市政道路施工中的軟基處理技術(shù)探究

程金斌（將樂縣園林所，福建 將樂 353300）

?

市政道路施工中的軟基處理技術(shù)探究

程金斌（將樂縣園林所，福建 將樂 353300）

隨著施工技術(shù)的進(jìn)步，我國建筑行業(yè)也取得了很大進(jìn)步，對于市政道路改建工程施工要求越來越嚴(yán)格，為了不斷滿足通行的需求.需要在市政道路施工中運用強夯法，強夯法可以在公路改建工程施工中有效避免路基沉陷。本文闡述了強夯法的基本概念，并針對強夯法在市政道路施工中的實際應(yīng)用展開分析，以供參考。

軟基處理；市政道路；施工技術(shù)

引言

強夯法是市政道路施工中的一種重要的軟基處理方法，可以節(jié)約施材料，加快工程進(jìn)度，還能節(jié)約成本。在市政道路軟基處理中的強夯法一般來說可以分為施工準(zhǔn)備階段、試夯階段以及強夯施工階段這三個步驟。

1　強夯法概述

強夯法作為一種提高路基承載力的重要施工方法，可以有效防范濕冷地區(qū)公路路基的沉陷突發(fā)問題，還可以對道路填挖結(jié)合部進(jìn)行加固處理。強夯法的適用范圍有：碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。強夯法施工操作較為簡單，適用土質(zhì)范圍較廣，加固效果顯著，相比比換土回填節(jié)省了近60%的費用，與預(yù)制樁加固地基相比可節(jié)省投資50～7O%，與砂樁相比可節(jié)省投資40～50%。此外還可以節(jié)約工時，現(xiàn)場施工造成的污染也小。強夯法會對地基造成以下幾種影響：

1.1固結(jié)作用

對于地基的強夯處理，會通過改變排水通道的方式使得土壤的滲透性得到變化，加快土體固結(jié)速度，在強夯過程中，裂縫會在孔隙水壓力小于土粒間側(cè)向壓力時自動閉合，恢復(fù)原有的水運動狀態(tài)。

1.2液化作用

強夯法的一個缺點則是其巨大沖擊力會提高孔隙水壓力，使得土體局部液化，強度大大下降，不過其影響范圍有限。

1.3加密作用

有關(guān)研究和工程資料表明，夯實土體會降低其氣體和液體的體積，使得土體密實度增加，每次夯實可減少接近一半的氣體體積。

1.4時效性

土顆粒在孔隙水消散后會通過吸附自由水再次組合，回復(fù)到原來的強度，因此必須在施工完畢后的一個月內(nèi)測試強夯質(zhì)量，確保處理有效。

2　在道路路基施工中強夯法施工技術(shù)的優(yōu)點

2.1適用土層種類廣

對于多種類型土層的適用是強夯法的突出優(yōu)點之一，包括大塊碎石類土、建筑生活垃圾、工業(yè)廢料構(gòu)成的雜填土等較難處理的材料，強夯法也有良好效果，特別是其適用于軟土地基。

2.2應(yīng)用范圍廣

在工程建設(shè)領(lǐng)域，強夯法可以在建筑工程、市政道路工程、機場建設(shè)、港口碼頭、人工島等范圍內(nèi)使用，適用范圍廣。

2.3加固效果好

對于強夯法處理后的地基，其承載力和壓碎模量都得到了增強，干密度也提高了，降低了土體的膨脹性和濕陷性，其振動液化現(xiàn)象大為減輕。

3　強夯法在道路軟基加固中的基本原理

3.1動力密實

此原理作用的主要對象為粗顆粒土層、多孔隙土層等。是通過重錘對土層產(chǎn)生的大沖擊力來使土壤結(jié)構(gòu)變得密實，從而提高了軟基的堅實度。重錘的重量一般在10～40t之間，根據(jù)具體的工程狀況可選用不同重量的重錘。重錘在施工時通過起吊裝置提升至10～40m的高度，做自由落體下墜。從高處落下的重錘將攜帶的巨大的重力勢能作用于待處理的軟土地基上，將地基土層中的微小顆?；ハ鄶D壓，達(dá)到夯實的效果。由于軟土層中土壤顆粒形態(tài)的多樣性，呈現(xiàn)橢圓形、片狀以及圓形等多種形態(tài)，在重錘的沖擊下，互相擠壓密實，提高了承載力。

3.2動力固結(jié)

動力固結(jié)的作用對象主要是土壤中的微小顆粒。土壤中的微小顆粒在受到?jīng)_擊力的情況下，會形成新的裂縫，從而排出其中的水分。使得顆粒間距變小。動力固結(jié)有以下幾種作用機理，首先是土層的變化壓縮。在軟土中的細(xì)微顆粒排出水分，減少含水量的過程屬于土層的變化壓縮。第二種是局部的土層液化，當(dāng)重錘的沖擊到達(dá)軟基土層后，隨著微小顆粒的變形，其內(nèi)部的氣體和液體往外不斷排出，孔隙之間的壓力隨之上升，當(dāng)沖擊力作用到一定時間后，孔隙水壓力和沖擊力達(dá)到一種平衡狀態(tài)，此時的土壤液化程度達(dá)到峰值，細(xì)微顆粒間的間距達(dá)到最低，使得軟基得到加固，需要指出的是，此現(xiàn)象只是在局部的范圍內(nèi)發(fā)生，并不是作用于整個軟基土層。第三種是土層滲透性的變化。當(dāng)孔隙結(jié)構(gòu)在重錘壓力下發(fā)生改變時，隨著液體和氣體的排出，側(cè)向壓力逐漸增大，隨著沖擊次數(shù)的增加，孔隙水壓力增大，孔隙閉合。當(dāng)錘擊停止后，土壤中的氣體和液體形成了新的動平衡。

3.3動力置換

動力置換可以分為樁式置換和整式置換兩種。樁式置換指的是，將新的材料添加到原有的軟土地基中，并通過重錘將其擠壓到軟土中的一種方法。而整式置換是加入大塊碎石，利用沖擊力來將軟土和石塊黏合到一起以實現(xiàn)加固效果。其共同之處都是利用沖擊力來擠壓外加材料的一種加固方法。

4　強夯法在市政道路中的應(yīng)用

4.1應(yīng)用工藝

強夯法的工程應(yīng)用狀況在不同的國家有所差異，在北美和西歐地區(qū)，一般采用的是大噸位的履帶式起重機，其攜帶的重錘質(zhì)量也大，對于軟土層處理的穩(wěn)定性也更好。而日本一般采用的的是輪胎式的起重機，重錘質(zhì)量相對較小。我國市政道路軟基處理中的起重機噸位和重錘質(zhì)量較小，一般不超過40t，在施工是要附加滑輪來起吊重錘。在重錘起吊和下落過程中，需要注意的是，要做好安全措施，特別是注意起重機臂桿的傾斜，必要的時候要使用輔助門架支撐以保持平衡。施工前的準(zhǔn)備工作同樣重要，要對各個部件特別是脫鉤器進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，以確保施工安全和工程質(zhì)量。

4.2夯實效果檢測

強夯法處理軟土地基的效果需要通過及時的檢測來確認(rèn)，檢測的過程稱為一個間隔過程。根據(jù)不同的施工方法和地質(zhì)條件，間隔的時間也有所不同，當(dāng)軟土地基成分主要為黏質(zhì)土壤時，間隔時間宜控制在15～30d。當(dāng)采用置換的方式處理時，控制在30d左右，當(dāng)?shù)鼗簧巴粱蛩槭翞橹鲿r，間隔時間可縮短至7～15d。間隔時間的不同以及夯實原理上的差異也造成了檢測方法的不同，一般來說有荷載試驗，十字板剪切試驗以及室內(nèi)土工試驗等，具體到不同的工程項目中要根據(jù)實際情況選取適宜的辦法。

5　強夯法施工案例

5.1工程基本概況

工程項目于某縣級市城關(guān)路口處，屬于公路改建工程。線路整體走向與現(xiàn)有道路基本一致，局部根據(jù)現(xiàn)場實測及縣城的規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整，路線全長3126.632m，平交長度250.8m，線路總長3377.432m。本工程地貌屬于小盆地中的沖積平原，局部分布少量殘丘。地下水為孔隙潛水，與河水互為補給，水位1.2～3.3m。地層自上而下為：①人工填土，色雜、松散～稍密，厚度0.5～1.8m；②沉積層（軟土層），為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，夾淤泥質(zhì)細(xì)砂，灰黑色，飽和，流塑，松散，該層層底埋深2～12m左右；③沖積層，雜色，花斑狀粉質(zhì)黏土，可塑，灰黑色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，飽和、流塑及灰黑色中砂層，飽和、松散一稍密，厚約0～8m；④殘積層，為黃色砂質(zhì)黏性土、硬塑為主，為花崗巖殘積土，厚約1～3m。

在施工之前，對施工所在地的土質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，制訂了強夯法的地基處理方案。采用履帶式起重機，用20mm厚度鋼板作為底部，在捶底和錘面之間，設(shè)置通氣管，以降低重錘的沖擊作用。夯實方案則是在每一個點用重錘沖擊7次，每次夯擊時重錘的提升高度不同，起始高度高，隨著夯擊次數(shù)增加，高度逐漸降低。強夯法所使用的機具見圖1，強夯點的布點見圖2。

圖1　強夯法機械裝置圖

5.2強夯法工藝參數(shù)分析

軟土夯擊工藝及參數(shù)往往決定強夯法的效果，根據(jù)試夯結(jié)果和附近施工資料，強夯夯擊遍數(shù)、單點夯擊能、夯擊次數(shù)、夯點間距、每遍間隔時間、夯擊順序等參數(shù)參考值見表1及圖2。

在進(jìn)行強夯發(fā)施工前應(yīng)預(yù)先查明場地下建筑物、硬夾層及管線等情況，采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右员Ｗo(hù)或者避讓，以免造成損壞。還要詳細(xì)核對地質(zhì)報告，或進(jìn)行補勘，查明硬夾層和地下大障礙物的分布情況。地表上鋪設(shè)1m左右的 （一般要求0.5～2.0m）厚砂墊層以起到支承起重設(shè)備、擴(kuò)散“夯擊能”的作用，也作為地下水的排出通道。袋裝砂井布置間距1.5～2.0m，直徑0.05m，呈等邊三角形布置。根據(jù)設(shè)計初步確定的參數(shù)，在現(xiàn)場有代表性的場地進(jìn)行試夯。通過測試和數(shù)據(jù)的對比，檢查其強夯效果，以便確定工程采用的各項參數(shù)。強夯過程中嚴(yán)格控制前后兩遍的夯擊間隔時間，以利超孔隙水壓盡可能消散。當(dāng)完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量滿夯。

表1　軟土夯擊參數(shù)表

圖2　強夯點大樣圖

5.3施工階段

施工之前的準(zhǔn)備階段要做好起重機的啟動工作，并檢查重錘及脫鉤器的運行情況；之后，根據(jù)施工方案確定夯點，同時設(shè)置4個基準(zhǔn)點。

操作步驟上則需要注意順序，每一個夯擊循環(huán)由以下步驟組成：選定夯擊點，安裝好起重機，將重錘掛在脫鉤器上，啟動滑輪，提升重錘到指定高度，同時拉轉(zhuǎn)脫鉤器，使重錘自由下落，對土層完成夯擊。按照施工方案，重復(fù)夯擊循環(huán)，以完成軟土路基的夯實。在夯擊時，當(dāng)重錘處于平衡點后，方能拉轉(zhuǎn)脫鉤器，以免影響夯擊效果。為了提高夯實效果，在夯擊數(shù)次之后，將夯擊坑覆上土層，再進(jìn)行夯擊，使得地基表層的土壤更加密實。

5.4強夯效果

測試應(yīng)在孔隙水壓力消散后進(jìn)行，一般應(yīng)在強夯結(jié)束一定時間后進(jìn)行檢驗。試驗點應(yīng)分別取在夯點及夯點間，常用的方法有靜力觸探和動力觸探、荷載試驗、波速試驗等。

在本工程中，孔隙水壓力在一個星期內(nèi)基本消散完畢，設(shè)置的排水措施使其達(dá)到原設(shè)計參數(shù)條件要求，起到了不錯的效果。避免了由于孔隙水壓力消散慢，導(dǎo)致土體液化出現(xiàn)“橡皮土”的現(xiàn)象。從圖3可以看出，本工程的加固深度一般在15m以內(nèi)，但處理效果明顯的只在表層6m以內(nèi)，主要是由于現(xiàn)場沒有高能量的強夯設(shè)備，夯擊能量參數(shù)沒達(dá)到設(shè)計要求，所以有效加固深度沒有達(dá)到設(shè)計預(yù)計效果。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，及時對設(shè)計措施進(jìn)行了調(diào)整，對軟土分布深度在6m以上的地段采取了復(fù)合地基、真空預(yù)壓等其他處理措施。

圖3　強夯處理的雙橋靜力觸探曲線對比圖

由表2看出，強夯處理能短時間內(nèi)完成加固深度內(nèi)的沉降，有效地減少了后期沉降的影響。

表2　地基下沉量對照表

6　結(jié)語

我國市政道路施工規(guī)模不斷加大，對軟土地基的處理也提出了新的要求。強夯法的使用有效提高了地基的穩(wěn)定性，從整體上提高了市政道路施工質(zhì)量。本文就該技術(shù)在市政道路中應(yīng)用進(jìn)行分析，具有一定的參考價值。

［1］韋生根.紅層軟巖填方路基壓實措施的試驗與分析［J］.公路交通技術(shù)，2014（1）.

［2］王 騰，陳 亮，朱洪洲，繆存雀.折線地基上路堤變形規(guī)律及安全狀況評價［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015（01）.

［3］曾琴琴.強夯法在道路軟土路基中的應(yīng)用［J］.民營科技，2011（11）.

［4］劉可.強夯法在市政道路施工中的運用［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011 （19）.

2016-6-1

U416.1+6

A

2095-2066（2016）17-0178-03