強夯法施工在濕陷性路基基底處理中的應(yīng)用

1、    強夯法施工在濕陷性路基基底處理中的應(yīng)用    高凱敏摘要：由于強夯法是目前快速處理基礎(chǔ)的一種行之有效的經(jīng)濟方法，如何合理地確定施工中的有關(guān)參數(shù)就顯得十分重要，本文通過理論分析并結(jié)合已有試驗實測成果，總結(jié)在實際施工中采用強夯處理地基的方法和施工經(jīng)驗使其具有更好的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞：強夯法濕陷性路基基底中圖分類號：u213文獻標識碼： a一、前言強夯法處理地基是20世紀60年代由法國首先創(chuàng)用的，它通過100400kn的重錘從640m高處自由落下對地基沖擊力振動，從而提高地基土的強度并降低其壓縮性。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

2、陷性黃土、雜填土和素填土等地基。由于強夯施工時對現(xiàn)場設(shè)備要求低、工藝操作簡單、適用土質(zhì)范圍廣、加固效果顯著（一般地基強度可提高25倍；壓縮性可降低210倍，加固影響深度可達610m）、工效高、費用低（比換土回填節(jié)省50%費用，與預(yù)制樁加固節(jié)省50%70%費用）等，因此在路基施工中得到了廣泛的應(yīng)用。二、強夯的階段目前對強夯機理的認識尚不統(tǒng)一，但一般認為地基強夯后其強度提高過程可分為以下4個階段：1)第一階段：夯擊能量轉(zhuǎn)化階段，伴隨強制壓縮或振密，氣體排出，孔隙水壓力上升，此階段是在強夯瞬間完成的。2)第二階段：土體液化或土體結(jié)構(gòu)破壞階段，表現(xiàn)為土體強度降低或抗剪強度喪失。3)第三階段：排水固結(jié)壓

3、密階段，表現(xiàn)為土體滲透性能改變、裂隙發(fā)展、強度提高。4)第四階段：觸變恢復(fù)并伴隨固結(jié)壓密階段，部分自由水分又變成薄膜水，土的強度繼續(xù)提高，此階段是在強夯終止后很長時間才能完成(可長達幾個月以上)。三、強夯的能級強夯的能級分為以下4類：1)低能級：500kn·m4000kn·m2)中等能級：4000kn·m6000kn·m3)高能級：6000kn·m8000kn·m4)超高能級：>8000kn·m四、強夯的要求1)質(zhì)量檢驗應(yīng)在施工結(jié)束后間隔一定時間進行，間隔時間一般為12周。2)最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm。3)夯

4、坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起，不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。4)地基承載力不小于設(shè)計350kpa。5)單擊夯擊能不小于設(shè)計1000kn·m五、施工工藝工藝流程場地平整測量夯前場地高程、繪制高程圖、放點第1遍點夯夯后整平、碾壓、檢測繪制場地高程圖、放點第2遍點夯夯后整平、碾壓、檢測繪制場地高程圖補夯滿夯整平場地高程測量檢測驗收。六、工程實例(一)工程簡介西安市二級公路網(wǎng)化工程高陵鹿苑渭河公路大橋工程，位于西安市高陵縣境內(nèi)，北側(cè)起點連接高陵縣鹿苑鎮(zhèn)鹿苑大道，南側(cè)終點連接耿鎮(zhèn)草臨路。該工程為西安市交通運輸局規(guī)劃的 “三橫三縱三輻射” 農(nóng)村二級公路網(wǎng)化工程的一部分，本工程路線全長12.20 k

5、m，其中橋梁長度1.73 km，路基長度10.47 km。本工程位于為汾渭斷陷渭河斷陷區(qū)域，主要為第四系全新統(tǒng)洪積及上更新統(tǒng)沖洪積成因的黃土狀土、粉細砂、中粗砂及亞粘土，水土流失及工程地質(zhì)現(xiàn)象為地貌變化的主要形式。因風積黃土具有結(jié)構(gòu)疏松、空隙度大、垂直節(jié)理發(fā)育、天然含水量低、易崩解、粘聚力小，抗剪、抗壓強度低等特點，當水浸濕時體積迅速減小促使黃土發(fā)生形變(濕陷性)，經(jīng)常出現(xiàn)陷穴、裂縫、黃土漏斗等現(xiàn)象。該段一般相對濕陷系數(shù)在0.0290.199之間，內(nèi)磨擦角在21°22.5°之間。本工程由于受到砂礫缺少及土方過余的影響，本著節(jié)約投資的目的，設(shè)計中對路基填筑采用挖余的土方（黃土

6、），并針對濕陷性路基填筑增加了強夯處理措施。根據(jù)場地工程地質(zhì)條件，選擇了本標段k6+013.44k6+280段較為典型的地段作為強夯試驗段，并在試驗段內(nèi)進行了單點夯及群夯試驗。單點夯及群夯均選用1000kn·m夯擊能，主要試驗內(nèi)容有孔隙水壓力觀測、深層沉降觀測、水平位移觀測、水位監(jiān)測、土工試驗、靜力觸探、標準貫入、振動測試、瑞利波(sasw)測試和反射波測試等。強夯參數(shù)包括：單點夯擊能、最佳夯擊能、有效加固深度、夯擊遍數(shù)、遍夯間隔時間、夯點距和夯點布置等。(二)施工機械1.強夯設(shè)備：根據(jù)設(shè)計要求，現(xiàn)場選用w1001型履帶式強夯機，該機最大提升高度為15m，滿足該段路基強夯施工的要求。

7、該機具有良好的起重性能及靈活的移動性能，且?guī)в凶詣用撱^裝置，從而簡化了輔助人員的工作量，并且提高了安全性。2.夯錘：采用圓形鑄鐵塊，直徑為2.5m，厚度為0.8m，錘重10t。為保證夯實效果，垂體中心設(shè)置了4個直徑為30cm的上下貫通圓形通氣孔，該錘的底面靜壓力為20.0kpa。3.其它設(shè)備：為滿足強夯的施工，現(xiàn)場配備了施工輔助設(shè)備，主要有pc220型挖掘機1臺、廈工50型裝載機1臺、征山t100推土機1臺、yz20h振動壓路機1臺、8m3灑水車1臺、py185平地機1臺。(三)施工步驟1.在平整的場地上標出第1遍夯點的位置，并測量場地的底面標高；2.起重機就位，使夯錘對準夯點位置；3.測量夯

8、點錘頂高程；4.將夯錘起吊到預(yù)定位置，待夯錘脫鉤下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程，若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應(yīng)及時將夯底整平；5.重復(fù)上述步驟（4），按設(shè)計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準，完成一個夯點的夯擊；6.換夯點，重復(fù)上述步驟（2）（5），直到完成第一遍全部夯點的夯擊；7.用推土機、平地機將夯坑推平，并測量場地高程；8.在規(guī)定的間隔時間后，按上述步驟完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量滿夯，錘印相接，滿夯單擊夯擊能為1000kn·m，將表層松土夯實并測量場地高程。(四)單點夯擊能和有效加固深度的確定1.單點夯擊能量是決定加固深度的參數(shù)，應(yīng)根據(jù)需加固土層的厚度及施工機具設(shè)備能力而定,單

9、點夯擊能=錘重×落距。選用高能級、夯擊遍數(shù)多的情況下得到的加固影響深度和加固效果越好，但根據(jù)公路工程抗震設(shè)計規(guī)范及本工程要求，從合理、經(jīng)濟的角度出發(fā)，地基處理加固深度應(yīng)在7m以內(nèi)，采用的夯擊能為1000kn·m。2.土體的加固影響深度是任何一種地基處理方法重點考慮的問題之一，加固影響深度是上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的主要依據(jù)，也強夯夯擊能量的確定、夯點布設(shè)、加固的均勻性評價的依據(jù)。目前強夯法加固基礎(chǔ)工程按menard修正公式計算：h=a·w×h式中：h加固深度，m。w夯錘質(zhì)量，t。h落距，m。有效加固深度的修正系數(shù)。式中： a與土質(zhì)條件、地下水位、夯擊能大小、夯錘

10、底面積、設(shè)計標準等等因素有關(guān)。本地區(qū)以粉質(zhì)亞砂土、濕陷性黃土為主，根據(jù)現(xiàn)場試驗，土的ip>10,0.25il0.5，故值取值0.45，通過上式計算得夯擊能采用1000kn·m時，有效加固深度為4.5m。(五)最佳夯擊能的確定最佳夯擊能從理論上講是地基出現(xiàn)的孔隙水壓力達到土的自重壓力時的夯擊能，它是單點夯擊能的總和。通過觀測孔隙水壓力增量隨夯擊次數(shù)增加的變化趨勢，當孔隙水壓力增量趨于穩(wěn)定時，所達到的能量即為最佳夯擊能。根據(jù)3個單點夯試驗數(shù)據(jù)，單點夯時的孔隙水壓力隨著擊數(shù)增加孔隙水壓力增加，且第一擊增加最快，淺部增長快于根部,其變化見圖1所示。單點夯擊次數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)場試夯得到的夯擊次

11、數(shù)和夯沉量曲線確定，且應(yīng)同時滿足最后2擊的夯沉量不大于50mm、夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生大隆起及不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難等條件。各夯擊點的夯擊數(shù)，應(yīng)使土體豎向壓縮最大，而側(cè)向位移最小為原則。通過采用1000kn·m夯擊能進行試夯后，孔隙水壓力的測試結(jié)果表明，孔隙水壓力在第5擊后仍有增長，第6擊后趨于穩(wěn)定。因此最佳夯擊能為1000kn·m夯擊6次。(六)夯擊遍數(shù)的確定夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)和平均夯擊能確定，一般為18遍，本工程設(shè)計采用國內(nèi)平均值3遍，并采用分遍夯擊的方法，以獲得較高的承載力和壓縮模量，最后進行一遍采用低能量“搭接滿夯”（能量為450600kn·m）

12、，滿夯時錘印彼此重疊搭接。(七)間歇時間的確定在強大的夯擊能作用下，被夯土體中孔隙水壓力迅速增加，達到飽和時有效應(yīng)力下降為零，土體液化，地基土的強度降低到最低。當增加的孔隙水壓力沿夯錘周圍的放射狀剪切裂縫排出之后，有效應(yīng)力就隨之增加，土顆粒之間距離縮小，土體壓密而強度提高。所以在夯擊過程中前后兩遍之間應(yīng)有一定的間歇時間，使地基的強度有一個提高的過程，以增大下一遍的夯擊效果。間歇時間由試夯時孔隙水壓力消散過程的觀測來確定。根據(jù)試驗，由強夯引起的孔隙水壓力在24h內(nèi)消散90%，72h內(nèi)消散完畢。由此可見，遍夯間歇時間為3d(72h)，見圖2。(八)夯點距及夯點布置通過觀測單點夯孔隙水壓力沿水平距離

13、的變化和平面上地表隆起的情況，繪制變化曲線圖可以獲得單點夯的平面影響范圍。所測數(shù)據(jù)顯示隨著距夯點水平距離的增大，孔隙水壓力逐漸衰減，其影響范圍為4.5m左右。而實測的地表隆起范圍為5.0m左右，兩者基本吻合。夯點布置形式是主、副夯分別為4.5×4.5m方形布置中間加一點，主、副夯疊加后形成2.25×2.25m的方形布置。從單點夯的平面影響范圍和夯后實測的加固效果來看，主、副夯的夯點距是合適的，可以滿足地基加固的均勻性要求。當然，從經(jīng)濟的角度出發(fā)，主、副夯的點距可以加大至約6m，即最終疊加后形成3.0×3.0m的方形布置(見圖3)。七、強夯的驗收標準表1強夯地基質(zhì)量

14、檢驗標準項目 序號 單位 規(guī)定值或允許偏差 檢查方法主控項目 1 地基強度 設(shè)計要求 按規(guī)定方法2 地基承載力 kpa 設(shè)計要求 按規(guī)定方法一般項目 1 夯錘落距 mm ±300 尺量，鋼索設(shè)標志2 錘重 kg ±100 稱重3 夯擊遍數(shù)及順序 設(shè)計要求 計數(shù)法4 夯點間距 mm ±500 尺量5 夯擊范圍 設(shè)計要求 尺量6 前后兩遍間歇時間 設(shè)計要求 計時八、施工注意事項1.夯點放樣采用經(jīng)緯儀或全站儀，偏差應(yīng)小于5cm；2.夯錘的氣孔應(yīng)及時清理，保持暢通，以避免氣墊作用，減少夯擊能損失；3.認真做好現(xiàn)場記錄，應(yīng)對每一夯點的夯擊能、夯擊次數(shù)、每擊沉降量進行測量并記

15、錄；4.施工中應(yīng)檢查錘重及落距，確保按設(shè)計夯擊能施工；5.滿夯應(yīng)保證錘印相接，夯擊能量應(yīng)控制在450600kn·m；6.嚴格控制最后兩擊的平均沉降量，不大于5 cm；7.每遍夯前應(yīng)對表層進行整平，以保證夯錘下落平穩(wěn)，達到夯實效果。8.每遍夯擊后應(yīng)有足夠的間歇時間，質(zhì)量檢驗應(yīng)在施工結(jié)束后12周進行。九、結(jié) 語本文對針對強夯法處理進行濕陷性黃土地基的處理，在實踐中對單點夯擊能和有效加固深度、最佳夯擊能和夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)和時間間隔、夯點距及夯點布置等強夯參數(shù)進行了試驗研究，并對實際施工中的注意事項作了總結(jié)，使之能夠指導(dǎo)強夯工程的施工。參考文獻:1.強夯地基技術(shù)規(guī)程（ysj 209-92），1993年7月1日出版，中國有色金屬工業(yè)西安勘察院主編。2