強夯法在城市道路路基中的應用

柯博欣

廈門市市政工程設計院有限公司（361000）

強夯法在城市道路路基中的應用

柯博欣

廈門市市政工程設計院有限公司（361000）

以廈門市集美新城核心區(qū)誠毅大街道路工程為例，給出強夯法提高人工填土地基承載力、降低壓縮性、提高土層均勻性、減小地基不均勻沉降的原理，適用范圍，技術方案，質(zhì)量檢測方法，并對有關問題進行探討。

強夯；夯擊能；地基處理；地基承載力

0 引言

強夯法又稱為動力固結法或動力壓實法,利用起吊設備，將10～40 t的重錘提升10～40 m高處使其自由下落，依靠強大的夯擊能和沖擊波作用夯實土層，從而達到提高地基強度、降低土層壓縮性、提高土層均勻性，減小地基不均勻沉降等目的。強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土和人工填土等地基。對非飽和的黏性土地基，一般采用連續(xù)夯擊或分遍間歇夯擊的方法，并根據(jù)工程需要通過現(xiàn)場試驗以確定夯實次數(shù)和有效夯實深度。強夯法具有加固效果顯著、適用土類廣、施工方便、縮短工期、節(jié)省費用等優(yōu)點。

本文通過對廈門市集美新城核心區(qū)誠毅大街（海翔大道與錦亭北路段）道路工程人工填土地基強夯法的設計及質(zhì)量檢測方法進行論述，并對有關問題進行探討，可為類似工程提供參考。

1 強夯法的加固機理

土體是由土的固體顆粒、土中水及土中氣體組成的三相分散體系。因此，夯錘作用在土體上時，主要有以下四個方面的作用。

1）壓實作用

巨大的強夯沖擊能一方面使土中空氣所占體積被壓縮并滲出，另一方面也使水中的封閉微氣泡被壓縮。

2）土體局部液化

當能量以反復沖擊荷載的形式施加于土體時，部分氣體逐漸被壓縮，土顆粒表面的結合水膜也被擾動，使其擺脫分子引力的約束而成為自由水。當含氣量為零時，土體中孔隙水壓力急聚上升，局部發(fā)生液化。

3）孔隙從裂隙中排出，土體發(fā)生固結

在巨大的強夯沖擊能作用下,土中產(chǎn)生裂隙；結合水的轉(zhuǎn)化也導致土體的滲透性增大，此時，土體發(fā)生排水固結。

4）土體觸變重新恢復

強夯時，土體強度大幅度降低。當土體接近或產(chǎn)生液化時，土體強度處于最低值，此時土體處于完全破裂的狀態(tài)。在孔隙水壓力逐漸消散的同時，土顆粒間進一步靠近并形成新的結合水膜。

2 場地地質(zhì)、水文條件

2.1 場地位置及地形地貌

誠毅大街位于廈門市集美新城中部、誠毅中路和誠毅東路之間，南接中央公園，北經(jīng)海翔大道，跨越沈海高速公路和集美北大道,與軟件園三期連接。擬建場地基本位于耕植地，標高0.02～41.5 m，地勢平坦、開闊，有大片香蕉林、龍眼樹，沒有河流、湖泊；也沒有巖溶、崩塌、滑坡、泥石流、采空區(qū)、地面塌陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)災害。

2.2 巖土層巖性及分布情況

通過本次勘察,誠毅大街在鉆孔深度范圍內(nèi)，場地內(nèi)巖土層自上而下為：①人工填土、②淤泥、③粉質(zhì)黏土、④粗砂、⑤粉質(zhì)黏土、⑥殘積礫質(zhì)黏性土、⑦全風化花崗巖、⑧砂礫狀強風化花崗巖、⑨碎塊狀強風化花崗巖、⑩中風化花崗巖。

誠毅大街表層的①人工填土較厚，厚度一般在2～10 m，是由于早前附近山體開挖場土方回填于此而形成的，其回填時間約在1年前，且未做專門的壓實處理。因此，該土體較為松散，密實度及均勻性差，泡水易軟化、崩解，地基強度低，容易產(chǎn)生不均勻沉降，不得用作持力層。淤泥層②在誠毅大街分布較少，且厚度在0.6～2 m。

2.3 場地水文條件

擬建場地屬地下水排泄區(qū)，地下水靠地表水補給、鄰區(qū)地下水的側向補給、降雨滲入補給，場地環(huán)境類型為Ⅱ類，按地層水屬B型水。

3 技術方案比選

誠毅大街表層①人工填土和②淤泥若采用挖除換填處理，將產(chǎn)生大量的廢土方，施工開挖面很大，且開挖較深，挖坑四周邊坡須作臨時防護，整體施工繁雜，產(chǎn)生的廢土方需要廢棄場地。另外，有效加固深度為3～10.5 m，且擬建場地周邊地勢平坦、開闊，無其他結構物。

綜上所述，強夯法較適合用于加固誠毅大街的人工填土地基。

4 強夯法的設計與質(zhì)量檢測

4.1 設計參數(shù)

強夯法的主要設計參數(shù)為：有效加固深度、夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、間歇時間和夯擊點布置等。目前，強夯法尚無成熟的設計計算方法，其設計參數(shù)應根據(jù)規(guī)范或工程經(jīng)驗初步選定，在施工前選擇代表性場地試驗，并經(jīng)必要的修改調(diào)整，最后確定適合現(xiàn)場土質(zhì)條件的設計參數(shù)。在設計階段初步選定的主要設計參數(shù)見表1。

4.2 施工要求

本次設計強夯參數(shù)僅作為參考，其強夯各項參數(shù)、強夯效果、施工方法及適用性應在強夯正式施工前選擇代表性場地進行試夯后確定。

強夯的重錘選用重量要不小于30 t，底面積為5.0 m2的圓形鑄鋼夯錘，且錘的底面宜對稱設置若干個與其頂面貫通的排氣孔，孔徑可取250～300 mm。強夯機械宜采用帶有自動脫鉤裝置且起重量超過100 t的履帶式起重機和輔助門架的組合。

強夯正式施工前，施工單位應組織甲方、設計、監(jiān)理等單位在有代表性場地進行試夯，并提交相應試夯報告。夯點的夯擊次數(shù)，應按現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關系曲線確定，并應同時滿足下列條件：最后兩擊的平均夯沉量小于100 mm，夯坑周圍地面不應發(fā)生過大的隆起，不因夯坑過深而發(fā)生提錘困難，強夯的有效加固深度應根據(jù)現(xiàn)場試夯試驗確定。

本次強夯處理地基需先點夯兩遍，再滿夯兩遍，點夯、滿夯相鄰兩遍之間間歇時間及點夯與滿夯之間間歇時間為2周。點夯一遍的擊數(shù)初步定為8擊，具體次數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試夯試驗確定，最后兩擊平均夯沉量小于100 mm的擊數(shù)為控制擊數(shù)。當夯不下去且周圍隆起過大時,夯點擊數(shù)不少于4次。點夯的夯點布置成正方形，第一、二遍的夯點位置應錯開。滿夯一遍的擊數(shù)為1擊。每遍夯完后用推土機進行場地平整碾壓。

強夯后，要求回填土地基承載力≥120 kPa，土基回彈模量≥30 MPa。

當場地表土軟弱、地下水位較高、夯坑底積水影響施工時，宜采用人工降低地下水位，或鋪填一定厚度的松散性材料，使地下水位低于坑底面以下2 m?？觾?nèi)或場地積水應及時排除。

施工前應查明場地范圍內(nèi)的地下構筑物和各種地下管線的位置及標高等,并采取必要的措施，以免因施工而造成損壞。

表1 設計階段初步選定的強夯參數(shù)

當強夯施工所產(chǎn)生的振動對鄰近建筑物或設備產(chǎn)生有害的影響時，應設置監(jiān)測點，并采取挖同振溝等隔振或防振措施。

施工過程中應有專人負責下列監(jiān)測工作：開夯前應檢查夯錘重量和落距，以確保單擊夯擊能量符合設計要求；在每一遍夯擊前，應對夯點放線進行復核，夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯應及時糾正；按設計要求檢查每個夯點的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量。

強夯前，須先清理并平整施工場地。強夯過程中應對各項參數(shù)及情況進行詳細記錄。

須嚴格作好各項管理，嚴抓施工安全工作。強夯過程中，須嚴禁人員進入強夯范圍內(nèi)。

4.3 檢測要求及內(nèi)容

4.3.1 檢測要求

本工程夯前要進行試夯,夯后要進行工程檢測。前者是為大面積施工選擇合理的設計與施工參數(shù)，后者是為了檢驗工程質(zhì)量是否符合設計要求。

本工程要求采用多種方式進行試驗：靜力觸探試驗，從本試驗夯前、夯后的曲線變化情況，判斷是否達到處理深度要求，也可看出加固后地基承載力的提高幅度；重型動力觸探試驗，本試驗可結合鉆機取樣進行土工分析，以確定強夯的影響范圍和地基承載力的提高幅度；回彈模量試驗測定土基回彈模量；載荷試驗檢測承載力。

4.3.2 試夯及檢測數(shù)量

試夯區(qū)：誠毅大街樁號K0+040～K0+100段，面積42×30 m2，試夯區(qū)檢驗點不應少于3點。強夯正式施工時對本項目道路的檢測數(shù)量為沿道路中心線方向每100 m 1個點，即誠毅大街中心線方向每100 m 1個點。

4.3.3 檢測深度

檢測深度至強夯加固深度以下1 m。

4.3.4 檢測時間

強夯處理后的地基竣工驗收承載力檢驗，應在施工結束后間隔一定時間后進行。對于碎石土和砂土地基，其間隔時間可取7～14 d；對粉土和黏性土地基，其間隙時間可取14～28 d。

4.3.5 進行夯前、夯后對比

本工程應提供以下檢驗表：夯前、夯后重型動力觸探N63.5曲線對比表，單點夯擊次數(shù)、夯沉量的關系曲線對比表。

5 結語

強夯法加固人工填土地基達到了消除沉降量、提高地基承載力的目的。

采用強夯法加固人工填土地基是一種快捷、經(jīng)濟而有效的方法，在今后類似工程中應大量推廣應用。

[1]中交第二公路勘察設計研究院.JTG D30-2004,公路路基設計規(guī)范[S].

[2]中國建筑科學研究院.JGJ79-2002.建筑地基處理技術規(guī)范[S].