路基处理中强夯法的应用
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摘要：叙述了强夯法的作用机理及加固地基深度，结合工程实例及地质情况，阐述了强夯法处理特殊路基的方法、设计及施工要求，工程实例证明，强夯法处理特殊路基可提高地基强度，减小地基不均匀沉降，值得推广应用。
关键词：强夯法 特殊路基 湿陷性黄土 杂填土 应用
强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可以有效地提高地基强度，降低压缩性，提高土层均匀性，减小地基不均匀沉降。目前强夯法已在许多工程中得到了运用并取得了良好的社会效益和经济效益。
1、强夯法作用机理及加固地基深度
1.1 强夯法作用机理
强夯工程中，土体中因含可压缩的微气泡，而产生几十厘米的沉降，土体产生液化，使土的结构破坏，强度下降至最小值，随后在夯击点周围出现径向裂隙，成为加速孔隙水压力消散的主要通道，继而因黏性土的触变性，使使土基的强度得到恢复和增强。这一过程无法用传统的固结理论解答，因而就有饱和土是可压缩的重要机理。
现有研究成果表明，由于土中有机物的分解，第四纪土中多数含有以微气泡形式出现的气体，含气约1%～4%，强夯过程中，气体体积被压缩，加上孔隙水被挤出，两者体积有降低。重复夯击作用，气体被压缩接近于零时，土体变成不可压缩，相应的孔隙水压力上升到与覆盖压力相等的能量级时，土即产生液化，吸附水变成自由水，土的强度达到最小值，继续施加外界能量，对强度提高无效，需要停止夯击，等待强度恢复。这就是为什么两遍夯击之间应有一定间隔时间的原因，间隔时间取决于土中的超静孔隙水压力的消散时间，对于渗透性较差的黏土地基，间隔时间不应少于3～4周，对于渗透性好的地基可连续夯击。在土中超孔隙水压力消散的同时，夯点四周形成有规则垂直的裂缝，出现涌水现象。当孔隙水压力消散到小于土粒间的侧身压力时，裂隙即自行闭合，土中水的运动又恢复常态。随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量有了大幅度增长，从而提高了地基强度，降低压缩性，提高土层均匀性，减小了地基不均匀沉降，这就是强夯法的作用机理。
1.2 强夯法加固地基深度
经过各种土质地基的工程实践，利用数理统计技术，多次修正后得到强夯加固深度公式为：z=aMH。
其中，z为加固深度，单位为m；M为锤的重量，单位为t；H为落距，单位为m；a为系数，a和土质层厚有关，细粒土为0.5，粗粒土为0.6，地下水位较低时为0.7，高填土、弃方（无水）为0.8。
2、工程实例
我公司在承揽省道201白水城区道路时，在路基处理中采用了强夯法。该道路在桩号K0+000～K0+540段，场地土在勘探深度（6.0m）范围内主要由新近堆积的杂填土（建筑垃圾）（规程时间约4个月左右）构成；在桩号K0+540～K0+900段，场地土为湿陷性黄土。
2.1 地质情况
道路K0+000～K0+540段，现状场地土在勘探深度（60m）范围内主要由新近堆积的杂填土（建筑垃圾）（规程时间约4个月左右）构成。含有大量的砖块、灰渣、水泥块等，成分极其杂乱，不均匀，结构松散。
道路K0+540～K0+900段，现状场地土为：第①层为第四系全新统早期沉积的湿陷性低液粉土（粉土），黄褐色，稍湿，中密，具湿陷性，湿陷性程度为Ⅱ级。第②层为第四系全新统早期沉积的低液限粉质黏土（粉质黏土），黄褐色，可塑，稍显光滑，无摇振反应，干强度中等，初度中等。
2.2 强夯法设计要求
（1）夯锤先用圆柱体，夯击能量1000kN·m，夯点间距为5.0m，正方形布置，夯锤重100kN，落地距为10m，道路夯击范围为填方路基坡脚外5m，亦即坡脚外再布置一排夯点；（2）夯击遍数为3遍，2遍跳夯，1遍满夯（2遍夯击应适当间隔一定时间）。第2遍夯中点位于第一遍夯击点之间，第3遍满夯时要求锤印搭接；
（3）每遍夯击锤数：按最后两击平均夯沉量不大于50mm；
（4）夯坑周围地面不应发生过大的隆起；
（5）不应夯坑过深而发生起锤困难：
（6）通过试夯确定换填1.5m厚杂填土需要的挖方深度。
2.3 强夯法施工要求
（1）强夯施工前，应清理并平整施工场地，并查明场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等，并采取必要的措施，以免因强夯施工而造成破坏。
（2）当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备产生有害的影响时，应采取设置隔振沟等防振或隔振措施。
（3）强夯开始前，检验夯锤是否处于中心，若有偏心，注意校正。
（4）检查车况，由吊车指挥进行对中，超吊，轻放等练习。
（5）为了间接了解预处理的地基土情况，验证设计施工参数的可行性，决定在大面积施工前选取有代表性区域进行现场单点夯击能试验，以确定和优化设计施工参数，选取合适的夯击能量、单点夯击数、夯击遍数等。
（6）结合工程地质勘察报告，根据场地含水量大小、杂填土以及湿陷性黄土百度和设计施工等，在场地选择几个不同区域的进行单点夯击试验。
（7）通过分别布设在4个不同方向上跨度夯点不同跨度的观测桩在夯击过程测量数据的变化，计算和分析夯击过程地基土被有效压缩以及夯坑周围土体的隆起情况。
（8）夯机就位，夯锤中心对准夯点位置；锤要平，下落方向准确，不得打仿或移位，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。根据设计单击夯能及锤重确定落距。（9）每击夯沉量及周围土体隆起情况的观测。
（10）冬季施工，首先应将冻土击碎，然后再进行夯击。
2.4 夯后检测要求（检测在施工后3周左右进行）
在桩号K0+000～K0+540杂填土段，强夯结束后，利用静载为18～21t的振动压路机对场地表层松土碾压几遍后，再进行检测，利用水准仪进行观测，要求最后两遍碾压的轮迹差小于5mm，满足要求后方能进行下一步路基土的施工。
在桩号K0+540～K0+900湿陷性黄土段，强夯结束后，按照规范要求每1000m2面积内的各夯点之间任选一处，自夯击终止时的夯面起至其下4～5m深度内，每隔1m取1～2个土样进行室内实验，测定土的干密度、压缩系数和湿陷系数以及土的压实度，从而判断其是否存在湿陷，满足要求后方能按照中期要求进行下一步施工。
对于黄土段路基，为了对夯后中期加固效果和承载力进行评价，可以进行标准重型动力触探方法来确定其承载力。场地土在强夯施工前地基承载力为120kPa，强夯结束后，其变分法力达到200～295kPa不等，比夯前均有了不同程度的提高。
3、结语
该项工程证明，强夯法是处理湿陷性黄土及杂填地基的有效途径之一，通过合理选择施工参数，做好夯击时的标高等数据观测，应用数理统计技术根据观测数据绘制曲线图进行分析，以控制合适的夯击能及夯击数，能有效地改善地基各项物理力学性能，使土体有效固结，减小孔隙比，降低含水量，改变压缩系数和湿陷系数，加快地基土的前期固结沉降，满足工程对地基承载力的不同要求。