路基沉降处理中的强夯法参数解析

摘要：路基沉降一直以来得到了广大研究者的探究，总结出了许多预防路基沉降的方法，但各个方法都有利弊，需要合理的加以选择，本文在认识强夯法优越性的基础上，通过具体实例对其应用进行分析。

关键词：强夯法；路基沉降

路基沉降是道路工程中常见的一种病害，严重的影响到了道路的稳定使用和车辆的行驶安全。通过近年来的研究，路基沉降的处治措施比较多，如应用低等级路面过渡，采用土工合成材料(土工格栅、塑料网格等)，应用超轻质EPS泡沫，采用压力灌浆法、强夯法等，但各种方法适合不同的条件，都有其优缺点，必须考虑路基工程各方面的因素进行综合性的选择。文章则以强夯法为研究对象，对其应用进行分析。强夯法是近些年来发展起来的处治路基沉降的有效措施。其作用效果明显，施工速度快，在我国多个工程中得到了广泛的应用，并取得了良好的技术、经济效益。但受到道路工程自身复杂性的影响，强夯加固设计、夯点合理布置、施工质量管理等各方面因素还不能完全得到控制，所以有必要对强夯法在路基工程中的应用进行研究，本文主要结合具体工程实例来研究强夯法在路基沉降处治中的应用。

1工程概况

某市政道路工程，高填方路段，填土高度为2.6～8.3m，道路红线宽度为50m，双向八车道。路段回填处见有不同厚度的素填土，其回填时间短，均匀性差，局部还见有少量生活垃圾、建筑垃圾，不均匀分布，在人工回填场地附近处见有淤泥质粉土，其呈软塑状态。为更好地完成软土地基沉降，避免失稳，减少工后沉降及差异沉降，同时满足地基承载力的要求，该场地中的填土、软土作为路基土时必须进行人工处理。该道路车流量和填土高度较大。车辆动荷载将不可避免地对路面路基、地基产生较大的冲击作用等动荷载，加大工后沉降，甚至造成路面结构破坏，如何降低这种影响也是基础处理设计要考虑的重要问题。综合考虑，为了节约施工周期和施工成本，选用强夯法作为该段软基处理的措施来预防路基沉降，并选择其中的K2+280～K2+300段工程进行详细的试验分析，以取得最佳效果。强夯法的施工工艺流程比较简单，一般如下：平整场地布置孔隙水压力观察计夯点布置第一遍夯击平整场地(夯击间隔时间) 第二遍夯击平整场地满夯或第三遍夯击平整场地检测。

2填方路基强夯主要参数确定原则

强夯设计计算参数主要包括：单点夯击能、夯击遍数、相邻两次夯击遍数的间歇时间、加固范围和夯点布置等。不同的路基加固要求就需要进行针对性的处治设计，对于强夯用于处治路基不均匀沉降而言，土体孔隙较大，大部分与大气连通，夯击过程中产生的超孔隙压力较小，消散速度较快，因此在实际工程施工中的各遍时间间隔往往能够完全消散孔隙压力，该因素一般可以忽略。下面就计算参数确定的原则进行分析。

(1)单点夯击能。研究表明，路堤填方类材料能够承受较大的冲击荷载，而且高能级的强夯的影响深度和作用范围大大高于低能级的强夯。同时，高能级强夯的有效夯击遍数高于低能级强夯，其夯击遍数可以较低能级强夯大大减小。单点夯击能选择中应考虑以下因素：

1)被加固填方高度：当填方高度较小而采用大能量的强夯将使强夯能量作用于不需加固的地基中，造成能量浪费。2)构筑物安全性：强夯能量在地基中以波动的形式传播，如果能量过大将对涵洞、挡土墙等造成冲击破坏。

(2)夯击遍数。夯击遍数一般通过现场试夯来确定，常以夯坑的压缩量最大，夯坑周围的隆起量最

小为确定原则。目前，常通过现场试夯得到的夯击遍数与夯沉量的关系曲线来确定。

(3)夯点布置。实际工程表明，夯点间距过大，使各夯点的土体得不到有效加固；夯点间距过小，或采用夯点搭接的方法往往使后续强夯降低前期强夯形成的地基沉降，降低加固效果。

选用适当的强夯间距将增加地基强夯的整体效果，并达到事半功倍的效果。根据实际工程经验，在所有计算的强夯工程中，有效加固范围一般为1.5～2.5倍锤径左右，因此建议在缺乏资料时，强夯间距取2倍夯锤直径(其中大能量的加固范围可以取大值)。

另外，夯击点间距的布置是否合理与夯实效果和施工费用直接相关。夯击点间距的确定一般根据地基土的性质和要求加固的深度而定。对于粗颗粒土，为便于超孔隙水压力的消散，夯点间距不宜过小。当要求加固深度较大时，第一遍的夯点间距更不宜过小，以免夯击时在浅层形成密实层而影响夯击能向深处传递。若各夯点之间的距离太小，在夯击时上部土体向已经夯成的夯坑中侧向挤出，从而造成坑壁坍塌，夯锤歪斜或倾倒，进而影响夯实效果。有些工程采用夯坑之间搭接的连夯方法，已被实践证实夯击效果较差。

当然夯点间距过大，也会影响夯实效果。根据国内经验，第一遍夯击点问距一般为5m～9m，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适当减小。对加固深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点宜适当增大。在本工程中，主要是研究点夯过程中夯击效果并进行理论分析，为了更完善的记录点夯的数据，避免夯点间的相互影响，在夯点布置时取10m间距。

在明确主要参考之后，主要通过充分的施工准备，然后按照以上所提出的施工流程进行施工，并验证了强夯的结果，达到了良好的效果，说明了施工方案的正确性，接下来文章进行详细的分析。

3施工准备

3.1强夯施工机具

采用夯锤重100kN，起重机具的最大超重重量500kN，最大起吊高度15m，配各自动脱钩设各。采用带自动脱钩装置的履带式起重机或其它专用设备。采用履带式起重机时，可在臂杆端部设置辅助门架，或采取其它安全措施，防止落锤时机架倾覆。

3.2夯点布置

桩号为K2+280～K2+300，夯锤底面直径2m，锤重100kN，夯锤落高5、10、15m三种，以模拟不同夯击能的夯击效果；夯击遍数12遍，强夯夯点共6个，强夯夯击点布置如图1所示，各夯击点的落距见表1。

图1 强夯夯击点布置

表1 各夯击点夯锤落距

强夯点编号 夯锤落距(m)

1 5.0

2 10.O

3 10.O

4 15.O

5 15.O

6 15.O

3.3现场测试

为测试强夯对地基加固的效果，需要对夯前和夯后的地基沉降变形和土体物理力学参数进行测试分析，主要进行的测试项目有：

(1)地基变形沉降测试。测试点位置详见图2所示，在进行强夯之前应对以上各点高程进行统一测试，并在各测试点上撒上石灰做标记。在每遍夯击后进行一次测量，以便绘制观测点夯击遍数与地基沉降的关系曲线。

图2 沉降变形测试点位置示意图

(2)强夯点土体干密度测试。采用水袋法对夯前、夯后进行标准干密度试验测量，应考虑含石量。

(3)面波测试分析。主要测试内容有，夯击前后测试点的地基土体面渡波速、分层情况、面波波速变化值，以分析夯实效果和夯实深度。

4强夯结果分析

4.1密实度计算

最大干密度的确定。测试表明：土石混填最大干密度可按下式确定：

式中： 为土石混合料最大干密度(g／cm3)；

为细土的最大干密度(粒径小于5mm的土)(g／cm3)；

p为粒径大于5mm的粗粒料(石)的含量(％)；

D为最大粒径(cm)；

G为粗粒料的视比重。

通过现场观测确定该路段填方路基平均含石量75％，最大粒径250mm。粗粒料主要为强风化或弱风化的灰岩、砂岩和泥岩，取三者的平均视比重2.5，细土的最大干密度1.909/cm3。将参数取值代入上式，计算获得该填方的最大干密度为2.153g/cm3。

4.2压实度计算

强夯后在6个夯坑位置采用水袋法进行了测试，以获得强夯后填土干密度，采用如下公式计算压实度：

式中： 为实测土石混合料干密度(g／cm3)。

各强夯夯点的测试数据和计算获得的干密度、压实度见表2。从表2可见，强夯后，各强夯夯点的压实效果良好，尤其lOm和15m落距的4个夯点的压实度都超过了95，满足高填方道路路基承载力和压实度的要求。

表2 密实度测试数据

强夯点编号 土体重量

（g） 含水量

(％) 试坑体积

(cm3) 湿密度(g/cm3) 干密度(g/cm3) 压实度

1 43400 7.6 20500 2.12 1.98 92.04

2 50600 7.6 22500 2.25 2.08 96.61

3 39lOO 7.6 17500 2.23 2.06 95.68

4 45500 7.6 20500 2.22 2.05 95.22

5 41100 7.6 18000 2.28 2.11 98.00

6 45600 7.6 20500 2.22 2.06 95.68

平均 2.22 2.05 95.54

4.3沉降观测

强夯过程中，对夯击后地基的沉降进行了观测。观测中包括夯程、夯坑项直径和夯坑底直径，六个夯坑的测量值见表3。强夯夯程的计算为标准的夯坑(直径为夯锤的直径)的中心点沉降量。而现场所得到的夯坑是非标准的，因此，应采用夯坑体积进行修正，获得等效夯程。

表3 夯击实测数据表

强夯点编号 夯锤落距(m) 夯击遍数 夯坑中心点沉降(cm) 夯坑顶直径(cm) 夯坑底直径(cm) 夯坑体积(m3) 等效夯程

(m)

1 5 12 34.6 268.5 201.5 1.531 0.439

2 10 12 53.9 280.0 213.0 2.620 0.751

3 10 12 54.3 284.0 190.0 2.490 0.713

4 15 12 64.3 320.0 218.0 3.786 1.085

5 15 10 59.1 227.5 296.0 3.235 0.927

6 15 12 67.4 211.5 312.5 3.959 1.134

注：5#因夯坑局部隆起变形，夯击遍数减少

从表3中可以看出，等效夯程与夯锤落距有关，3个15m落距的夯程平均值达到了1.049m。2个10m落距的夯程平均值达到了0.732m。5m落距的有效夯程量0.439m。可见强夯后减少路基的沉降效果明显。

表4 试夯击点夯击遍数与夯坑中心沉降值

夯击数

编

号 2 4 6 8 10 12

1 -12.3 -18.9 -23.O -28.3 -32.2 -34.6

2 -18.6 -24.2 -33.6 -42.4 -49.8 -53.9

3 -19.2 -25.5 -34.5 -43.9 -48.6 -52.3

4 -20 -32 -42 -50.7 -62 -67.4

5 -19.7 -31.2 -41.6 -50.3 -59.1

6 -21.5 -30.5 -41 -48.5 -59.8 -64.3

表4列出了不同夯击遍数下，各夯坑中心的沉降值。在夯击过程中，对夯坑周边也进行了测量，测点布置见图2，并得到强夯观测点沉降值与夯击数的关系数据，以及强夯观测点沉降值与夯击数的关系数据。分析得出，第1夯击的沉降最大，随着夯击数的增大，沉降差逐渐变小。对于4夯点来说，在夯坑的周边出现了明显的隆起现象，最大隆起值达到7.5cm。在夯锤落距为5m时，沉降差在8击后基本上明显变小；在夯锤落距为1 0m时，夯击8次后，沉降差明显变小；在夯锤落距为15m时，夯击l0次后，沉降差变小。在落距为10m和15m的条件下，夯击1 O次后，路基土体的压实度己达到95％以上。因此，可以认为，在1Om落距条件下，夯击10次为最佳夯击数。

4.4路基土面波测试

为了检验强夯的处置效果，对强夯前后进行了面波测试。通过测试数据，可以得出以下认识：

(1)在落距为5m，夯坑中没有振松层，强夯加固后面波波速沿深度方向增加。落距为5m时，100KN夯锤的有效加固深度为3.5m左右。

(2)在落距为10m，夯坑中没有振松层，强夯加固后面波波速沿深度方向增加。落距为10m时，100KN夯锤的有效加固深度为4.5m左右。

(3)在落距为15m时，夯坑中存在一定深度的振松层，在2m以内的面波波速降低，2m以下部分的面波波速增加较多。落距为15m时，100kN夯锤的有效加固深度为6.5m左右。

4.5强夯加固有效深度的计算

根据梅拉公式，可以确定有效加固深度，其表达式如下：

式中： 为有效加固深度；

a为折减系数；

Q为夯锤重；

H为夯锤落高。

实践证明有效影响深度不仅与夯实能量有关而且与土性、夯锤面积等关系很大，在查阅国内外相关试验数据和分析典型土石混填地基强夯加固实例的基础上，引用折减系数a的取值为0.52。

这样，当100kN夯锤，落距为5rn时，按上式计算有效加固深度为3.68m；当100kN

夯锤，落距为10m时，按上式计算有效加固深度为5.2m；当100kN夯锤，落距为15m时，按上式计算有效加固深度为6.37m。可见运用理论公式计算获得的有效加固深度与波速测试结果相当吻合。

5结语

通过对该道路工程K2+280～K2+300段高填方路基的强夯试夯试验，可以得出以下几点认识：

(1)强夯法加固道路路基是可行的，采用强夯法进行加固，能取得较好的加固效果。

(2)明确了强夯处理回填区路基的有效加固深度，当100kN夯锤，落距为5m时，有效加固深度为3.5m左右：落距为10m时，有效加固深度为5.0m左右；落距为15m时，有效加固深度为6.5m左右。

(3)明确了落距与最佳夯击数之间的关系，当落距5m时，最佳夯击数为8次，10m和15m落距时，最佳夯击数为10次。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。