柯博欣

廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司（361000）

強(qiáng)夯法在城市道路路基中的應(yīng)用

柯博欣

廈門市市政工程設(shè)計(jì)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(qiáng)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(shù)方案，質(zhì)量檢測(cè)方法，并對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行探討。

強(qiáng)夯；夯擊能；地基處理；地基承載力

0 引言

強(qiáng)夯法又稱為動(dòng)力固結(jié)法或動(dòng)力壓實(shí)法,利用起吊設(shè)備，將10～40 t的重錘提升10～40 m高處使其自由下落，依靠強(qiáng)大的夯擊能和沖擊波作用夯實(shí)土層，從而達(dá)到提高地基強(qiáng)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(qiáng)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(duì)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(chǎng)試驗(yàn)以確定夯實(shí)次數(shù)和有效夯實(shí)深度。強(qiáng)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(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。

本文通過對(duì)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(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)及質(zhì)量檢測(cè)方法進(jìn)行論述，并對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行探討，可為類似工程提供參考。

1 強(qiáng)夯法的加固機(jī)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(shí)，主要有以下四個(gè)方面的作用。

1）壓實(shí)作用

巨大的強(qiáng)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(dāng)能量以反復(fù)沖擊荷載的形式施加于土體時(shí)，部分氣體逐漸被壓縮，土顆粒表面的結(jié)合水膜也被擾動(dòng)，使其擺脫分子引力的約束而成為自由水。當(dāng)含氣量為零時(shí)，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(jié)

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

4）土體觸變重新恢復(fù)

強(qiáng)夯時(shí)，土體強(qiáng)度大幅度降低。當(dāng)土體接近或產(chǎn)生液化時(shí)，土體強(qiáng)度處于最低值，此時(shí)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(shí)，土顆粒間進(jìn)一步靠近并形成新的結(jié)合水膜。

2 場(chǎng)地地質(zhì)、水文條件

2.1 場(chǎng)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(chǎng)地基本位于耕植地，標(biāo)高0.02～41.5 m，地勢(shì)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(zāi)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(chǎng)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(fēng)化花崗巖、⑧砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑨碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑩中風(fēng)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(chǎng)土方回填于此而形成的，其回填時(shí)間約在1年前，且未做專門的壓實(shí)處理。因此，該土體較為松散，密實(shí)度及均勻性差，泡水易軟化、崩解，地基強(qiáng)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(chǎng)地水文條件

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

3 技術(shù)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(shí)防護(hù)，整體施工繁雜，產(chǎn)生的廢土方需要廢棄場(chǎng)地。另外，有效加固深度為3～10.5 m，且擬建場(chǎng)地周邊地勢(shì)平坦、開闊，無其他結(jié)構(gòu)物。

綜上所述，強(qiáng)夯法較適合用于加固誠毅大街的人工填土地基。

4 強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)與質(zhì)量檢測(cè)

4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

強(qiáng)夯法的主要設(shè)計(jì)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(shí)間和夯擊點(diǎn)布置等。目前，強(qiáng)夯法尚無成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，其設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)根據(jù)規(guī)范或工程經(jīng)驗(yàn)初步選定，在施工前選擇代表性場(chǎng)地試驗(yàn)，并經(jīng)必要的修改調(diào)整，最后確定適合現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)條件的設(shè)計(jì)參數(shù)。在設(shè)計(jì)階段初步選定的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

4.2 施工要求

本次設(shè)計(jì)強(qiáng)夯參數(shù)僅作為參考，其強(qiáng)夯各項(xiàng)參數(shù)、強(qiáng)夯效果、施工方法及適用性應(yīng)在強(qiáng)夯正式施工前選擇代表性場(chǎng)地進(jìn)行試夯后確定。

強(qiáng)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(duì)稱設(shè)置若干個(gè)與其頂面貫通的排氣孔，孔徑可取250～300 mm。強(qiáng)夯機(jī)械宜采用帶有自動(dòng)脫鉤裝置且起重量超過100 t的履帶式起重機(jī)和輔助門架的組合。

強(qiáng)夯正式施工前，施工單位應(yīng)組織甲方、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等單位在有代表性場(chǎng)地進(jìn)行試夯，并提交相應(yīng)試夯報(bào)告。夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，并應(yīng)同時(shí)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(yīng)發(fā)生過大的隆起，不因夯坑過深而發(fā)生提錘困難，強(qiáng)夯的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯試驗(yàn)確定。

本次強(qiáng)夯處理地基需先點(diǎn)夯兩遍，再滿夯兩遍，點(diǎn)夯、滿夯相鄰兩遍之間間歇時(shí)間及點(diǎn)夯與滿夯之間間歇時(shí)間為2周。點(diǎn)夯一遍的擊數(shù)初步定為8擊，具體次數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯試驗(yàn)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(dāng)夯不下去且周圍隆起過大時(shí),夯點(diǎn)擊數(shù)不少于4次。點(diǎn)夯的夯點(diǎn)布置成正方形，第一、二遍的夯點(diǎn)位置應(yīng)錯(cuò)開。滿夯一遍的擊數(shù)為1擊。每遍夯完后用推土機(jī)進(jìn)行場(chǎng)地平整碾壓。

強(qiáng)夯后，要求回填土地基承載力≥120 kPa，土基回彈模量≥30 MPa。

當(dāng)場(chǎng)地表土軟弱、地下水位較高、夯坑底積水影響施工時(shí)，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(chǎng)地積水應(yīng)及時(shí)排除。

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

表1 設(shè)計(jì)階段初步選定的強(qiáng)夯參數(shù)

當(dāng)強(qiáng)夯施工所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)鄰近建筑物或設(shè)備產(chǎn)生有害的影響時(shí)，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并采取挖同振溝等隔振或防振措施。

施工過程中應(yīng)有專人負(fù)責(zé)下列監(jiān)測(cè)工作：開夯前應(yīng)檢查夯錘重量和落距，以確保單擊夯擊能量符合設(shè)計(jì)要求；在每一遍夯擊前，應(yīng)對(duì)夯點(diǎn)放線進(jìn)行復(fù)核，夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯應(yīng)及時(shí)糾正；按設(shè)計(jì)要求檢查每個(gè)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量。

強(qiáng)夯前，須先清理并平整施工場(chǎng)地。強(qiáng)夯過程中應(yīng)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)及情況進(jìn)行詳細(xì)記錄。

須嚴(yán)格作好各項(xiàng)管理，嚴(yán)抓施工安全工作。強(qiáng)夯過程中，須嚴(yán)禁人員進(jìn)入強(qiáng)夯范圍內(nèi)。

4.3 檢測(cè)要求及內(nèi)容

4.3.1 檢測(cè)要求

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

本工程要求采用多種方式進(jìn)行試驗(yàn)：靜力觸探試驗(yàn)，從本試驗(yàn)夯前、夯后的曲線變化情況，判斷是否達(dá)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(dòng)力觸探試驗(yàn)，本試驗(yàn)可結(jié)合鉆機(jī)取樣進(jìn)行土工分析，以確定強(qiáng)夯的影響范圍和地基承載力的提高幅度；回彈模量試驗(yàn)測(cè)定土基回彈模量；載荷試驗(yàn)檢測(cè)承載力。

4.3.2 試夯及檢測(cè)數(shù)量

試夯區(qū)：誠毅大街樁號(hào)K0+040～K0+100段，面積42×30 m2，試夯區(qū)檢驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3點(diǎn)。強(qiáng)夯正式施工時(shí)對(duì)本項(xiàng)目道路的檢測(cè)數(shù)量為沿道路中心線方向每100 m 1個(gè)點(diǎn)，即誠毅大街中心線方向每100 m 1個(gè)點(diǎn)。

4.3.3 檢測(cè)深度

檢測(cè)深度至強(qiáng)夯加固深度以下1 m。

4.3.4 檢測(cè)時(shí)間

強(qiáng)夯處理后的地基竣工驗(yàn)收承載力檢驗(yàn)，應(yīng)在施工結(jié)束后間隔一定時(shí)間后進(jìn)行。對(duì)于碎石土和砂土地基，其間隔時(shí)間可取7～14 d；對(duì)粉土和黏性土地基，其間隙時(shí)間可取14～28 d。

4.3.5 進(jìn)行夯前、夯后對(duì)比

本工程應(yīng)提供以下檢驗(yàn)表：夯前、夯后重型動(dòng)力觸探N63.5曲線對(duì)比表，單點(diǎn)夯擊次數(shù)、夯沉量的關(guān)系曲線對(duì)比表。

5 結(jié)語

強(qiáng)夯法加固人工填土地基達(dá)到了消除沉降量、提高地基承載力的目的。

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

[1]中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院.JTG D30-2004,公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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