連 昕

（山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

山西省是實(shí)現(xiàn)我國東中西部資源互動(dòng)、南北地區(qū)優(yōu)勢互補(bǔ)的重要交通樞紐中心。近年來，在中部崛起戰(zhàn)略和建設(shè)新型能源工業(yè)基地戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，山西公路交通建設(shè)率先進(jìn)入了歷史轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展期。

山西有超過80%的土地被粉土所覆蓋，粉土作為路基填料使用時(shí)，干燥易被壓碎，飽水后又易形成流體狀態(tài)，穩(wěn)定性差，且難以碾壓成型[1]，即使能夠成型，壓實(shí)度與CBR也難以達(dá)到規(guī)范要求。因此根據(jù)已有成功工程實(shí)踐可知，采用良好的工法并控制路基的含水率可在服役期限內(nèi)不出現(xiàn)較大病害[2]。強(qiáng)夯法于20世紀(jì)60年代創(chuàng)于法國，錘重可達(dá)40 t，落距最高可達(dá)40 m，對于提高地基承載力，減小土體濕陷性、沉降有著顯著的效果[3]。鑒于此，依托工程研究強(qiáng)夯法在山西濕陷性粉土中的應(yīng)用。

強(qiáng)夯法施工前需勘測施工區(qū)域的地質(zhì)條件，根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定適宜的施工參數(shù)，包括夯擊次數(shù)與錘重。因工藝簡單，強(qiáng)夯法適用范圍廣，且施工成本低。然而施工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)不適宜在人口集中的地區(qū)。隨著強(qiáng)夯法的研究發(fā)現(xiàn)，與多種工法結(jié)合使用可取得更好的土體加固效果[4]。

強(qiáng)夯法具有施工操作簡單，加固效果顯著，可取得較高的承載力，一般地基強(qiáng)度可提高2～5倍；變形沉降量小，壓縮性可降低2～10倍，加固影響深度可達(dá)6～10 m；土粒結(jié)合緊密，有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；工效高，施工速度快；節(jié)省加固原材料等特點(diǎn)。

1 強(qiáng)夯法原理、適用范圍及研究意義

強(qiáng)夯法處理地基是20世紀(jì)60年代由法國Menard公司首創(chuàng)的，該方法利用夯錘自由下落產(chǎn)生的沖擊能和振動(dòng)反復(fù)夯擊地基土，從而提高地基土的承載力，降低地基土的壓縮性，消除濕陷性土的濕陷性和砂土的液化。

強(qiáng)夯法適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土和黏性土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基，當(dāng)其用于飽和軟黏土地基處理時(shí)盡可能采用低能量強(qiáng)夯或與其他排水方法相結(jié)合的方案進(jìn)行強(qiáng)夯地基處理。

強(qiáng)夯法已在工程中得到廣泛的應(yīng)用。有關(guān)強(qiáng)夯機(jī)理的研究，雖然國內(nèi)外已做了不少工作，但至今未取得滿意的結(jié)果。其主要原因是各類地基土的性質(zhì)差別很大，很難建立適用于各類土的強(qiáng)夯加固理論。有必要按不同土類分別研究強(qiáng)夯機(jī)理及其相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

2 依托工程

山西省朔州環(huán)城高速公路全長64.4 km，西段起于平魯區(qū)北鋪上村，接入榮烏高速，至黃兒莊東；南段起于朔城區(qū)西影寺村西北，接入大運(yùn)高速朔州支線，至黃兒莊東北。全線采用四車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，路基寬度為26 m，全線橋涵設(shè)計(jì)荷載等級(jí)采用公路-I級(jí)。地基承載力要求處理后不低于200 kPa。在全線取了5種代表性土樣進(jìn)行物理力學(xué)性能測試，測試結(jié)果見表1，粉土厚度約為0.8～3 m。

表1 粉土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

3 強(qiáng)夯法試夯方法評價(jià)

工程應(yīng)用中，在一定的夯擊能作用下，不同的錘重和落距組合會(huì)引起加固效果的變化[5-6]。如何選用錘重和落距的組合會(huì)對施工效率等產(chǎn)生影響，因此參照已有研究擬定4組相同錘擊動(dòng)量下不同錘重與落距組合，在依托項(xiàng)目的試驗(yàn)段進(jìn)行試夯，并對強(qiáng)夯效果進(jìn)行評價(jià)。

3.1 夯沉量

4組相同錘擊動(dòng)量下不同錘重與落距組合下的夯沉量測試結(jié)果見表2。

表2 不同錘重下的夯沉量測試

由表2可知，隨著錘重的增加、落距的減小，夯沉量隨之增加。采用錘重為4 t，落距為12 m的組合時(shí)，隨著錘擊次數(shù)的增加，夯沉量逐漸趨于穩(wěn)定；采用錘重為12 t，落距為4 m的組合時(shí)，隨著錘擊次數(shù)的增加，夯沉量依然有明顯增加，需要更多的錘擊次數(shù)，在此組合下夯沉量才能趨于穩(wěn)定。從夯沉量來看，隨著錘重的增加與落距的減小，達(dá)到同樣的夯沉量所需的錘擊次數(shù)越來越少。根據(jù)強(qiáng)夯法的振動(dòng)機(jī)理，重錘產(chǎn)生的振動(dòng)波波長大于輕錘，因此在加固地基過程中相較于輕錘的短波，加固效果衰減較慢[7]。而從施工的角度分析，采用重錘低落距不僅提升了施工效率，而且施工成本低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好。

3.2 物理力學(xué)指標(biāo)

4組相同錘擊動(dòng)量下不同錘重與落距組合在試夯一周后進(jìn)行物理力學(xué)指標(biāo)的測試，取土原則上在夯擊區(qū)域等間距布設(shè)，物理力學(xué)指標(biāo)以相同深度的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，測試結(jié)果見表3。

表3 不同取土深度下4種組合的物理力學(xué)指標(biāo)

由表3可知，經(jīng)強(qiáng)夯法處理后，滿足規(guī)范所要求的濕陷系數(shù)小于0.015。隨著錘重的增加與落距的減小，物理力學(xué)指標(biāo)提升明顯，重錘低落距的加固效果整體優(yōu)于輕錘高落距。有研究指出，在濕陷性粉土路基處理過程中，錘擊次數(shù)過多會(huì)導(dǎo)致空隙水壓力增加，往往難以消散，從而形成彈簧土。因此采用重錘低落距可以減少此類現(xiàn)象。

4 加固效果檢驗(yàn)

4.1 承載力

在4種組合試夯1個(gè)月后，采用平板荷載試驗(yàn)和動(dòng)力標(biāo)貫試驗(yàn)驗(yàn)證地基承載力。

4.1.1 平板荷載試驗(yàn)

在試驗(yàn)場地對4組相同錘擊動(dòng)量下不同錘重與落距組合進(jìn)行地基承載力的檢驗(yàn)，施加荷載大于設(shè)計(jì)要求的2倍，分10級(jí)進(jìn)行加載，根據(jù)荷載-沉降關(guān)系線記錄測試結(jié)果，見表4。

表4 不同取土深度下4種組合的物理力學(xué)指標(biāo)

由表4可知，承載力特征值為240 kPa，大于設(shè)計(jì)要求，儀器記錄的荷載-沉降關(guān)系無明顯拐點(diǎn)。在重錘低落距的組合下，沉降更小，地基承載力更高。

4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

采用63.5 kg的重錘在76 cm的高度自由下落，在自重作用下將貫入器貫入試驗(yàn)段的土層中，每貫入10 cm時(shí)記錄下貫入次數(shù)，最終的錘擊次數(shù)以貫入30 cm計(jì)。經(jīng)檢測4組相同錘擊動(dòng)量下不同錘重與落距組合測得的承載力在205～230 kPa之間，與平板荷載試驗(yàn)結(jié)果接近，呈現(xiàn)的規(guī)律一致。說明強(qiáng)夯處理后，粉土地基密實(shí)度和強(qiáng)度均得到提高。測試結(jié)果見表5。

表5 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)下的極限承載力

4.2 壓實(shí)度

在4組相同錘擊動(dòng)量下不同錘重與落距組合下的試驗(yàn)區(qū)域選3處采用灌砂法進(jìn)行壓實(shí)度的檢測，測試結(jié)果見表6。

表6 壓實(shí)度測試結(jié)果（最大干密度1.87 g/cm3）

由表6可知，強(qiáng)夯后的土層壓實(shí)度均高于處治前，達(dá)到了路基93%的壓實(shí)度要求。在重錘低落距下，壓實(shí)度的提升最高。

5 結(jié)語

a）鑒于不同的錘重和落距組合會(huì)影響加固效果，擬定4組相同錘擊動(dòng)量下不同錘重與落距組合，經(jīng)夯沉量與物理力學(xué)指標(biāo)的測試發(fā)現(xiàn)，隨著錘重的增加與落距的減小，達(dá)到同樣的夯沉量所需的錘擊次數(shù)越來越少。隨著錘重的增加與落距的減小，物理力學(xué)指標(biāo)提升明顯，重錘低落距的加固效果整體優(yōu)于輕錘高落距，并可減少彈簧土等病害。

b）通過平板荷載試驗(yàn)與動(dòng)力標(biāo)貫檢測對地基承載力進(jìn)行檢驗(yàn)，承載力特征值均大于設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了在重錘低落距的組合下，沉降更小，地基承載力更高。

c）通過灌砂法檢測了壓實(shí)度，發(fā)現(xiàn)均高于處治前，符合規(guī)范要求，重錘低落距下，壓實(shí)度的提升最高。

d）根據(jù)不同組合的試夯試驗(yàn)結(jié)果，從提升施工效率與技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，重錘低落距更適用于濕陷性粉土路基，建議采用12 t重錘，落距取4 m。