爆破碎(块)石采用强夯法处理试

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摘要：压实质量是高填方工程成败的关键。强夯法有较大的击实功，可在一定程度上增加高填方土体密实度，大幅减小高填方的工后蠕变变形。本文对某山区机场爆破碎石填料采用强夯法处理进行了试验研究，在对碎石填料填筑试验的基础上，对填筑体进行强夯沉降量、干密度现场试验、颗粒级配、载荷试验、反应模量、回弹模量测试，通过对照设计要求，确定了合理的强夯施工参数，用于指导机场大规模施工。关键词： 强夯高填方 碎（块）石 试验

随着我国国民经济的发展，为改善山区山区人民的生活条件，发展当地经济，开发旅游资源，我国新建山区机场越来越多。由于山区机场一般地形较为复杂，标高起伏较大，为达到机场的开放使用要求，需要进行大面积片状深挖高填，相关的岩土工程问题突出，其工程难度及工程投资造价较平原机场大，而对工程影响造价最大的是其中的土石方工程，直接决定该机场的工程质量、工期和投资。故选择合适的土石方填筑方法，对保证机场建设的工程质量、节约投资及保证工期有重大意义。

为此，本文通过湖北省某新建支线机场高填方试验段工程的土石方填筑现场试验，分析了强夯施工方法针对石方的压实方法、施工工艺、施工参数和施工质量控制标准，为机场大型土石方工程的设计、施工、检测等提供现实成果，对机场大规模施工有指导意义。

一、强夯法概述

强夯法又名动力固结法（Dynamic Consolidation Method）或动力压实法（Dynamic Compaction Method）。强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般10～40t的重锤和10～40m的落距，对地基土施加很大的冲击能，在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等土体填筑及地基。

加固机理

强夯法是利用强大的夯击能给地基以冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进行动力挤压。目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换（强夯置换），它取决于土的类别和强夯施工工艺。

本文主要介绍内容为通过进行强夯法进行爆破碎（块）石填筑试验取得石方填筑的合理的强夯施工参数，用于指导机场大规模施工。

二、湖北某新建机场石料强夯填筑试验研究

（一）工程概况

本工程为湖北省某新建机场，其定位为国内小型机场，飞行区等级为4C，跑道长度为2800m，宽45m。机场场址位于独立的狭长山脊之上，由五个高程2600m左右的山包组成。

该机场土石方量大，主要的填料为白云岩，其占机场总填方量在93%以上，开采均需采用爆破的方式进行，开采困难，而且不易压实，因此对于在不同压实方法和填筑压实参数的情况下，填土沉降将有很大的变化，如果填筑压实控制不当，将会导致高填土工后沉降过大，不能满足机场建设的要求，因此非常有必要开展专门的现场填筑压实，以确定合理的填筑压实参数，为大面积土石方填筑提供可靠的依据。

根据本机场土石方填筑要求的特点，本次我们将土石方填筑体分为三个区，分别为飞行区道槽区、边坡稳定影响区及土面区，要求保证上述区域填筑体经过处理后稳定、均匀和密实。

根据以往的施工经验，强夯填料粒径最大可达到100cm，可大大减少爆破费用，较为适合本场大部分填料为坚硬石方的特点。故本次拟在道槽区及飞行区土面区对填料采用强夯的处理方法，边坡区考虑到坡底稳定性的问题，不考虑采用强夯。

（二）施工填筑主要控制指标

本次石方填筑主要控制指标包括以下几点：

（1）填筑体密实度标准：

道槽区干密度大于2.10 g/cm3，固体体积率大于0.81；

飞行区土面区1.90g/cm3，固体体积率大于0.75。

（2）填筑体的地基承载力特征值要求：

道槽区地基承载力特征值大于250 kPa；

飞行区土面区地基承载力特征值大于200kPa。

（三）石料强夯填筑试验设计

⑴ 试验方法及填筑压实参数

现场碾压试验针对挖方区土料种类，考虑采用不同的填筑压实、填筑压实层厚和碾压遍数（夯实），以研究土料的压实特性。强夯处理的填料铺填采用堆填法进行分层填筑施工。填料最大粒径不大于100cm，要求级配良好，不均匀系数Cu5，曲率系数CC＝1~3，含泥量不大于15%。当采用碎屑岩类岩石料时，同时要求粒径大于2cm的质量大于总质量的50%。

⑵ 碾压场次

为研究不同填筑土料不同碾压层厚、不同碾压遍数情况下的压实特性，进行6场石料强夯填筑试验。

强夯填筑试验参数组合如下表所示：

石料强夯填筑试验参数组合表（6场）

现场试验过程中，需对填筑土石料进行现场检测和室内试验，以分析和比较不同铺料层厚、压实机械和夯击遍数等不同参数组合下填筑料的压实效果。

1）现场检测

主要检测项目包括密度、颗粒级配、载荷试验、反应模量、回弹模量测试。

2）室内试验

岩石料的比重试验。

（四）石料强夯填筑试验检测结果

（1）密度检测结果

根据处理后的密度检测结果进行分析，我们可以得出以下结论：

（1）在相同夯击能作用，填筑料的干密度（固体体积率）随夯点间距的增加相应地减小；

（2）在相同夯点间距的条件下，填筑料的干密度（固体体积率）随夯击能量的增加相应地减小；

（3）密度检测主要针对填筑料表层，无法反映下层的干密度状况，建议采用较大能级的单点夯。

（4）建议道槽区采用3000 kN・m能级，夯点间距4.5m的两遍单点夯加一遍1000kN・m满夯；建议土面区采用3000 kN・m能级，夯点间距5.0m的两遍单点夯加一遍1000 kN・m满夯。

（2）强夯夯沉量检验结果

试验区域 第一遍点夯 第二遍点夯 满夯 总夯沉量

夯沉量数据分析：

（1）累计夯沉量在411~942 mm之间；

（2）点夯夯击数在6~8击时最后两击夯沉量满足设计要求；满夯夯击数在4~5击时最后两击夯沉量满足设计要求；

（3）根据相关工程经验，建议采用夯击击数和最后两击平均夯沉量双指标进行控制。

（4）表层固体容积体积率在0.80左右近。建议在试验夯击击数基础上增大夯击击数2~3击，确保下层填料的密实程度。

（5）对于道槽区，建议采用3000 kN・m能级，夯点间距4.5m的两遍单点夯加一遍1000kN・m满夯，单点夯夯击数8~10击，满夯4~5击；对于土面区，建议采用3000 kN・m能级，夯点间距5.0m的两遍单点夯加一遍1000kN・m满夯，单点夯夯击数8~10击，满夯4~5击。

（3）载荷试验：

强夯后6个填筑试验区的地基承载力特征值均较大，均在250kPa以上，其承载力能够满足设计要求。

（4）回弹试验：

各试验小区的回弹模量在54.5 MPa ~119.2 MPa之间，平均85.0MPa。 满足设计要求。

（5）反应模量试验：

各试验小区的反应模量在70.9~90.6 MN/m3之间，平均为79.4 MN/m3。满足设计要求。

（五）、参数确定及效果检验

通过对本次试验结果进行分析，我们可以得出结论：采用强夯手段进行本场地石料的填筑压实是合适的。

（1）施工参数确定

对于道槽区，建议采用3000 kN・m能级，夯点间距4.5m的两遍单点夯加一遍1000kN・m满夯，单点夯夯击数8~10击，满夯4~5击，虚铺厚度按照4m控制；

对于土面区，建议采用3000 kN・m能级，夯点间距5.0m的两遍单点夯加一遍1000kN・m满夯，单点夯夯击数8~10击，满夯4~5击，虚铺厚度按照4m控制。

（2）效果检验

强夯填筑后石料的地基承载力、回弹模量、反应模量能够满足设计要求； 按此施工参数进行施工后，填筑体强度及变形均满足机场设计要求。

三、小结

目前我国许多机场建设都用到了强夯的方法来进行机场高填方的压实。例如大理机场、昆明机场高填方区的施工就是采用强夯来处理填土的。强夯法的选择及设计必须和当地的具体工程地质、水文地质条件、填料的实际情况以及地势设计相结合，施工前应进行试验，以确定最佳夯击能、夯击点布置及间距、夯击击数与遍数等施工参数。

工程实践表明，强夯法对爆破碎（块）石具有加固效果显著、施工简单、施工工期短和施工费用低等优点，因而被世界各国工程界所重视。

参考文献：

[1]《土质学与土力学》 人民交通出版社 洪毓康 主编；

[2]《地基处理手册》 中国建筑工业出版社 龚晓南 主编；

[3]《民用航空运输机场水泥混凝土道面设计规范》MHJ5004-95；

[4]谢春庆，等，高填方块碎石夯实地基变形的研究[J]，岩土工程学报，2002，24(1)：38―41。

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