王志成

（山西堯通公路勘察設(shè)計院有限公司,山西 臨汾 041000）

0 前言

路基是公路的重要組成部分，良好的路基承載能力為公路整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提供保障，避免出現(xiàn)滑塌、沉降等質(zhì)量病害，延長公路使用壽命。強夯法是處理路基的常用方法之一，通過合理布設(shè)夯點并確定夯實參數(shù)，借助夯錘高頻率的沖擊和振動，改善土體的密實度，增加路基土體的內(nèi)摩擦力和抗剪強度，從而提高路基承載能力。因此，結(jié)合具體工程案例，總結(jié)路基強夯施工技術(shù)要點與注意事項，為相關(guān)工程建設(shè)提供重要參考借鑒意義。

1 公路工程概況

山西省太原市某公路全線里程25.5 km，設(shè)計行駛速度100 km/h，整體式路基寬度為26 m，為當(dāng)?shù)亟煌ㄒ?，在區(qū)域間溝通往來發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在路基工程施工前，由勘查專業(yè)人員對項目地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果顯示在沿線范圍內(nèi)存在多段鹽漬土質(zhì)路基（K9+235～K9+880、K17+200～K18+350、K22+150～K23+200），若未經(jīng)處理，極易導(dǎo)致路基土失穩(wěn)，從而降低公路工程施工質(zhì)量。因此，相關(guān)人員高度重視路基處理工作，選擇合理的路基處理方法，提高承載能力。

2 確定路基處理方案

通過調(diào)查該公路工程地基土質(zhì)，不良地基土中包含黏性鹽漬土，以氯鹽為主的鹽性成分，相關(guān)技術(shù)人員提出振動擠密樁施工技術(shù)、水泥樁攪拌施工技術(shù)和強夯法施工技術(shù)方案。通過技術(shù)論證發(fā)現(xiàn)，水泥樁攪拌施工的施工效率高且施工成本低，但由于路基中存在鹽漬土，樁基會受到不同程度侵蝕而降低加固效果；振動擠密樁在施工時，會干擾到周圍地形的穩(wěn)定性，增加施工安全事故風(fēng)險；強夯法同時具有施工效率高和施工成本低的優(yōu)勢，無需考慮鹽漬土侵蝕問題且對周圍地層影響較小。因此，通過技術(shù)研討和多方論證，決定對該公路路基采取強夯法施工作業(yè)。

3 公路路基強夯法施工技術(shù)要點

3.1 分析技術(shù)原理，確定施工參數(shù)

對公路路基進(jìn)行強夯施工作業(yè)，將夯錘的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，對路基土形成沖擊，增加內(nèi)摩擦力，使路基土在夯擊作用力下提高密實度，提升路基的密實度和穩(wěn)定性，增強承載能力，減少沉降性變形。

因此，該工程為明確強夯施工技術(shù)特征，進(jìn)一步分析強夯作業(yè)時縱波傳播速度和橫波傳播速度的關(guān)系。通常情況下，夯錘的重量和提升高度影響著夯錘的初始運動速度，但在具體施工時，作用力的傳遞方向不同，使傳播周期與振幅強度產(chǎn)生差異，并且土質(zhì)的密度也是一項重要影響因素?？v波傳播速度Vs和橫波傳播速度Vp的計算公式如下[1]：

式中，G——剪切模量（kPa）；E——彈性模量（kPa）；ρ——土質(zhì)密度（kN/m3）；μ——土質(zhì)的泊松比，該工程取值為0.22，經(jīng)計算，Vs=1.67Vp。

在路基強夯施工作業(yè)過程中，縱波加固是影響路基密實度的關(guān)鍵因素，但在施工過程中縱波作用力不斷衰減，相應(yīng)的加固效果逐漸消失。因此，該工程通過上述公式，確定重錘的重量和提升高度，確保滿足加固深度。如表1 所示為不同單擊夯擊能下對不同土質(zhì)的有效加固深度。

表1 強夯施工有效加固深度

在確定路基處理方案時，有效加固深度是一項重要參考，及時反饋地基處理效果，該工程通過如下公式計算有效加固深度H[2]。

式中，H——有效加固深度（m）；α——修正系數(shù)，取值為0.7；M——夯錘質(zhì)量（t）；h——夯錘落距（m）。

通過計算可知，夯錘與地面的距離為15 m 時，形成的單擊夯擊能可達(dá)到2 250 kN·m，路基處理深度＞5 m，滿足公路路基處理需求。該工程主夯與副夯均可達(dá)到2 000 kN·m 以上的單擊夯擊能，在施工范圍內(nèi)完成一次夯實后，補平夯坑，對場地整平處理，重新放線定位再次進(jìn)行夯實。

確定強夯設(shè)備：經(jīng)過技術(shù)論證，該工程強夯施工配備SQH401 強夯機，整機重量為64 t，最大配備夯錘重量為20 t，臂架長度25 m；選擇鑄鐵材質(zhì)一次性夯錘，根據(jù)地質(zhì)土情況確定夯錘直徑為2 m，錘重為15 t。

3.2 場地平整，測量放樣

施工前對機械設(shè)備運行性能進(jìn)行全面檢查，確保鋼絲繩完好，自動脫鉤裝置可靠且施工機械無漏油、漏電等情況，保證設(shè)備性能優(yōu)良。由施工人員清理路基范圍內(nèi)的腐殖土，對坡度大且坑洼的位置使用填土填平，為機械設(shè)備移動提供便利。該工程在強夯點位借助于GPS放樣，明確中心點位位置后，均勻灑布白灰予以標(biāo)記，在主夯、副夯、滿夯施工作業(yè)時均采取相同定位標(biāo)記方法。

該工程在布設(shè)主夯點時為等邊三角形，相鄰兩個夯點的中心點距離為夯錘直徑的2 倍左右，取值為5 m[3]。在主夯點之間穿插布置副夯點，如圖1 所示為主夯點與副夯點布設(shè)示意圖。主夯與副夯施工完畢后，在各點位主夯和副夯各搭接1/2 后布設(shè)滿夯點，如圖2 所示。

圖1 主夯點與副夯點布設(shè)示意圖（mm）

圖2 滿夯點布設(shè)示意圖

為避免夯擊導(dǎo)致路基土表層沉降而對加固效果產(chǎn)生影響，夯擊過程需要監(jiān)測側(cè)向土體的壓力與深層土體的側(cè)向變形。該工程嚴(yán)格控制側(cè)向土體壓力為靜態(tài)土壓力的1.1～1.2 倍，深層側(cè)向土體的變形幅度在2～5 cm 之間。

3.3 試夯施工，確定技術(shù)參數(shù)

在正式施工前，選擇500 m2試驗場地試夯施工，對機械設(shè)備的運行性能、技術(shù)方案參數(shù)的可靠性以及夯擊次數(shù)、夯沉量等進(jìn)行測定，在安全位置內(nèi)挖設(shè)減震溝，檢測夯擊能的傳播范圍。該項目充分結(jié)合現(xiàn)場試驗結(jié)果以及既往施工經(jīng)驗對施工參數(shù)予以確定，共計選擇兩處試驗場地，對超靜態(tài)孔隙水壓力、地面加速度進(jìn)行測試檢驗，同時測試夯實參數(shù)，觀察夯實后的沉降變形以及荷載測試等。

試夯作業(yè)應(yīng)保持連續(xù)性施工作業(yè)，完成第一遍夯實后，間隔一個夯點位置夯擊，在第二遍夯擊時夯實剩余的定位，通過兩遍夯擊完成全部點位的夯實。在點夯作業(yè)時，最后2 次的下沉量應(yīng)不超過5 cm，滿夯后平均下沉量應(yīng)不超過2 cm，試夯施工現(xiàn)場如圖3 所示。

圖3 試夯施工現(xiàn)場

3.4 強夯施工，提高路基強度

在正式強夯施工時，根據(jù)定位位置調(diào)整夯機就位，測量并完善夯錘頂面高程的記錄。該工程夯錘重量為15 t，距離路基面高度為15 m，在鋼絲繩上做好相應(yīng)標(biāo)記，預(yù)留出的安全距離為0.5 m。達(dá)到指定高度后，拉動自動脫鉤器，使夯錘通過自由落體向路基傳導(dǎo)作用力，現(xiàn)場由施工人員對夯錘頂面高程與夯沉量進(jìn)行記錄，完成一次夯擊作業(yè)。為保證強夯作業(yè)質(zhì)量，該工程對每次夯擊后的夯沉量均進(jìn)行記錄，若連續(xù)兩次夯沉量均在5 cm 以上，則繼續(xù)夯實直到最后兩次夯沉量均值在5 cm 以內(nèi)[4]。

第一批夯點全部完成施工作業(yè)后，利用推土機將回填土填平至夯點位置，初步整平處理后，使用壓路機壓實，為第二遍夯實作業(yè)提供良好的作業(yè)環(huán)境。在第二批夯點作業(yè)時，夯實方式和具體施工要求與第一批相同，嚴(yán)格把控施工質(zhì)量。公路路基全面夯實后，進(jìn)行滿夯作業(yè)施工，進(jìn)一步加固路基，施工作業(yè)工序和第一次、第二次夯實作業(yè)相同，夯擊點在二次夯實作業(yè)時各重合1/2，實現(xiàn)路基施工范圍的全面夯實。完成滿夯作業(yè)后，對施工現(xiàn)場整平處理，再次利用壓路機全面碾壓，確保滿足公路路基施工作業(yè)要求。

3.5 強夯施工作業(yè)監(jiān)測

3.5.1 監(jiān)測土體壓力

該公路路基土質(zhì)為鹽漬土，利用鋼弦式土壓力計對土體壓力進(jìn)行監(jiān)測。該設(shè)備的主要構(gòu)成包括壓力傳感器、承受來自土體壓力的膜盒，在膜盒中心以及壓力計的框架位置固定傳感器。在強夯施工作業(yè)時，夯錘下落對土體形成沖擊力，此時膜盒會承受到土體的壓力而出現(xiàn)形變，形成液體介質(zhì)。借助于薄膜液體介質(zhì)向壓力傳感器傳遞壓力，引起傳感器的鋼絲出現(xiàn)振動情況，通過分析振動頻率確定土體的壓力。

為了使鋼弦式土壓力計準(zhǔn)確監(jiān)測土體壓力，強夯施工作業(yè)前，在施工現(xiàn)場合適位置埋設(shè)壓力機，利用工具開挖，深度為50 cm，寬度比壓力計寬度超出30 cm，坑位埋設(shè)準(zhǔn)備好后，保持壓力計水平狀態(tài)放入其中，將5 cm厚的細(xì)砂鋪設(shè)在壓力盒位置，利用水平尺進(jìn)行偏差校正，使用原土回填，小型壓路機碾壓密實。

3.5.2 監(jiān)測沉降值

通過對沉降值進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而分析出強夯作業(yè)時和強夯作業(yè)后的沉降量。該工程將鋼板作為沉降板，直徑50 cm，沉降板與150 cm 的測量桿相連接，桿外側(cè)包裹塑料管嵌套，減輕填土對側(cè)桿的摩擦。一切準(zhǔn)備工作完成后，在監(jiān)測斷面位置埋設(shè)沉降板，根據(jù)側(cè)桿高度觀測強夯作業(yè)時鹽漬土路基的沉降值。

4 公路路基強夯法施工管理措施

4.1 質(zhì)量管理

該公路路基強夯施工質(zhì)量管理措施總結(jié)如下：①施工前對現(xiàn)場路基含水率進(jìn)行檢測，最適宜的強夯施工作業(yè)含水率為8%～24%，對于含水率較大的基層結(jié)構(gòu)予以翻曬，含水率較小的基層結(jié)構(gòu)以一定的間距向路基中打孔，注入一定量的水改變其含水率，在良好的含水率控制下，保證路基強夯施工質(zhì)量。②在確定夯錘圓心后，設(shè)置直徑為250 mm 的排氣孔，數(shù)量為4 個，在夯錘接觸路基面時，空氣受到壓縮可從排氣孔和四周跑出，避免因為空氣沒有及時排出而導(dǎo)致夯錘在夯坑內(nèi)吸附，無法拔出[5]。對于夯實后產(chǎn)生較深的夯坑而無法拔出夯錘的情況，代表路基較為軟弱，此時將夯坑填平后再次夯實，確保夯擊深度符合要求后進(jìn)行后續(xù)夯實施工。③在路基強夯施工過程中，為了及時調(diào)整和優(yōu)化夯擊參數(shù)，同時保證周邊建筑物的安全，需要進(jìn)行觀測和記錄，并采取相應(yīng)的措施。每次夯擊時，設(shè)立專人觀測，記錄夯擊遍數(shù)、夯擊能量以及夯坑四周的隆起程度。這些觀測數(shù)據(jù)能夠提供強夯優(yōu)化的參考參數(shù)，幫助技術(shù)人員評估夯擊效果和土壤的穩(wěn)定性。強夯前對周邊已有建筑物進(jìn)行沉降觀測，并讀取初始數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)。夯擊過程中，按照事先規(guī)定的頻率觀測，監(jiān)測建筑物是否出現(xiàn)異常的沉降情況。如果沉降觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，即超過了預(yù)設(shè)的安全范圍，立即加大觀測頻率，以便及時掌握沉降情況的變化趨勢。④在夯擊之前夯錘需要提升到規(guī)定的高度，確保夯擊能量的傳遞和作用效果。根據(jù)試驗段總結(jié)的數(shù)據(jù)，該工程采用主夯2 遍、副夯1 遍、滿夯1 遍，地質(zhì)條件差的土體情況可以適當(dāng)增加夯擊的遍數(shù)，增加對土體的固結(jié)作用。單點夯擊完成的條件：每個夯擊點在完成夯擊前需要滿足一定的條件，即連續(xù)兩次夯擊后，夯錘進(jìn)入地基的深度小于50 mm，而且夯錘周圍的地面沒有較大的隆起現(xiàn)象，滿足這些條件后，視為該點夯擊結(jié)束。夯擊完畢后檢查整個作業(yè)面，作業(yè)面不得出現(xiàn)彈簧、松散現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)有問題立即返工處理。為了消除土體內(nèi)的超靜孔隙水壓力，每一遍夯擊完成后，設(shè)置一定的時間間隔并補平夯坑。

4.2 安全管理

為保證強夯施工作業(yè)安全性，避難發(fā)生施工安全事故，該工程執(zhí)行如下安全管理對策：①在進(jìn)行起重吊裝作業(yè)時，選用具有較好的平穩(wěn)性和抗傾覆性能的履帶式吊裝機械，提高施工的安全性。在吊臂兩側(cè)安裝可移動門架，為設(shè)備提供更大的支撐面積，減少設(shè)備的搖擺。勻速緩慢起吊夯錘，以減小設(shè)備、夯錘的振動和沖擊力，在夯錘上升過程中確保設(shè)備的穩(wěn)定，避免左右搖擺。為避免人員受到夯錘下落時可能產(chǎn)生的傷害，強夯作業(yè)時所有人員撤離至安全距離。②評估強夯作業(yè)對周邊已有建筑物的影響，確保施工過程中的安全性，盡量避免在居民休息時間施工作業(yè)，以減少對居民生活的干擾。在強夯作業(yè)時，夯錘與地面接觸瞬間會產(chǎn)生巨大的沖擊力，因此該工程將安全圍擋設(shè)置在夯擊施工作業(yè)的周圍，減少噪聲和飛石對周圍人員的威脅。③考慮施工工期較緊張，在兩臺夯機同時作業(yè)時，將間距調(diào)整為5 m 以上，調(diào)整落錘時間間隔至少60 s，避免同時落地對周圍土層及建筑物形成較大的沖擊。④對于大風(fēng)、大雨、大雪、能見度低等天氣，停止強夯作業(yè)，在機械四周放置反光錐。

5 公路路基強夯法施工質(zhì)量檢驗

為驗證強夯施工對公路路基的作用效果，該工程在強夯施工完成20 d 時檢驗加固處理效果，依托平板靜力荷載試驗檢測沉降量、回彈模量以及荷載能力。

在沉降量方面，利用現(xiàn)場靜載法進(jìn)行檢驗，分析檢驗數(shù)據(jù)，該公路路基經(jīng)過強夯作業(yè)后，各測點沉降值均低于30 mm，與未處理前相比，路基土的密度、強度等參數(shù)均有所提升，說明強夯施工技術(shù)處理公路路基在沉降控制方面效果顯著。

在回彈模量方面，對強夯處理前后的回彈模量使用彎沉試驗檢驗，記錄數(shù)據(jù)如表2 所示。通過分析試驗檢測結(jié)果，經(jīng)強夯處理后路基結(jié)構(gòu)的回彈模量提升50%以上，說明強夯施工技術(shù)處理公路路基對提高抗壓強度的作用明顯。

表2 路基回填模量試驗檢測結(jié)果

在路基承載力方面，試驗檢測方法為直線插入法，在沿線范圍內(nèi)共計選擇3 個點位進(jìn)行檢測，具體數(shù)據(jù)如表3 所示。結(jié)果顯示，強夯施工后路基承載能力較施工前提高50%以上，達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求的200 kPa，說明強夯法可有效提高公路路基的承載能力。

表3 路基承載能力試驗檢測結(jié)果

6 結(jié)束語

綜上所述，對公路路基進(jìn)行加固處理，使其具有良好的承載能力，為后續(xù)施工創(chuàng)造良好條件，提高公路整體質(zhì)量。山西省某公路路基處理時運用強夯法，嚴(yán)格把控施工技術(shù)要點及質(zhì)量控制措施，通過高能量的沖擊作用，有效改善路基的力學(xué)性質(zhì)，使路基更加穩(wěn)定可靠，具有施工效率高、施工周期短、成本相對較低等優(yōu)勢，對于提高公路路基施工質(zhì)量具有重要應(yīng)用價值。