――夯锤底面积（m2）；

R――夯锤底半径。

使用式（2）时应注意以下几点：

（1）当夯锤底面为曲面时，其底面积A为投影面积；夯锤半径R相应于投影圆的半径；

（2）地基土的天然容重γ为强夯处理前的地基土设计有效加固深度范围内的加权平均值；

（3）有效加固影响深度系数K值此处取值为0.5～0.7。

4.1.1.5夯锤排气孔的设置

（l）夯锤上排气孔的总面积约占夯锤投影面积的15％左右；

（2）排气孔设置要分布均匀，上下贯通，其数量为4～6个；

（3）排气孔的中心一般在夯锤投影面半径的中点；

（4）如果制作允许，也可做成上小下大的喇叭口；

（5）如果是钢壳的混凝土锤或用于饱和粘性土等软土地基加固的夯锤，其孔径可适当增大，以利排气和清孔。

4.l.2起重设备

4.1.2.l起重设备应根据夯锤重量选择。

4.1.2.2起重设备可采用履带式、轮胎式吊车及强夯专用三脚架，宜优先选用履带式吊车，其起重能力一般不小于15t。

4.1.2.3当吊车的起重能力小于夯击要求（即锤重×锤到吊车中心位置的距离）时，可在一定范围内，增设龙门架支撑；亦可由二台吊车组合成“双机组合吊车”进行施工。

采用轮胎吊强夯，应与龙门架支撑配合施工。

4.2现场准备

4.2.1施工场地应平整，并经推土机压实，以承载吊车及夯锤的重量。

4.2.2测量放线，放出夯击范围及夯击点的位置。

4.2.3如邻近有建筑物时，应距强夯点一定距离内挖好隔振沟。

4.2.4准备好配套的推土机、自动脱钩装置、夯锤、经纬仪、水平仪、滑轮、钢丝绳及绳扣等机具。

4.3劳动组织（每台班）

（l）工长兼技术员1名；

（2）测量兼沉降记录员1名；

（3）现场操作指挥，兼扶塔尺1名；

（4）挂钩1～2名；

（5）吊车司机1名。

5试夯

5.1试夯的工作内容

5.1.l根据工程地质勘察报告及加固要求，在施工现场选取一块有代表性的试验区，其面积不小于20×20m2；该试验区亦可选在需加固的地面上。

5.1.2按选定的夯锤用不同击数（或不同高度）进行夯击。

5.1.3根据试验要求在试验区内的不同点和不同深度处埋设孔隙水压探头，做好夯前、夯后的孔隙水压的跟踪测定，确定强夯间歇时间。

5.1.4进行沉降观测，并准确记录。

5.1.5整理静力触探等测试结果，确定强夯遍数及每遍夯击次数。

6施工参数的确定

6.l有效加固范围

6.l.1加固范围（见图1）

6.1.1.1根据修正梅纳公式，加固深度和宽度可按下式计算：

（3）

b＝2htgθ＋l （4）

式中：h――有效加固深度（m）；

K――有效深度修正系数，其值为0.3～0.9；

b――有效加固宽度（m）；

θ――压力扩散角，一般取θ=22º～30º；

M――锤重（t）；

H――夯锤落距（m）。

6.1.1.2根据波的传播特性和土对能量的吸收情况，可根据下式确定加固半径（即加固宽度和深度）rs（见图2）。

(5)

式中： rs――有效加固半径（m）；

M――锤重（t）；

H――夯锤落距（m）；

Vp――纵波波速（m／sec） ；

α――土的能量吸收系数；

Ki――大于1的系数，一般为3～5。

土的能量吸收系数α值表1

土质情况 α值(s/m)

松软饱和粉细砂、亚粘土、轻亚粘土、粘土 0.01～0.03

很湿的亚粘土、粘土 0.04～0.06

稍湿的和干的轻亚粘土、亚粘土 0.07～0.10

硬塑的粘土和中密的块石、碎石 0.0875～0.115

可塑的粘土和中密的粗砂、砾石 0.1～0.125

6.2间歇时间

每遍强夯之间的间歇时间，应根据孔隙水压力消散时间的长短而定。

加强在间歇时间中对孔隙水压力的观察，当孔隙水压从峰值消散到稳定值后所需的时间即为合理的间歇时间。砂土可不考虑间歇时间的影响。

6.3夯击点布置

对基础面积大或粘性土，采用等边三角形形网格布置。

6.4夯击击数的确定

夯击击数的确定，是根据地基加固后应达到规定指标来确定的。夯击要求竖向压缩最大，侧向移动最小。

6.4.l对于非饱和土或填土，可将最后两击的下沉量之和的平均值小于5cm作为每点的夯击击数。

6.4.2对于饱和粘性土，应以孔隙水压力上升到最大值即等于土体自重：

Ut=9.80665×10－2γ•ho（6）

式中：Ut――孔隙水压力（kPa）；

γ――土的容重（g／cm3）；

ho――上覆土层厚度（cm）；

或出现液化现象来控制夯击击数。

6.5夯击遍数

确定夯击遍数的原则是根据压缩层厚度、土质条件和计算沉降要求来确定。土体压缩层越厚，土的颗粒越细，含水量越高，夯击的遍数宜多；当夯击沉降量为计算最终沉降量的80～90％时，即视为夯击完毕。

7施工工艺

7.l强夯法施工程序（见图3）

7.2夯击施工注意事项

7.2.l严格按照设计布置的夯点放线、夯击；按照试夯所确定夯击击数、间隔时间、夯击遍数、锤重、落距等参数施工。

7.2.2在满夯时应随时调整吊车位置，以防止出现以吊车为中心的扇形面，影响夯击效果。

7.3施工中的安全注意事项

7.3.1强夯施工的夯锤系自动脱钩，现场施工必须高度集中，统一指挥，不得有任何混乱现象，整个现场应由起重指挥员全面负责。

7.3.2吊车司机、推土机司机都要集中精力听从起重指挥员的号令，不得盲动，夯锤起吊后，禁止任何人从吊杆下方通过。

7.3.3吊车司机应严格遵守安全操作规程。

7.3.4夯锤升起如超过脱钩高度仍不能自动脱钩时，起重指挥员应立即发出停车信号，并将夯锤落下，找出原因，进行处理。

7.3.5夯击前应注意周围高压线对吊车及缆绳的影响，对临近的建（构）筑物、厂区竖向工程地下管沟或管线、电杆等亦应保持一定距离，并会同设计部门进行调查，共同确定强夯加固范围。对临近有精密电子设备的建筑物，应采取隔振措施，以消除振动带来的危害。

7.3.6夯击场地应视情况适当洒水，以防水四溅，尘土飞扬，在吊车操作室挡风玻璃前，应增设一面铅丝防护网。

8强夯加固效果检测

强夯后的地基应进行加固效果检测，可选择静力触探、荷载板、标贯、十字板、旁压仪等测试项目，一般不少于一项测试项目。

9 结束语

我国地基土的地域性很强，地基加固是高速公路的施工中的常见问题。强夯地基加固技术应用前景广阔，施工单位只要设计合理，做好施工准备工作，严格进行施工管理，一定能取得良好的效益。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。