强夯加固在软土路基处理中的应用研究

引言

我国幅员辽阔，东西区域经济差异大，受地理环境、地质条件等因素影响，交通基础设施建设并不完善，面临着软弱地基处治问题。软弱土层的主要特征有天然含水量大、压缩性强、渗水系数小等。在公路工程施工建设中，若路基加固不当，势必会出现不均匀沉降，影响路基稳定性。强夯法又名动力固结法，该方法将重锤提高到一定高度，随后自由下落重复夯实地基，从而起到提高地基强度和减少地基压缩性的目的。相比其他地基加固方法，强夯法的优势在于可以充分发挥土层自身的潜力，加固效果显著，施工便捷，且具有良好的经济效益和社会效益。

一、软土的特征

作为一种自然历史的产物，软土是由于古气候、地理环境、沉积环境等不断变化而演变成的一种土质，其特点为压缩性高、天然含水量大、承载能力低，且多为淤泥沉积物。其工程特征主要包括以下几点：

第一，天然含水量大。相比其他土质，软土的天然含水量较大，基本上在 30%⋅90% 之间，甚至有时会在 200% 以上，天然含水量在液限之上。

第二，天然孔隙比较高。相比其他土质，软土的天然孔隙比较高，在1-2 之间。

第三，压缩性强。软土具有较大压缩系数，可以达到 0.5⋅1.5Mpa 。在外部荷载等因素影响下，软土沉降量大，存在不均匀沉降。

第四，渗透系数小。软土垂向渗透系数基本上在 10–6–10–8Cm/s ，透水性差，对地基强度影响较大，极易造成较大沉降、变形问题。

第五，抗剪强度低。通常情况下，软土的抗剪强度在25KPa 以下。

第六，不均匀性。软土在水平分布和垂直分布方面具有较大差异，极易出现地基不均匀沉降现象。

二、强夯加固机理

强夯法被称为强力夯实方法，或者也被叫做动力固结方法。其加固机理为通过重锤（8t-30t）利用大型履带式强夯机由一定高度自由落体，从而夯实地基。通过这种加固方法，一方面，可以快速增强地基的承载力，提高地基的压缩模量，打造成密实度良好的地基。另一方面，强夯加固可以改变地基一定深度内地基土的孔隙分布情况，改善地基质量。强夯加固施工特点如下：

第一，施工中所采用的设备较为简单，操作方便；

第二，强夯加固法在很多土质内均可使用，具有良好的适用性，且加固效果不错；

第三，强夯加固后，可提升地基的承载力，相比普通地基，其强度可提升 2-5 倍；

第四，强夯加固后，可降低地基土压缩性，相比普通地基，可降低2-10倍，同时加固影响深度较大；

第五，相比换土回填工艺，强夯加固可节约成本，降低费用 50% 左右。相比预制桩加固工艺，则费用最高可降低 70% 左右。

三、工程概况

某公路工程所处地质条件复杂，存在较厚杂填土，且极为松散，将大大加大施工难度。本路段软土路基段起讫桩号为 K53+495～K55+500 段，由于本路段自然地面以下存在大量饱和粉质粘土、粉土，具有较大含水量、孔隙比等。为提升路基承载力，需做好软土地基处理工作。

四、软土路基处理方案

结合工程地质勘查情况，本工程所需解决的岩土工程问题主要有2 点，其一，池塘段软弱土引起的沉降问题、土层液化问题；其二，由于填方高度原因引起的池塘外路段不均匀沉降问题及杂填土问题。为解决上述问题，必须选择合理的地基处理方案。

1、软弱土层处理

根据地质勘查报告显示，池塘段软弱土层为 1-2 层，局部存在淤泥质土，具有较差均匀性。此外，由于本层厚度相对较薄，平均厚度仅为 1.99m ，需将其挖除。

此外，仅池塘段存在 3-1 夹层，具有较高含水量，相比周边深度相同的土层 3 层，其压缩性高出许多。即 11MPa 为 3 层压实模量，4.9MPa 为3-1 夹层压缩模量。加之池塘内地势低，填方高度高于周边区域，因此，很容易出现不均匀沉降。处理方法应采用强夯、冲击碾压等方式，有效提升其密实度，促使原地基表层形成一定厚度的硬壳层，消除一定深度内的工后沉降。

2、不均匀沉降、杂填土问题处理

为消除不均匀沉降，尽可能降低高填方区域的原地基沉降，并构成一定厚度的硬壳层，用于处理不均匀沉降问题。

针对杂填土问题，可将表层耕植土清理干净，尽可能将垃圾、树根等有机质成分清除，同时利用碾压、强夯等施工工艺，进一步提高其密实度，减少杂填土的可压缩性。

五、强夯加固施工技术要点

1、表层土处理及场地平整

第一，施工前，尽可能清理干净场地内表层 50cm 以内的耕植土，随后通过冲击碾压法进行原地基碾压施工，从而增强地基强度。

第二，耕植土厚度在 50cm 以上，待表层 50cm 清理干净之后，需翻挖清除面以下 1.5m 范围内的土层，将有机质含量较高的杂质清理出去，如树根、生活垃圾等，随后利用冲击碾压工艺，对其进行碾压施工，保证满足土石方工程设计密实度规定。

第三，待完成上述施工后，可根据勘察报告CBR 试验结果，对施工段内不符合要求的区域进行换填，保证满足施工规定，随后基本整平地基。

2、强夯施工

（1）强夯施工前，需基本平整施工区域，避免出现高差过大现象。由于施工场地限制，抛填石应由便道逐渐向外挤淤回填，分两次向施工作业面搬运材料及整平。选取履带式挖掘机向外铺填，并做好标高控制。

（2）根据设计要求，在指定位置标注夯点位置，并测量高程。按等边三角形进行夯点布设，施工机械就位。考虑到地下水将会对强夯能级造成一定影响，点夯施工采用两遍3000KN•m 能级进行施工。夯点间距为 4.5m ，夯点布置为正方形，单点击数为 10~12 击，最后两击平均夯沉量必须控制在 5cm 以内。

（3）夯击施工过程中，要一击一击地做好夯坑深度记录。在夯击时，若出现夯坑深度过深导致起锤难度大，必须及时暂停夯击，将填料回填到夯坑内，直到和夯坑顶面高度一致，此时同样要做好填料用量的记录。此外，夯击时常常会遇到周围软土被挤出的情况，为保证施工顺利进行，需及时清理淤泥，或将一层碎石垫层铺筑于夯点周围铺设碎石垫层时，所选用的碎石不得含有杂质，最大粒径控制在 300mm 以内，含泥量不得超过 10‰ 。碎石垫层厚度为 1.5m ，随后继续进行施工。在本工程夯击施工中，可按照隔行跳打的原则，从内到外进行夯击施工，防止相邻夯点相互影响。

（4）待点夯施工后，可按照单点夯击能 1000KN⋅m 进行一遍满夯，单点击数控制在4~5 击，夯实场地表层松土后，测量场地高程。

（5）完成上述施工后，需根据施工要求，详细检查各项施工数据和相关记录，并检测路面强度。通过补夯、重铺等方式处理不符合设计要求的路基路面。强夯处理后，每隔一段时间需要对竣工地基进行承载力试验，碎石土地基的检查时间控制在大于 14d 左右，粘性土地基的检查时间控制在28d 左右。通过重型动力触探检验地基的承载力，按照1 处/2500 ㎡的频率进行检测，深度控制在80cm—120cm 范围内，且对不少于 30% 的夯点进行检测。在检测完地基强夯质量后，一旦地基土的物理力学性质指标达不到原定设计要求时，需要采取补夯等其他措施。

六、结束语

综上所述，软土地基普遍存在含水量高、强度小、稳定性差等问题。若软土地基处理不好，将无法满足路基承载力等要求，甚至出现严重质量隐患。为此，必须采用科学、有效的加固方法进行有效处理。强夯法能够在强夯作用下，有效提高地基土强度，降低地基土压缩性，并能提升土层均匀度，保证路基稳定。

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