高速公路填土路基工程中的強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)

趙博

（中交路橋建設(shè)有限公司，北京 100000）

1 工程概況

首都環(huán)線承德到平谷高速公路主線全長(zhǎng)59.325km，TJ6 標(biāo)起訖樁號(hào) K51+700～K60+400.02，總長(zhǎng) 8.7km，路基挖方、填方工程量分別為186 萬m3、54 萬m3?，F(xiàn)場(chǎng)含豐富的雜填土，級(jí)配不均，施工期間以何種方式有效控制填料的含水量為重點(diǎn)內(nèi)容，易由于控制不到位而導(dǎo)致路基出現(xiàn)工后沉降現(xiàn)象?？紤]到提升土層壓縮模量和承載力的要求，加強(qiáng)填筑施工質(zhì)量控制，針對(duì)填方段的填土高度在4m 以上的情況，以強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)的方法加以處理。

2 強(qiáng)夯法的作用機(jī)理

強(qiáng)夯施工中，將重錘提升至設(shè)計(jì)高度，解除約束使其自由下落，產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為波能，向深層擴(kuò)散，由于能量的作用，促進(jìn)土體的固結(jié)。在強(qiáng)夯環(huán)節(jié)，橫波使土體表層松動(dòng)，縱波有利于加密土體。按照加固機(jī)理的不同，強(qiáng)夯法包含動(dòng)力夯實(shí)、動(dòng)力固結(jié)、動(dòng)力置換三類，但基本思路均是破壞土體的天然狀態(tài)，在外部作用下改善土體的分布狀態(tài)，使其具有密實(shí)性。強(qiáng)夯產(chǎn)生的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力在土體中傳播，有利于推動(dòng)顆粒的運(yùn)動(dòng)，使原本松散的顆粒具有密實(shí)性，顆?？紫堕g的氣體被高效排出，孔隙體積減小，路基土的密實(shí)度自然有所提高[1]。

3 強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)

強(qiáng)夯施工配套的機(jī)械設(shè)備較為簡(jiǎn)單，施工工藝流程清晰明了，能夠富有秩序性地完成強(qiáng)夯作業(yè)，將其用于公路路基夯實(shí)處理后，路基的密實(shí)度大幅提高，并且此優(yōu)勢(shì)在軟土路基中體現(xiàn)得更為明顯。得益于強(qiáng)夯法操作便捷、質(zhì)量可靠等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段其在公路路基處理中取得廣泛的應(yīng)用。

3.1 施工機(jī)具的配套

在本路基強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工中，主要應(yīng)用到的施工機(jī)具有以下4 種。

（1）夯機(jī)和夯錘。20tW1001 型夯機(jī)，在夯錘中間設(shè)3 個(gè)貫通的φ25cm 排氣孔，以便夯實(shí)作業(yè)的順利進(jìn)行（若未設(shè)置排氣孔，錘底和土體間有真空，吸附力明顯偏強(qiáng)，產(chǎn)生的空氣阻力對(duì)錘體的正常下落造成影響，難以取得良好的夯實(shí)效果）。

（2）起重設(shè)備。50t 履帶式起重機(jī)，此類設(shè)備的重心低，有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，同時(shí)設(shè)備配套摩擦離合器。

（3）脫鉤裝置。在配套自動(dòng)脫鉤裝置后，可實(shí)現(xiàn)夯錘的順暢起落。硬件配置中，將拉繩的兩頭分別固定在銷柄處、懸臂桿底部橫軸處，施工中，根據(jù)施工要求提升夯錘，待其達(dá)到設(shè)計(jì)高度后即可升鉤拉繩，帶動(dòng)銷柄拉起，夯錘脫鉤下落。

（4）錨系設(shè)備。夯錘脫鉤后，易影響到起重臂的穩(wěn)定狀態(tài)，例如有一定程度的向后傾斜，針對(duì)此問題，將T1-150 型推土機(jī)作為地錨裝置進(jìn)行使用，同時(shí)用鋼絲繩對(duì)推土機(jī)和起重機(jī)械臂桿做連接處理，起到增強(qiáng)穩(wěn)定性的作用。

3.2 強(qiáng)夯參數(shù)

強(qiáng)夯是提高填土路基密實(shí)度的關(guān)鍵途徑，采取逐點(diǎn)和滿夯的綜合方案。首先按照不小于2500kN·m 的夯擊能點(diǎn)夯，單點(diǎn)夯擊次數(shù)6～8 擊；而后以不小于1000kN·m 的夯擊能滿夯，單點(diǎn)2 擊。為保證待夯擊區(qū)域在經(jīng)過夯擊處理后有足夠的平整性，要求滿夯后錘印搭接上一錘1/4。

3.3 強(qiáng)夯準(zhǔn)備

全面清理現(xiàn)場(chǎng)，將影響強(qiáng)夯的雜物清理干凈；根據(jù)夯擊方案，確定第一遍夯點(diǎn)的位置并準(zhǔn)確標(biāo)出，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)高程并將數(shù)據(jù)完整記錄；安排起重機(jī)進(jìn)場(chǎng)，調(diào)整姿態(tài)，直至夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)為止。同時(shí)需對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行明確，此項(xiàng)內(nèi)容是施工的基礎(chǔ)內(nèi)容。

3.4 強(qiáng)夯施工方法

（1）夯錘重根據(jù)設(shè)計(jì)夯擊能做有效的控制，在夯錘底部設(shè)上下貫通的排氣孔，作為夯擊時(shí)坑底空氣的排出渠道，減小空氣阻力，以便夯錘的有效下落。夯錘直徑 1.8～2m，排氣孔直徑取 25～30cm。

（2）在確定強(qiáng)夯作業(yè)范圍后，用灰線撒出；明確各夯點(diǎn)的具體位置，做好標(biāo)記。取路基兩側(cè)邊坡坡腳外3m 的區(qū)域，將其作為強(qiáng)夯處理的寬度控制范圍。按三角形布置夯點(diǎn)，橫、縱向間距分別為4m 和7m。

（3）地表經(jīng)過平整處理后，分段取樣，分別針對(duì)各樣品做標(biāo)準(zhǔn)重型擊實(shí)、土的液塑限分析、顆粒分析、天然含水量試驗(yàn)，準(zhǔn)確把握樣品所在范圍的地質(zhì)特點(diǎn)[2]。

（4）根據(jù)強(qiáng)夯方案，安排起重機(jī)就位，對(duì)夯錘的姿態(tài)做靈活的調(diào)整，直至其對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)為止。

（5）按預(yù)定高度提升夯錘，脫鉤后使其自由下落，檢測(cè)錘頂高程，判斷錘頂是否有傾斜現(xiàn)象，若有則對(duì)坑底做整平處理。按照相同的方法有序夯擊多次，完成一個(gè)點(diǎn)的夯實(shí)作業(yè)。在單點(diǎn)的夯擊過程中，最后兩擊沉降量不超過3cm，否則不滿足停夯的條件。

（6）經(jīng)過第一遍夯擊后，先靜置7d，而后安排夯坑整平作業(yè)，再檢測(cè)高程，明確夯擊后的具體情況。

（7）再次測(cè)量放線，按照前述提及的方法（步驟4至步驟5）完成第二遍夯擊，依然用推土機(jī)整平、測(cè)量標(biāo)高。

（8）在第二遍夯擊質(zhì)量達(dá)到要求的前提下，按照1000kN·m 的夯擊能量安排第三遍夯擊，每個(gè)點(diǎn)夯擊2次，夯后測(cè)量場(chǎng)地標(biāo)高。

3.5 強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

（1）夯擊前，先檢查夯錘，判斷錘重、錘尺寸等方面是否有誤，檢驗(yàn)落距，判斷是否合理。此外，在夯擊期間也需及時(shí)檢查夯擊裝置。

（2）強(qiáng)夯期間，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)狀況的觀察和信息記錄，包含夯錘重量、落距、夯擊面積等，配套水準(zhǔn)儀，用該儀器測(cè)量每錘的夯擊沉降量，要求采集的信息真實(shí)客觀，要求記錄的信息足夠詳盡。

（3）每遍夯擊前，先復(fù)核夯點(diǎn)放線，若有誤則不可夯擊；夯擊后，對(duì)夯坑位置做詳細(xì)的檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差、漏夯等異常狀況，做有效的處理。

（4）路基邊坡的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)也是工程施工中的重點(diǎn)內(nèi)容，以便根據(jù)實(shí)際狀況動(dòng)態(tài)施工。觀測(cè)位移樁的布設(shè)間距為50m，通常每10d 觀測(cè)一次，遇降雨天氣時(shí)，雨水的沖刷作用易破壞路基邊坡的穩(wěn)定性，因此在雨后的5 天內(nèi)每日觀測(cè)一次。觀測(cè)儀器采用的是全站儀，觀測(cè)對(duì)象以水平位移、高程為主，觀測(cè)人員按照頻率要求定期觀測(cè)，完整記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)。

4 強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)的注意事項(xiàng)

（1）強(qiáng)夯前對(duì)各類夯擊裝置做詳細(xì)的檢查，包含起重機(jī)、脫鉤器、滑輪組等，并安排試吊、試夯，檢驗(yàn)夯擊方案的可行性，有不足則調(diào)整，以便正式夯擊的正常進(jìn)行。有效鋪平施工場(chǎng)地，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水文特征，在場(chǎng)地周邊采取排水措施，減小水對(duì)強(qiáng)夯施工的影響。強(qiáng)夯時(shí)存在強(qiáng)烈的重力沖擊作用，其會(huì)促進(jìn)土層狀態(tài)的改變，隨著擠壓的進(jìn)行而將原本賦存在土體中的水分?jǐn)D出，因此加強(qiáng)排水極具必要性。此外，還需準(zhǔn)確測(cè)定強(qiáng)夯的作業(yè)點(diǎn)位，予以清晰的標(biāo)記，以便在合適的位置組織強(qiáng)夯作業(yè)，保證夯擊的有效性，防止夯錘歪斜或是出現(xiàn)強(qiáng)夯點(diǎn)偏移的異常狀況。若由于操作不當(dāng)或是其他原因而導(dǎo)致強(qiáng)夯錘偏移，隨即暫停強(qiáng)夯作業(yè)，檢測(cè)夯錘的位置，判斷其與設(shè)計(jì)要求的偏差，對(duì)夯錘做靈活的調(diào)整，同時(shí)需填平坑底。

（2）在進(jìn)行放線定位時(shí)，需再次核實(shí)，對(duì)強(qiáng)夯坑位置也需重新檢驗(yàn)，如在此時(shí)發(fā)現(xiàn)存在偏差，需立即對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的合理調(diào)整，除此之外，需結(jié)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)強(qiáng)夯次數(shù)及強(qiáng)夯量進(jìn)行調(diào)整，并同時(shí)對(duì)強(qiáng)夯施工時(shí)的施工數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效真實(shí)的搜集記錄，為后續(xù)施工提供數(shù)據(jù)支持。

（3）勻速起吊夯錘，禁止急升猛降，以免夯錘脫落。夯錘被吊起后，由專員加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全防控，要求臂桿和夯錘下及周邊15m 的區(qū)域內(nèi)無人員逗留。

（4）現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員及時(shí)采集有關(guān)于夯擊作業(yè)的各項(xiàng)參數(shù)，做詳細(xì)的記錄。滿夯后，項(xiàng)目辦和總監(jiān)辦安排工作人員進(jìn)駐現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)夯擊效果進(jìn)行全面的檢查。

（5）強(qiáng)夯前整平現(xiàn)場(chǎng)，安排夯機(jī)就位，使夯擊保持平穩(wěn)，并調(diào)整夯錘的姿態(tài)；清理現(xiàn)場(chǎng)的障礙物，清理范圍視單擊夯擊能而定，該值在800～2000kN·m 區(qū)間時(shí)，夯點(diǎn)與障礙物的水平距離需在20m 以上，單擊夯擊能增加時(shí)，適當(dāng)加大安全距離。針對(duì)部分區(qū)域需在高壓線下作業(yè)的情況，出于安全考慮，施工單位提前與當(dāng)?shù)仉娏Σ块T取得聯(lián)系，采取安全防護(hù)措施。

（6）夯擊期間加強(qiáng)觀察，以在構(gòu)造物頂面強(qiáng)夯為例，需判斷強(qiáng)夯是否會(huì)破壞構(gòu)造物的穩(wěn)定性，若確實(shí)存在影響，則及時(shí)分析影響機(jī)制，采取針對(duì)性的處理措施。部分區(qū)域設(shè)置土工格柵，強(qiáng)夯前先將土工格柵鋪設(shè)到位。

（7）滿夯后，由測(cè)量隊(duì)測(cè)繪強(qiáng)夯作業(yè)范圍，繪制成圖，在圖中詳細(xì)標(biāo)記有關(guān)于強(qiáng)夯的關(guān)鍵信息，包含邊線、輪廓線、高程等，以圖形的方式直觀呈現(xiàn)強(qiáng)夯情況[3-5]。

（8）強(qiáng)夯時(shí)有歪錘現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)用填料對(duì)坑底填補(bǔ)，使其保持平整，否則不具備強(qiáng)夯的條件。夯錘的通氣孔堵塞時(shí)，及時(shí)疏通。夯擊現(xiàn)場(chǎng)的表層土偏干燥時(shí)，適當(dāng)提高含水量，以便有效夯擊。

5 夯擊質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及效果檢驗(yàn)

5.1 夯擊質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

強(qiáng)夯準(zhǔn)備階段做詳細(xì)的檢查，例如夯錘的質(zhì)量、落距的合理性、現(xiàn)場(chǎng)的平整性和穩(wěn)定性、排水設(shè)施的配套完整性，在各項(xiàng)條件均滿足要求后，方可正式進(jìn)入強(qiáng)夯環(huán)節(jié)。夯擊期間，加強(qiáng)對(duì)夯錘落距、夯擊遍數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)的檢測(cè)與記錄，根據(jù)此類數(shù)據(jù)判斷強(qiáng)夯效果，若數(shù)據(jù)偏離設(shè)計(jì)要求，及時(shí)做出調(diào)整。

5.2 夯擊效果檢驗(yàn)

強(qiáng)夯后，以實(shí)際夯擊效果為準(zhǔn)，判斷施工方案的可行性。在夯擊效果的檢驗(yàn)中，涉及彎沉值試驗(yàn)、觸探測(cè)試、承載力檢驗(yàn)等，以多種途徑共同判斷夯擊效果。其中，夯沉量、壓實(shí)度屬于關(guān)鍵指標(biāo)，兩者具有代表性，可在很大程度上反映強(qiáng)夯效果。

5.2.1 夯沉量試驗(yàn)

夯沉量試驗(yàn)環(huán)節(jié)，共選取10 個(gè)具有代表性的夯擊點(diǎn)，經(jīng)觀測(cè)，獲取沉降量數(shù)據(jù)并記錄。在記錄各夯點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)后，以夯擊次數(shù)為橫軸、夯沉量為縱軸，繪制可反映夯擊全程夯沉量變化特點(diǎn)的曲線，具體如圖1所示。分析發(fā)現(xiàn)，隨著夯擊次數(shù)的增加，夯沉量具有先增加、后減小的階段性變化特征；夯擊次數(shù)達(dá)到6 次后，夯沉量有明顯的變化，該值下降至5cm 以內(nèi)。

圖1 沉降曲線

5.2.2 壓實(shí)度檢驗(yàn)

壓實(shí)度檢驗(yàn)共選取10 個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用φ15cm 灌砂筒，檢測(cè)填石路基在經(jīng)過強(qiáng)夯處理后的壓實(shí)度。為直觀判斷強(qiáng)夯效果，列出各測(cè)點(diǎn)在強(qiáng)夯前后的壓實(shí)度數(shù)據(jù)，具體如表1 所示。

表1 強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)前后壓實(shí)度對(duì)比

通過對(duì)強(qiáng)夯前后壓實(shí)度數(shù)據(jù)的對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，各測(cè)點(diǎn)的壓實(shí)度均有不同程度的提升，最小達(dá)到4.33%，最大達(dá)到6.06%，平均增加5.16%。此外，相比于98%的壓實(shí)度要求，各測(cè)點(diǎn)在強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)后的壓實(shí)度均超過該值，表明強(qiáng)夯施工效果良好，采取的強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)具有可行性。

6 結(jié)語

綜上所述，文章以工程實(shí)例為依托，重點(diǎn)圍繞強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)展開分析，闡述作業(yè)流程、作業(yè)方法、作業(yè)參數(shù)等，并考慮強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)后的夯沉量和壓實(shí)度，判斷強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，填土厚度超4m 的填方段在得到強(qiáng)夯處理后，具有突出的加固效果。在后續(xù)的施工以及日常使用中，公路填石路基段穩(wěn)定可靠，未見下沉及其他形式的病害，表明該工程采取的強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)具有可行性，可供同仁參考。