市政道路施工中强夯法的应用解析

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摘要：在市政道路施工中，通常会出现软土层，这时需要采用加固处理，才能满足地基使用要求。目前，在市政道路地基处理中常用到强夯法，能够对软土地基有良好的处理效果，有效提高了地基的坚固性能。文章就强夯法在市政道路施工中的应用进行分析，以供参考。

关键词：市政道路施工；强夯法；软土地基；地基施工质量；地基稳定性 文献标识码：A

中图分类号：U416 文章编号：1009-2374（2015）09-0092-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0802

强夯法是目前市政道路施工中普遍采用的技术，能够对软土地基有良好的处理效果。目前，随着市政道路施工规模不断扩大，遇到的软土层也相应增加，这时需要用到强夯法，才能实现软土层的处理效果。夯实次数及夯实深度须根据施工要求而定。本文就市政道路施工中强夯法的应用进行如下分析：

1 强夯法在软基固定中的基本原理

1.1 动力密实

这种原理应用的主要对象为粗颗粒土层、多孔隙土层等，主要通过大重量的重锤，对该土层产生较大的冲击力，使土壤结构变得更加密实，从而提高了地基的坚实性能。强夯法处理软土地基时，重要的部件是重锤，重量在10～40t之间，可以根据施工需要及时调整，选用合适的重量。重锤在起吊装备的作用下，被提到10～40m的高度，然后自由落体运动，这中间会产生巨大的重力势能，作用在软土层上，土层中的微小颗粒受到巨大冲击，相互挤压，从而实现了夯实效果。在软土层中，土壤颗粒形状具有多样化的特点，除了具有圆形之外，还具有椭圆形及片状形状，由于这多种形态同时存在，在重锤巨大冲击力作用下，它们便产生较大的相对位移，进而相互挤压在一起，实现了夯实效果。

1.2 动力固结

这种夯实原理主要应用在细微颗粒中。由于土壤颗粒微小，当受到巨大冲击力时，原先结构容易破坏，形成新的裂缝，进而将其中的水分排出，实现土层动力团结的目的。这种原理主要利用土层细微颗粒，在巨大冲击的作用下容易变形的原理，变形之后改变了其原来的状态，将水分排出，使颗粒之间的间距更小。这种技术在强夯法中被最早接受，由于能够对土层细微结构进行有效处理，所以在目前市政道路施工中被广泛应用。动力固结具有三种作用系统，以下就分别介绍：首先，土层的变化压缩。在软土层中，具有较多的土壤细微颗粒，这种颗粒透性较差，不容易变形，所以使用常规的软基施工技术，不能起到加固作用。动力团结原理利用重锤被提升之后所拥有的巨大冲击力，作用在细微颗粒上面，使其结构发生变化，同时产生细微裂缝，将其中的水分排出，从而减小了软土层的含水量，使地基得以加固。在该过程中，重锤的冲击力是瞬间作用在细微颗粒上的，所以该颗粒在短时间内发生变形，排出水分，使相互之间的距离更小。其次，能够在局部范围内液化土层。重锤巨大的冲击力作用到软基土层中之后，细微颗粒便会出现变形，随着冲击次数增加，变形程度也随着增加。在微小颗粒变形过程中，其内部的空气及水分也往外排出，于是孔隙之间的压力便不断增加，当冲击到一定程度之后，冲击力和孔隙压力达到平衡，这时液化程度也达到最大值，细微颗粒之间的距离也达到最小，也就实现了软基固定。但需要指出的是，这种液化土层是在局部范围之内，并不在整个土壤层面上。再次，土层渗透性发生变化。由于土壤具有一定孔隙，里边具有水分及空气，当受到重锤冲击时，孔隙结构发生明显变化，水分及空气也随着排出，同时也形成侧向压力。在重锤开始冲击时，冲击力小于侧向压力，所以孔隙水压力也较小，当冲击次数增加，该力也逐渐增加，原先的孔隙逐渐闭合，停止锤击后，土层中的水分及空气又形成新的动态平衡。最后，土层触变恢复。软土地基在巨大冲击力作用下，强度逐渐下降，土壤颗粒的液化程度也逐渐下降，当降低到最小值时，便出现液化水，顺着新形成的缝隙中流出，土层也实现了触变恢复。

1.3 动力置换

这种作用原理具有两部分：其一为桩式置换，其二为整式置换。前者是指在软土地基中添加新的涂料或者其他材料，然后采用重锤巨大的冲击力，将它们挤到软土中，从而实现了软基加固目的。而后者使在软土层中加入大块的碎石，也利用巨大的冲击力，使二者黏合在一起，实现加固效果。这两种原理共同之处为，都采用新的土材料或者碎石，利用冲击力挤压到软土当中，实现地基加固效果。碎石和软土之间是通过碎石内部的摩擦力来维持的。

2 强夯法在市政道路中的应用

2.1 应用工艺

目前，强夯法在不同国家使用标准也不一样，如美国及欧洲一些国家，通常采用大吨位的起重机，重锤质量大，在软土层处理中能够发挥更好的稳定性。这种起重机为履带式，所以具有较高的稳定性，并且使用方便。在日本，通常采用轮胎式起重机，重锤质量不等，也具有良好的使用效果。目前，我国在市政道路软基处理中，通常采用小吨位的起重机，重锤质量也较小，常在10～40t之间。为了提高施工稳定性，还需要附加滑轮，才能起吊重锤。

我国市政道路施工中，在软基土层处理时，通常利用滑轮将重锤起吊到一定高度，形成一定重力势能，再自由落下，实现对土层的冲击。具体过程为：在起重机的一端拉好钢丝绳，绳子一端固定脱钩器，然后将重锤挂在钩子上，拉动滑轮，使重锤上升到预定高度。这时利用钢丝绳将脱钩器拉转，使钩子和重锤向分离，重锤脱落后由原先的重力势能转变为巨大动能，对土层产生巨大的冲击力，进而完成一次冲击。在重锤起吊及落下时，一定要做好安全措施，如果发现起重机臂杆一段出现倾斜，应在另一端用辅助门架支撑，以达到平衡。另外，在施工之前，需要对脱钩器严格检查，以保证其灵活的操作性能。

2.2 夯实效果检测

利用强夯法对软土地基处理完成之后，需要采取及时检测，使处理结果符合施工标准。这种检测过程通常称为一个间隔过程。间隔时间因不同的强夯原理，也存在较大差异。如当软土地基的主要成分为沙土或者碎石土层时，间隔时间应控制在7～15天；当软土层主要成分为黏质土壤时，间隔时间应控制在15～30天；当软土地基应用置换地基的方式处理时，间隔时间应控制在30天左右。由于间隔时间不同，再加上夯实原理也各不相同，所以检测方式也存在较大差异。常用的检测方式为十字板试验、荷载试验及室内试验等，应根据施工要求，采用合适的方法。

3 强夯法施工案例

3.1 工程基本概况

该道路位于某市东边，长度为320m，宽度为42m，采用强夯法对软基进行处理。在施工之前，对施工所在地的土质结构进行调查，制订了三种软基处理方案，分别为分层碾压、砂石置换及强夯法。通过对这三者进行对比，最后决定采用强夯法。

采用15t的履带式起重机，重锤重量为120kN，采用20mm厚度钢板作为底部，面积为3.24m2，在捶底和锤面之间，隔着5根通气管，以降低重锤的冲击作用。

夯实参数的设置。在利用强夯法处理软基时，需要实现制订好夯实方案。本方案为，在每一个点用重锤冲击8次，开始的5遍夯击点在墙柱位置，使夯击坑成为施工的基础基坑。每次夯击时重锤的提升高度不同，开始高，随着夯击次数增加，高度逐渐降低。

3.2 施工阶段

首先，施工之前准备阶段。做好起重机的启动工作，检锤及脱钩器的运行情况。之后，根据施工方案确定夯点，同时设置4个水准点。其次，操作步骤。在夯击时，需要注意顺序，也就是说按照夯点谁许夯击。选定一个夯击点，安装好起重机，将重锤挂在脱钩器上，之后启动滑轮，将重锤提升到制订高度，同时拉转脱钩器，使重锤自由下落，对土层完成夯击。这是一个夯击循环，之后，按照施工规定，连续重复此操作，以完成软土路基的夯实目的。在夯击时，重锤处于平衡之后，才能拉转脱钩器，以免影响夯击效果。为了提高夯实效果，在夯击数次之后，将夯击坑覆盖上土层，再夯击，使地基表层的土壤更加密实。

3.3 夯击质量检测

当夯击结束之后，为了确保夯击效果，需要组织专业人员检测，确保符合施工要求之后，才算满足施工要求。检测指标主要有夯击次数、每点的夯击效果，并对地基的下沉深度进行检测。此外，利用静力触探、旁压试验，对地基的抗液化性能进行检测。

4 结语

我国市政道路施工规模不断加大，对地基施工质量也提出新的要求。强夯法的使用，有效提高了地基的稳定性，从而从整体上提高了市政道路施工质量。本文就该技术在市政道路中应用进行分析，希望具有参考价值。

参考文献

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[2] 刘可.强夯法在市政道路施工中的运用[J].中国新技术新产品，2011，16（19）.

[3] 林恒毅.强夯法在市政道路施工中的应用分析[J].建材与装饰，2014，21（41）.

作者简介：成都（1983-），河南济源人，河南省交通建设工程有限公司工程师，研究方向：道路桥梁。