付智源

（山西路橋第六工程有限公司一分公司，山西 晉中 030600）

0 引言

強(qiáng)夯法加固地基技術(shù)最早起源于20世紀(jì)60年代的法國，70年代傳入中國，并得到了廣泛的應(yīng)用。強(qiáng)夯法是利用重錘自由落體所產(chǎn)生的夯擊能，改變土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高土體強(qiáng)度和承載力[1]。碎石地基孔隙大、滲透性強(qiáng)，土壤顆粒壓縮性大，但大孔隙容易造成地基沉降，且水分容易滲入地基，地基承載力不足。采用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固處治，可排出地基內(nèi)部多余的水分和空氣，達(dá)到提高地基承載力的效果。結(jié)合高速公路施工項(xiàng)目，制定方案采用強(qiáng)夯法對碎石地基進(jìn)行加固，并采用動力觸探試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)檢測，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線確定地基加固效果。

1 強(qiáng)夯加固機(jī)理

強(qiáng)夯法是將一定質(zhì)量的重錘以規(guī)定的落距自由下落，以較大的夯擊能加固土層，提高土層的密實(shí)度，進(jìn)而達(dá)到加固地基，提高承載力的效果。夯錘在下落過程中，將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，落地后動能轉(zhuǎn)化為地基各質(zhì)點(diǎn)的振動能，使土層中的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生自由振動，自上而下傳遞到更深的土層，使土壤顆粒在振動中移動加密。質(zhì)點(diǎn)在振動過程中會與土層中其他質(zhì)點(diǎn)碰撞產(chǎn)生能量損失，因此每次夯擊加固的深度和范圍都是一定的[2]。

夯擊能作用在土層中會產(chǎn)生體波和面波，面波主要是瑞利波（R波），R波所產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)振動是自地表向下傳播，能量最大。體波又可分為縱波（P波）和橫波（S波），橫波只在固定顆粒內(nèi)部傳播，一般表現(xiàn)為剪切波，傳播周期長，振幅大[3]。縱波一般表現(xiàn)為壓縮波，能量較小，傳播周期短，振幅小，各類波具體詳見強(qiáng)夯加固原理圖1。

圖1 強(qiáng)夯加固原理圖

在3種波的綜合作用下，碎石地基內(nèi)部的細(xì)粒土?xí)畛涞剿槭目紫吨校档退槭g的空隙，起到加密作用。瑞利波的作用會使碎石顆粒產(chǎn)生“翻動作用”，造成土體松散。同時，瑞利波還會削弱碎石之間的聯(lián)結(jié)力，降低土壤顆粒之間的摩擦阻力[4]。在縱波（P波）和橫波（S波）的作用下，土壤顆粒更容易產(chǎn)生移動并填充到碎石之間的孔隙中，進(jìn)一步加密土體，使松散的土體密實(shí)，強(qiáng)度增大，達(dá)到提高地基承載力的目的。

2 碎石地基強(qiáng)夯施工方案

2.1 依托項(xiàng)目概況

臨吉高速公路K208+355—K209+105段設(shè)計采用高填方路基。本項(xiàng)目位于山嶺重丘區(qū)，周邊挖方地段含有大量碎礫石土。該路段部分地基為碎石地基，孔隙率大，滲透性強(qiáng)，可壓縮性大，地基承載力不足。為了提高地基承載力，防止地基出現(xiàn)不均勻沉降，回填施工過程中采用強(qiáng)夯法進(jìn)行處治。

2.2 強(qiáng)夯施工方案

本項(xiàng)目強(qiáng)夯施工選用50 t履帶式起重機(jī)，并加裝輔助門架，防止施工過程中傾覆。所選夯錘質(zhì)量為10 t，落距為20 m。采用滿夯，每個夯點(diǎn)夯擊次數(shù)為5～6擊，夯點(diǎn)橫向布置間距為3.5 m，縱向布置間距為4 m，夯點(diǎn)平面布置如圖2所示。前后兩次夯擊沉降差低于5.5 mm時，停止夯擊，施工中采用推土機(jī)等設(shè)備配合施工。

圖2 夯點(diǎn)平面布置圖（單位：m）

結(jié)合施工現(xiàn)場地基加固要求，強(qiáng)夯加固深度不得低于6 m，且處治后該深度地基承載力應(yīng)大于120 kPa。試驗(yàn)取樣深度也不得小于6 m，本項(xiàng)目取樣深度為9 m。先后在強(qiáng)夯處治區(qū)域內(nèi)鉆8個孔，取樣進(jìn)行動力觸探試驗(yàn)和靜荷載試驗(yàn)進(jìn)行檢測，確定地基承載力，檢驗(yàn)加固效果。

2.3 強(qiáng)夯參數(shù)確定

2.3.1 單擊夯擊能

本項(xiàng)目碎石地基加固深度為6 m，采用Menard公式[5]計算確定單擊夯擊能取值范圍為560～3 115 kN·m。由于計算加固深度偏大，所以選擇夯實(shí)能應(yīng)較計算值稍高一些，本項(xiàng)目單擊夯擊能選取2 000 kN·m。

2.3.2 夯擊遍數(shù)

停夯標(biāo)準(zhǔn)是前后兩次夯擊沉降差低于5.5 mm，并以此確定夯擊次數(shù)。碎石地基粒徑大，透水性好，夯擊能損失小。在夯擊波的作用下，地基土容易密實(shí)，可適當(dāng)減少夯擊遍數(shù)。在沉降差滿足要求的前提下，夯坑周邊為產(chǎn)生較大隆起，也沒有出現(xiàn)由于夯坑過深造成起錘困難的情況，因此確定夯擊次數(shù)為擊5～6次。

3 碎石地基強(qiáng)夯處治效果分析

為了檢測碎石地基強(qiáng)夯加固效果，強(qiáng)夯處治7 d后，采用動力觸探試驗(yàn)和靜荷載試驗(yàn)進(jìn)行檢測，確定地基承載力，檢驗(yàn)加固效果。

3.1 動力觸探試驗(yàn)結(jié)果分析

由于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)不適用碎石地基承載力的檢測，因此采用動力觸探試驗(yàn)進(jìn)行檢測。動力觸探試驗(yàn)是通過分析探頭貫入的難易程度，快速確定地基承載力。本項(xiàng)目動力觸探采用穿心錘重63.5 kg，落錘高度為76 cm，不同深度試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 強(qiáng)夯前后動力觸試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計表

分析表1試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)可知，在土層厚度為0～6 m范圍內(nèi)動力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)平均值最大，超過6 m后夯擊能損失較大，加固效果下降。0～3 m范圍內(nèi)變異系數(shù)最大，說明這部分土體較松散。另外，通過對比分析，土體強(qiáng)夯處治前后夯擊次數(shù)明顯增加，總體均值從2.8增加到8.5，增幅達(dá)到207.2%，夯實(shí)后土體由松散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹忻芎蜕悦軤顟B(tài)，說明土體密實(shí)度得到了很大程度的提高。強(qiáng)夯處治后地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值均高于130 MPa，且6 m以下達(dá)到了140 MPa，高于設(shè)計要求的120 kPa，說明加固后地基承載力明顯提高。

3.2 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

為了確定碎石地基強(qiáng)夯加固效果，與動力觸探試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析。本項(xiàng)目碎石地基采用維持荷載法開展靜載試驗(yàn)，模擬施工和運(yùn)營管理過程中地基上部的荷載進(jìn)行加載。試驗(yàn)選用的承壓板直徑為113 cm，面積為1 m2。選取3個測點(diǎn)，試驗(yàn)過程中分10級加載，最低荷載為80 kN，最大荷載為400 kN，沉降穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是承壓板沉降速度低于0.25 mm/h，每次試驗(yàn)加載前后對承壓板沉降值進(jìn)行一次觀測記錄。靜載試驗(yàn)檢測結(jié)果如表2所示，測點(diǎn)P-s曲線詳見圖3。

表2 強(qiáng)夯處治后地基土靜載試驗(yàn)檢測結(jié)果

圖3 靜載試驗(yàn)各測點(diǎn)P-s曲線

分析表2數(shù)據(jù)和圖3 P-s曲線，3個測點(diǎn)累積沉降量分別為6.45 mm、5.03 mm、8.17 mm，測點(diǎn)3沉降量最大，且滿足規(guī)范要求沉降量不大于40 mm的要求。P-s曲線存在拐點(diǎn)，可根據(jù)比例界限確定荷載特征值為240 kPa，說明強(qiáng)夯加固后地基承載力滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

結(jié)合高速公路地基處理施工項(xiàng)目，制定施工方案采用強(qiáng)夯法對碎石地基進(jìn)行加固，并對處治后的加固效果進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

a）分析動荷載試驗(yàn)結(jié)果，強(qiáng)夯后土層密實(shí)度增加，由松散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹忻芎蜕悦軤顟B(tài)，且6 m以上地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值高于設(shè)計要求的120 kPa，試驗(yàn)結(jié)果表明地基承載力滿足設(shè)計要求。

b）分析靜載試驗(yàn)結(jié)果，得出所選測點(diǎn)累積沉降量最大值為8.17 mm，滿足規(guī)范要求，根據(jù)P-s曲線確定荷載特征值為240 kPa，檢測結(jié)果表明地基承載力滿足設(shè)計要求。

c）通過分析地基試驗(yàn)檢測結(jié)果，說明采用強(qiáng)夯法處治碎石地基可有效提高地基承載力，達(dá)到了預(yù)期的加固效果。