强夯法的加固机理及其在某高速公路中的应用

强夯法的加固机理及其在某高速公路中的应用 高廉 摘要：强夯法是一种快速、有效且经济的地基加固处理方式。本文首先从强夯法的优点、加固机理方面对强夯法做了介绍，然后从路基地质条件、施工工艺流程、加固前后的路基土体物理力学性质以及沉降监测数据等几个方面论述了强夯法在陕西某高速公路路基加固处理中的应用。研究认为：按平均夯沉量大于50cm，每个夯点最后两击的平均贯入度小于5.0cm进行强夯质量控制是可行的。经过强夯处理后，地基土的承载力显著提高，地基沉降量小。 关键词：强夯法；加固机理；沉降监测；应用

Dynamic compaction of the reinforcement mechanism and its application in a

highway Gao Lian (Xinjiang Wusu city Tianshan Road and Bridge Co., Ltd., Xinjiang Wusu, 833000) Abstract: Dynamic compaction is a fast, effective and economical foundation reinforcement approach. In this paper, the benefits from the dynamic compaction, dynamic compaction method in terms of strengthening mechanisms have been described, and geological conditions from the roadbed, the construction process, reinforced soil embankment before and after the physical and mechanical properties and subsidence monitoring data discussed several aspects of a strong ram a highway embankment in Shaanxi law reinforcement applications. Studies suggest that: according to the average volume in the ram sink 50cm, each ram hit the last two points of penetration is less than 5.0cm on average for compaction quality control is feasible. After dynamic compaction, the foundation soil bearing capacity significantly improved, a small amount of foundation settlement. Keywords: Dynamic compaction; reinforcement mechanism; subsidence monitoring; application

0 引言

强夯法，又称为强力夯实法，是用起重设备将重约100—400t的重锤起吊到一定高度，然后使其自由落下，利用夯锤产生的冲击能使地基得到加固处理的方法。强夯法在处理高饱和度的细粒土地基，特别是淤泥、泥炭土等时，称为动力固结法；在处理粗粒土地基和低饱和度的细粒土地基时，又称动力压密法[1]。 强夯法是一种简单、经济、快速、有效的地基处理加固方法，具有三大优点： （1）加固效果好。强夯地基可降低地基土的孔隙度、减少压缩性，增加地基土的压缩模量，改善土体抗震动液化的能力和消除土的湿陷性，增加地基土的均匀性，从而提高地基土的承载力； （2）适用范围广。强夯法适于处理各种砂土、碎石土、粉砂土、湿陷性黄土以及杂填土； （3）经济性能好。与桩基、置换、加筋、注浆等地基处理方法相比，强夯法无需增加其它建材，仅需花费强夯机械的台班费用，因此费用低廉。 1 强夯法的加固机理 土体是由土的固体颗粒、土中水及土中气体组成的三相分散体系。因此，夯锤作用在土体上时，主要存在以下四个方面的作用机理[2,6]。 (1)压实作用。巨大的强夯冲击能一方面使土中空气所占体积被压缩并渗出，另一方面也使水中的封闭微气泡被压缩。 (2)土体局部液化。当能量以反复冲击荷载的形式施加于土体时，部分气体逐渐被压缩，土颗粒表面的结合水膜也被扰动，使其摆脱分子引力的约束而成为自由水。当含气量为零时，土体中孔隙水压力急聚上升，局部发生液化。 (3)孔隙水从裂隙中排出，土体发生固结。在巨大的强夯冲击能作用下，土中产生裂隙;结合水的转化也导致土体的渗透性增大，此时，土体发生排水固结。 (4)土体触变重新恢复。强夯时，土体强度大幅度降低。当土体接近或产生液化时，强度处于最低值，此时土体处于完全破裂的状态。同时土体中自由水由部分结合水转化而成。在孔隙水压力逐渐消散的同时，土颗粒间进一步靠近并形成新的结合水膜。 2 强夯法的控制标准 我国现在对强夯效果的检验主要是依据《建筑地基处理技术规范》进行原位测试和室内试验分析。强夯法应用在高速公路建设中，若按现行的公路规范以压实度作为质量控制指标，作为检测过于繁琐，浪费时间并影响施工[3]。 采用夯沉量和最后贯入度控制强夯处理质量，方法较简单，目前在现场也应用较多。 3 工程应用 3.1 工程概况 某一级汽车专用公路是西安至延安公路的重要组成路段[5,6]，路线全长89.506Km。该公路全线按一级公路标准设计，计算行车速度:平原微丘区为100km/h，山岭重丘区为60km/h;路基宽度21m。沿线路基主要采用黄土料填筑，平均填方高度为3.6m，最大填方高度为17.4m。 该公路路线所经区内黄土覆盖于下伏岩体之上，层厚1.0—5.Om，少数层厚达十余米，公路沿线湿软性黄土连续性差，层厚薄。地基土含水量较大，压缩性高，具有一定的湿陷性。 因此，拟对该线路Klll+230~Klll+375试验路段湿软性黄土路基采用强夯法处理。 3.2工程地质及土体性质 该试验段为漆水河支流阶地，地基土由山前洪积及河流淤积形成，地表下黄土层厚 约4.0m左右，其下为卵砾层及基岩。土体松散不均匀，分层明显，稍湿，其岩性为粉质粘土。表1给出了Klll+230~Klll+375路段地基土物理性质指标。

表1 K111+230~K111+375路段地基土物理力学性质 取土深度/m 天然 含水 量/% 天然容 重/kN/m3 干容 重/ kN/m3 比重 天然 空隙 比 饱和度/% 液限/% 塑 限 /% 含 水 比 压缩系数1-2/MPa-1 压缩模量1-2sE/MPa 湿限系数s1-2 直剪快剪 C/ kPa /

°

0.8 22.0 18.7 15.4 2.72 0.756 79.2 30.1 17.2 0.732 0.36 4.6 0.003 36.1 19.3 1.3 12.8 15.4 13.6 2.70 0.970 35.6 23.2 13.5 0.556 0.87 2.3 0.109 18.2 26.3 1.6 17.5 16.5 13.8 2.71 0.951 50.1 27.5 15.8 0.637 0.51 3.7 0.067 32.1 21.1 1.7 19.8 17.7 14.9 2.72 0.837 64.5 29.6 17.1 0.671 0.72 2.3 0.003 25.1 20.5

2.2施工工艺及流程[4] 根据地质、土体和现场强夯机具的条件，现场按照以下工艺进行强夯施工。 (1)对地基土采用强夯处理，夯击功能为IO0t—m，夯锤重10t，锤底面直径2.5m。夯点布设方式为梅花形，锤边缘间距0.5m。最后将地表拍平，再按满堂式强夯。 停夯标准为:原地表平均强夯下沉量大于50cm，每夯点最后两击的平均贯入度小于5.0cm。 (2)在强夯处理后的地基表面埋设沉降杯，观测地基的工后沉降量。地基上共布设了4个沉降杯。沉降杯采用水泥砌体加固，尺寸为60x60x6Ocm。 (3)在经强夯处理后的原地基上填土l.5m，采用强夯压实。夯前按4击、6击、8击及10击进行试夯，测定夯实后的土层压实度，要求大于90%，从而确定满足压实度要求的夯击次数。然后按选定的击数进行强夯施工。 (4)第一层填方强夯压实施工完成，压实度检测达到要求后，填筑第二层土。第二层填土厚度2.5m，后按6击、8击、10击、12击及14击进行试夯，若试夯后压实度达不到要求，则增加夯实次数。然后按选定的击数及强夯工艺进行施工。 (5)第二层土强夯完成并满足检测要求后，进行第三层图的强夯施工。第三层填土厚度定为2.0m，然后试夯，并进行强夯压实施工，方法同第二层填土施工。 (6)第三层填土强夯压实施工完成后，采用静力触探测定路基的承载力。然后，根据试验段各断面路基顶标高情况，分层填土，并采用振动压路机压实。 (7)该段路基施工完成后，从路顶向下钻探取样，测定各土层压实度及其它物理力学性质指标，同时进行静力触探试验[5]。 (8)该路面铺筑完成后，在路堤顶面及其他路段布设沉降观测点观测路基的工后沉降。 2.3原地基土强夯试验结果及分析 针对该公路Kl11+230一Kl11+375路段黄土地基压缩性高，并具有明显湿陷性的情况，正式施工前，按4击、6击、8击及10击进行了强夯试验。在试夯基础上，按每个夯位8击，对地基进行了强夯处理。表2给出强夯过程中地基夯沉量的一组测试结果，表3给出了夯前夯后的静力触探结果，图1给出了夯击次数与三个夯击点的单击平均夯沉量之间的关系曲线。 表2 地基强夯下沉量测试值 击数 项目 1 2 3 4 5 6 6 7 [ 8

1 单击夯沉量/cm 14.6 10.4 5.0 4.5 4.5 4.0 3.5 3.0 累击夯沉量/cm 14.6 25.0 30.0 34.5 39.0 43.0 46.5 50.0 2 单击夯沉量/cm 13.7 12.3 6.0 4.0 4.8 5.7 3.5 4.5 累击夯沉量/cm 13.7 26.0 32.0 36.0 40.8 46.5 50.0 54.5 3 单击夯沉量/cm 21.2 5.8 4.6 4.5 4.5 3.5 3.5 3.5 累击夯沉量/cm 21.2 27.0 31.6 36.1 40.6 44.1 47.6 51.1

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