鄭瑞君，李海濱

(1.河北高速公路石安改擴建籌建處;2.西安科技大學 建筑與土木工程學院)

1 引 言

強夯法是指使用起重機械設備將大噸位(一般10～25 t)夯錘起吊至8～20 m 高度后，自由落下，對路基土加以強大沖擊能量的夯擊，在高強沖擊應力作用下，壓縮土體孔隙，排除孔隙中的水，使得土粒重新排列，迅速固結，從而提高路基承載能力，降低其壓縮性的一種路基處理方法。強夯法適用于處理低飽和度粉土、粘性土等土質路基，有效處理深度為5～8 m。處理后的路基承載力約為100～120 kPa，工后沉降約為10～20 cm。強夯法具有技術簡單，易于施工，工期較短，節(jié)省材料，降低造價，壓實度高，適用范圍廣，處治效果明顯等優(yōu)點，但同時也有施工噪聲大，對鄰近構造物產生破壞等缺點。

強夯法的主要設計參數(shù)包括:夯擊能量、夯擊次數(shù)、間隔時間、夯擊遍數(shù)、及夯擊點布置等。其中，夯擊能量和夯擊次數(shù)是影響強夯加固效果的關鍵因素，因此在強夯設計時應重點考慮。

石安高速公路路基在路堤及車輛荷載作用影響深度范圍內的主要土體為:

(1)黃土狀土，厚度3.6～4.6 m，淺灰黃色，土質均一，0～0.5 m 為耕植土，含植物根系，稍濕，稍密，無濕陷性;

(2)粉質粘土，厚度5.4～7.2 m，黃褐色，土質較均，含少量鐵錳質斑點及鈣質結核，局部夾粉土薄層，可塑。

(3)粉土，厚度2.8～3.3 m，黃褐色，土質較均，手捻砂感強，可見少量鐵錳質斑點，局部夾粉質粘土薄層，濕，中密。

2 夯擊能量

目前夯擊能量一般采用Menard 經驗公式來估算，即:W=10 ×H2/a2×h，根據(jù)工程要求的加固深度和加固后需要的地基土承載力來確定單擊夯擊能量。但是該公式因為是經驗公式，計算方法存在片面性。由于強夯法加固路基的原理是利用強大的夯擊能使路基產生塑性變形而趨于密實狀態(tài)，因此根據(jù)路基土在不同夯擊能作用下塑性變形區(qū)域的發(fā)展變化分析夯擊能的加固效果。不同夯擊能作用下不同深度路基處塑性變形量見表1 和圖1。

表1 不同夯擊能作用下不同深度路基處塑性變形量 單位:cm

圖1 不同夯擊能作用下不同深度路基處塑性變形量關系曲線

由表1 和圖1 可知，隨著夯擊能的增加，路基塑性變形和變形區(qū)深度均逐漸增大。當夯擊能由250 kN·m 增加至750 kN·m 及由750 kN·m 增加至1 500 kN·m 時，路基塑性變形和變形區(qū)深度增加較為明顯，而當夯擊能由1 500 kN·m 增加至3 000 kN·m 時，路基塑性變形和變形區(qū)深度增加減小。當夯擊能為1 500 kN·m 時，強夯影響深度可達7 m 左右，夯擊中心點以下5～6 m 深度處的路基塑形變形約為路基頂面塑形變形的20%，該范圍內路基得到有效壓實，可以認為強夯能為1 500 kN·m 時路基有效加固深度為5～6 m。

3 夯擊次數(shù)

夯擊次數(shù)是強夯設計中的另一個重要參數(shù)，目前夯擊次數(shù)一般通過現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)與夯沉量的關系曲線確定現(xiàn)場試夯確定，常以夯坑沉降量與夯坑徑向加固范圍為確定的原則。

本工程施工前進行了強夯加固試驗，試驗參數(shù):夯錘重25 t，夯錘落距6 m，錘底直徑2 m，錘底靜壓力79.62 kPa，試驗區(qū)填筑厚度為4.5 m，面積為30 m ×30 m，選取3 處夯擊點沉降量數(shù)據(jù)進行分析，試驗結果見表2 和圖2。

表2 夯擊次數(shù)與累計夯沉量 單位:cm

圖2 夯擊次數(shù)與累計夯沉量關系曲線

由表2 和圖2 可知，累計夯沉量隨夯擊次數(shù)增加而增大，單點夯擊6～7 次后，夯沉量增加明顯減小，且3 次試驗相鄰兩次夯擊的夯沉量之差均小于5 cm，此時累計夯沉量已達總夯沉量的89.7%～96.1%，可以認為6～7 次為最佳單點夯擊次數(shù)。

表3 夯點徑向范圍地面沉降量 單位:cm

圖3 地面沉降量與距夯錘邊緣距離關系曲線

由表3 和圖3 可知，夯點徑向范圍地面沉降量隨與夯點距離增加而減弱，3 次試驗距夯錘邊緣0.25 m 處地面沉降量為夯點總夯沉量的90.0%～93.1%，而距夯錘邊緣3 m 處地面沉降量為夯點總夯沉量的11.2%～18.0%，可以認為0.25 m 為夯擊徑向有效加固范圍，3 m 為夯擊徑向有效影響范圍。

4 夯擊點布置

夯擊點布置是否合理，將影響強夯的加固效果，應根據(jù)路基填料土性質和強夯加固范圍等因素來選擇布點方案。夯點間距不宜過小，一是為便于超靜孔隙水壓力的消散，二是為避免夯擊時在路基土淺層形成密實層而影響夯擊能往深層傳遞，這是因為如果夯擊點過密，相鄰夯點的夯擊作用在路基土淺層處疊加造成過度夯擊形成硬層，并且影響能量波的傳播導致能量損失。

實踐證明，間隔夯擊比連續(xù)夯擊好，原因是連續(xù)夯擊使地基土全面產生超孔隙水壓，孔隙水因地基土各層壓力平衡不容易排出，而間隔夯擊便于能量的吸收，使夯擊能有利于向深層傳遞，地基土部分產生超孔隙水壓，孔隙水容易向低壓區(qū)排出，可以先固結一部分地基土。第二遍夯擊時，夯擊能使充滿孔隙水的另一部分土體得到能量，將孔隙水擠出而加固土體，提高了土體強度。

考慮強夯加固效果及施工條件等因素，本工程第1 遍夯點與第2 遍夯點采用的夯點間距為4 m，相鄰上下兩層夯點交錯布置，以上層夯點加強補充下層兩夯點間加固效果不足的區(qū)域，兩層夯點布置如圖4 所示。

圖4 上下層夯點布置圖(單位:m)

5 結 語

強夯法是一種經濟而實用的路基處理方法，但由于強夯法提出的時間較晚，加固機理比較復雜，其理論研究還遠遠落后于工程實踐。本文確定的夯擊能量和夯擊次數(shù)等影響強夯加固效果的關鍵設計參數(shù)還要在實踐中進一步驗證和修正。

［1］肖元倫.強夯法在高速公路軟土路基地基處治中的研究［J］.黑龍江交通科技，2013，33(6):7－8.

［2］喬明利，陸飛.強夯法處理公路過濕黃土路基機理及適宜性探討［J］.公路，2013，(1):200－202.

［3］吳美君.強夯法加固濕陷性地基關鍵技術研究［J］.中外公路，2014，34(2):72－74.

［4］宋修廣，周志東，楊陽，等.強夯法加固無黏性土路基的現(xiàn)場試驗與數(shù)值分析［J］.公路交通科技，2014，31(3):1－6.

［5］林朝清.重錘強夯法處理濕陷性黃土地基效果分析［J］.黑龍江交通科技，2014，37(1):1－2.