强夯法加工公路地基的设计方法研究

摘要：强夯法对基底的加固处理具有施工简单、工期短、造价不高等特点，越来越多地在工程施工中得到应用。现以以往的施工经验对强夯法在公路工程方面地基处理的详细论述设计方法。希望对今后公路地基施工提供借鉴意义。

关键词：强夯法 公路地基 设计

Abstract: the dynamic compaction method of basal reinforcement has simple construction, short construction period and cost is not high, more and more applied in the engineering construction. Now with past construction experience of dynamic compaction method in highway engineering foundation treatment design method is discussed in detail. Hope for the future road foundation construction to provide reference.

Key words: dynamic compaction method design of highway foundation

中图分类号：TU47文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

前言

强夯法虽然已经在工程中得到广泛的应用，但至今尚无一套非常成熟的设计计算方法。目前通常是针对工程实际情况根据经验初步选定设计参数，在通过现场试验的验证和必要的修改后，最终确定出适合于现场土质条件的设计参数。强夯法的主要设计参数包括：有效加固深度、夯击能、两遍夯击间隔时间等。

一、强夯地基简介

强夯法又称动力固结法，是将一个重锤（一般为10~40t）从高处（10~40m）自由下落，夯击地基，从而使地基土的强度得到提高、压缩性得到降低的方法。1957年，英格兰的道路研究所就曾运用普罗克特（Proctov）击实原理进行过深层土体的压实处理，但直到1970年前后，强夯法才在法国工程师路易斯•梅纳（LouisoMeiiard）的开发和倡导下，真正大规模地应用于深层土体的加固处理中。强夯法最初仅用于加固圆锥探头阻力9s低于10MN/mZ的砂和碎石层，随着施工机械和施工工艺水平的提高，实践证明，强夯法也可用于粘性土地基的加固处理。

强夯技术的特点：

适用各类土层：可以用于加固各类砂性土、粉土、一般黏性土、黄土、人工填土，特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土，结合其它技术措施亦可用于加固软土地基。

应用范围广泛：可应用于工业与民用建筑、重型构筑物、设备基础、机场跑道、堤坝、公路和铁路路基、贮仓、堆场、油罐、桥梁、港口码头、核电站、人工岛等。

加固效果显著：地基经强夯处理后，可明显提高地基承载力、压缩模量、增加干密度、减少孔隙比，降低压缩系数、增加场地均匀性，消除湿陷性、膨胀性，防止振动液化。

有效加固深度：单层8000kN•M高能量级强夯处理深度达12m，多层强夯处理，深度可达24~54m，一般能量强夯处理深度在6~8m。

施工机具简单：强夯机具主要为履带式起重机。当起吊能力有限时，可辅以龙门架等设施。

节省材料：一般的强夯处理是将原状土施以能量，无需添加建筑材料，大大缩短施工周期。

节省造价：由于强夯工艺无需材料，节省了建筑材料的购置、运输、制作、打入费用，除了消耗油料外，没有其它消耗。

施工快捷：只要工艺适合，特别是对粗颗粒非饱和土的强夯，周期更短；但是，雨天影响比较严重。

二、强夯法加固地基在建筑中适用范围

强夯施工方法具有施工机具简单，施工方便，加固地基效果显著，适用范围广泛，能缩短工期和降低工程造价等优点。一般来讲，强夯地基适用于处理碎石、砂土、杂填土（不含生活垃圾）、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土等，但笔者认为，现场监理尚应该参照地勘报告，掌握有关技术指标，如土层颗粒的组成，孔隙比，液性指数、塑性指数、饱和度、渗透系数等；对于有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的杂填土，还要查清杂物的分布范围、深度、有机质含量及是否对基础有侵蚀性。由于湿陷性土浸水后会产生附加沉降，其湿陷系数也应作为一项控制指标。工程中是否考虑选用强夯基础是由设计决定，但监理在必要时应提醒设计对以上技术指标作综合考虑。如广州从化一市政道路工程，设计选用了强夯地基，但经过对比地勘资料，监理提醒设计注意在地勘报告中反映了部分回填土中含有大量木糠，经查清其分布范围及埋深后设计采取了相应的技术处理措施，从而确保了工程的施工质量。

三、强夯法加固地基机理

关于强夯法加固地基的机理，目前有关专家学者意见还不很一致，但对于地基处理中经常遇到的几种类型的土，一般的观点认为：强夯法是在极短的时间内对地基土体施加一巨大的冲击能量（一般而言此冲击能量不小于800kN•m），加荷历时约几十毫秒，对含水量较大的土层，加荷时间约100毫秒左右。这种突然释放的巨大能量，将转化为各种波型传到地下。首先到达某指定范围的波是压缩波，它使土体受压或受拉，能引起瞬时的孔隙水汇集，因而使地基土的抗剪强度大为降低，据理论计算这种波以振动能量的7%传播出去，紧随压缩波之后的是剪切波，以振动能量26%传播出去，剪切波会导致土体结构的破坏。此外的瑞利波（面波）以振动能量的67%传出，在夯点附近造成地面隆起。土体在这些波的综合作用下，土体颗粒重新排列相互靠拢，排出孔隙中的气体，使土体挤密压实，强度提高。

根据上述观点，地基土经强夯法加固后，其强度提高过程大致可分为四个阶段：夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密（表现为土体中水及气体排出，孔隙水压力上升）；土体液化或土体结构破坏（表现为土体强度降低或抗剪强度丧失）；排水固结压密（表现为渗透性能改变，土体裂隙发展，土体强度提高）；触变恢复并伴随固结压密（包括部分自由水又变成薄膜水，土的强度继续提高）。

四、工程实例

G106国道扩建工程湖南段项目，根据地勘资料，场区发育有2～8m不等的杂填土，其中以碎石、粘性土为主，兼有泥炭质页岩块石，建筑垃圾等；碎石、粘性土含量极不均匀且未经压实，需加固后方可直接作为填土高度达23m的高填方路基基底。设计采用强夯处理方法对填土层进行加固处理。设计夯击能为2250kN•m，落距为18m。

下面介绍一下强夯施工情况。

本次强夯在施工前，首先对路段k2+325～k2+825段进行了试夯，试夯区域经检测合格后，再根据试夯区的施工参数，在场地大范围推广施工。

全部采用“两遍点夯、两遍满夯”的施工方案，同时，对局部地质条件较复杂的地段采用“四遍点夯、三遍满夯”进行加强处理；满夯夯击能采用1000kN•m，落距7~8m，按1/4搭接。

施工中，发现场地k2+356～k2+402段的土质较差，经加强处理后仍然达不到设计要求，故对k2+356～k2+402段基底采用换土处理，回填碎石土后再进行强夯施工，同时，根据设计要求，在施工过程中，如遇雨水天气，则严格按照强夯施工规范要求。

加固效果。该工程于2005年11月竣工，经建设单位委托有检测资质的施工单位对场地进行检测表明：通过本次强夯处理，土体密实度明显提高，承载力及密实度均能够满足设计要求。

五、总结建议

做好强夯地基的施工监控。由于强夯地基的许多技术参数都要求在试夯及施工过程中确定，因此，加强对强夯地基的试夯及施工监控，及时掌握各项技术参数尤为重要。强夯施工开始后，监理工程师应进行全程旁站检查，重点是要对设计参数进行验证，发现偏差应及时反馈给设计。监理工程师在监控中应注重做好以下几点：掌握设计意图、审核施工单位资质、认真审核施工方案、旁站检查与记录、安全控制。

强夯施工前，应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建设规模及建筑类型确定。施工过程中，应该严格遵守技术参数要求进行施工。施工后作好质量检测，并作好后期工作和以后的问户工作。

对该工程质量进行全方位控制应从以下几方面着手：（1）对建设工程所有工程内容的质量进行控制。（2）对建设工程质量目标的所有内容进行控制。（3）对影响建设工程质量目标的所有因素进行控制。

参考文献：

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