简论公路路基加固施工中强夯技术
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摘要：本文作者结合多年工作经验，对中强夯技术加固路基的优点和加固时的影响因素、加固机理及施工中技术的控制要点等作出分析；
关键词：公路施工；路基加固；强夯技术
一、路基强夯技术的概念及其优点分析
强夯法亦称为动力固结法，有别于静力固结法。强夯法适用于砾类土、砂类土、低饱和度的粘质土和粉质土、湿陷性黄土、杂填土等路基，它一般是通过 8t~30t 的重锤采用8m~20m 的落距（最高可达 40m）自由落下冲击路基，使路基土在巨大的冲击能作用下，产生很大的动应力和冲击波，致使路基土的孔隙压缩，土体局部液化，在夯击点周围一定深度（10m~40m）内产生裂隙，形成良好的排水（气）通道，使土中孔隙水（气）顺利逸出，土体随之固结，从而在有效影响深度范围内提高土基强度，使土体密实，以达到提高强度、降低压缩性以及提高土层均匀程度的目的。
强夯法具有以下优点：一是对填料粒径要求不是特别严格。在普通路基填筑中，如果填料中有了粒径大于 20cm 的砾料，在摊铺碾压时都会造成一定的困难，而强夯施工的骨料粒径可达到 40cm~50cm，据我们挖填时的回测观察，40cm~50cm 砾料经强夯夯实后已大部分击碎与周围的土结合为一体。二是加快了整体施工的速度，虽然与压路机碾压比较单位工程量的造价有所提高，但缩短工期带来的效益也是比较显著的。三是在高填方中，用强夯夯实路基，由于其影响深度较深，可加强填料与原地面之间的结合。其缺点是：机具较为笨重，对于地形过于复杂的工地，进场比较困难。
二、路基强夯法加固机理及其加固深度影响因素
（一）路基强夯法施工技术的加固机理
强夯法虽然已经在工程中得到广泛应用，但因为影响强夯效果的因素太多，理论分析和计算以及在施工中的应用都困难重重。美国专家认为：“大面积的强夯加固，处理深度可达 30 米。当应用于非饱和土时，压缩过程基本上同实验室中的击实实验相同。对于饱和无粘性土，夯击过程可产生液化，其压缩过程与爆破和振动密实的过程相同。对饱和细粒土的加固效果，成功与失败的工程实例均有报道。对于这类土需要破坏土的结构，产生超孔隙水压力以及通过裂隙形成排水通道进行加固。而强夯法对加固杂填土特别有效。”就是强夯加固不同类型路基机理的高度概括。
路基土在强夯作用下将产生压缩变形，使土体进一步密实，强度提高。路基土变形主要来源于以下几个方面：（l）路基土在接触应力的作用下，土粒接触点发生弹性和塑性变形，这种变形导致土之间的接触面积增大，土粒之间的中心距离缩小，从而使土粒变得更近；（2）如果土粒中有片状颗粒，在强夯作用下可使其受弯而挠曲，使相临土粒发生相对位移；（3）作用于土粒接触处的剪应力如果超过接触面上可能发挥的抗剪强度，颗粒之间将发生相对滑动；（4）结合水化膜在接触压力下产生变形，使土粒之间的距离发生变化；（5）粘性土的稳定结构受剪后，由于结构改变使土的孔隙减小。由于强夯加固的路基土的性质不同，其加固机理也不尽相同。目前被普遍认可的加固机理为动力密实、动力固结和动力置换原理等。
（二）各因素对强夯加固深度的影响
强夯法加固路基施工中需要特别注意的是影响强夯加固深度的因素。在强夯法中，土体的有效加固深度是进行结构基础设计的主要依据。我国的施工规范认为，除了夯锤重的落距以外，锤底单位压力、路基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序以及地下水等都与加固深度有着密切的关系，另外跟以下几个因素密切相关：强夯机具的工作效率，强夯施加的总的夯击能，土体的工程特性，路基土的地层结构，夯锤的形状，夯点布置等。
强夯法是来源于工程实践的路基处理方法，需要理论加以指导。正是由于影响强夯加固深度的原因众多，并且难以具体进行量化。尽管影响强夯加固深度的因素很多，而且它们都是不确定性的变量，但归纳起来有二个方面，一是路基土本身的性质（如土体的物理力学性质、土体的结构以及地下水的埋藏条件等），二是强夯施工参数设计（如单夯能量、夯点间距、夯点布置等）。
三、强夯法加固路基的施工程序及其要点分析
（一）施工设备及其程序
强夯法加固路基施工一般需要以下几种设备：起重机：履带式起重机（起重能力大于锤重 1.5~2.0 倍）；夯锤：重量为 60~200 kN、底面积为 4~5m2，平底锤；自由落锤装置：能使夯锤自由下落的脱钩器；其它辅助设备：推土机（平整场地）；压路机（碾压）；装载机（运土）；龙门架以及缆风绳等。强夯施工技术的程序一般如下：1）平整场地，并测量场地高程；2）布置第一遍夯点，夯点偏差不大 50mm；3）吊机就位，按设计规定的夯击能，夯锤对准夯击点中心进行夯击，直至满足设计要求，夯沉量检测用水准仪，每夯一击均须测量，塔尺立于锤固定位置；4）每一遍夯完后用推土机推平，测量场地高程，计算夯沉量；5）布置第二遍夯点，点位与第一次错开，重复 3、4 步骤；6）最后满夯一遍，夯完后用推土机推平，测量场地高程，计算并记录总夯沉量。点夯收锤标准：在点夯过程中，收锤标准是最后两击的平均夯沉量要小于 7cm；强夯的总平均夯沉量达到 70 cm。
（二）施工要点
1．试夯
强夯施工前，应根据初步确定的强夯参数，在现场有代表性的场地上进行试夯，并通过测试，与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，以便最后确定工程采用的各项强夯参数。
2．场地平整
预先估计强夯后可能产生的平均地面变形，并以此确定夯前地面高程，然后用推土机平整，应认真查明强夯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。
3．施工监测
强夯施工除了严格遵照施工步骤进行外，还应有专人负责施工过程中的监测工作。
4．强夯振动
根据国内大量工程的实践，强夯所产生的振动，对一般建筑物来说，只要有一定的间隔距离，一般不会产生有害的影响。对振动有特殊要求的建筑物，或精密仪器设备等，当强夯振动有可能对其产生有害影响时，应采取防振或隔振措施。如设置宽度1m、深度超过被影响建筑物基础深度的隔振沟等。
5．信息化施工管理
为提高强夯法施工的质量，并保证处理后路基的均匀性，尽量应用信息化施工方法，这种施工管理方法，是在现场施工过程中进行一系列测试和检验，将实测结果，利用计算机进行信息处理，对路基处理效果作出定量评价，然后反馈回来修正原设计，这样再按新方案进行施工，信息化施工可使工程的安全性、经济性及高效率融为一体。
四、强夯法加固路基施工中的质量保证措施
（一）质量控制
1．开夯前用钢尺量的方法检查夯锤重和落距，以确保单击夯击能量符合要求。以每个夯点的夯击数作为强夯施工的控制标准，而每点夯击数以最后两击下沉量不大于 5cm为 准。
2．强夯施工中夯点放线错误情况常有发生。因此，在每遍夯击前，都对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正。
3．为保证加固质量，应严格控制放线精度和落锤位置，并在主夯、副夯前铺40cm厚的碎石垫层，以便均匀传递夯击能。
4．在施工过程中，要用水平仪检测每个夯击点的沉降量，而水平仪离夯击点较近，为确认夯击震动对水平仪的影响，特用全站仪对其进行了对比观测，经对比确认水平仪离夯击点 15m~20m 以外时，夯击震动对其影响很小，满足观测精度要求。
5．每遍夯点、夯击次数和落距要严格控制，杜绝发生降低夯能、少夯、漏夯等现象。
6．由于强夯施工的特殊性，施工中所采用的各项参数和施工步骤是否符合设计要求，在施工结束后往往很难进行检查，所以要求在施工中对各项参数和施工情况进行详细记录。
7．作好施工排水，特别是雨季，必须及时排除夯坑及夯击场地的积水。
8．因为强夯在路基施工中的应用还不很广泛，缺少实践经验，所以在试验段施工过程中，我们要求每个施工人员树立严谨的科学态度，详细记录，认真分析，总结经验，为大面积施工掌握第一手资料。
（二）检测控制
1．质量检验内容控制
强夯路基的质量检验，包括施工过程中的质量监测及夯后路基的质量检验，其中前者尤为重要。所以必须认真检查施工过程中的各项测试数据和施工记录，若不符合设计要求时，应补夯或采取其它有效措施。
2．质量检验时间控制
经强夯处理的路基，其强度是随着时间增长而逐步恢复和提高的，因此在强夯施工结束后应间隔一定时间方能对路基质量进行检验。其间隔时间可根据土的性质而定，时间越长，强度增长越高。对于碎石土和砂土路基，其间隔时间可取 1-2 周；低饱和度的粉土和粘性土路基，可取 2~4周。
3．质量检验数量控制
强夯路基质量检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定。考虑到场地土的不均匀性和测试方法可能出现的误差，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑物路基的检验点不应少于 3 处：对于复杂场地或重要建筑物路基，应增加检验点数。检验深度应不小于设计处理的深度。强夯法加固公路路基在实践中是基本可行的，特别是当路基填土是土、石混合时，采用强夯法进行加固，会取得更好的效果。另外，在桥台、涵洞、路肩挡土墙附近进行强夯时，应在紧邻台背处设置应力截断沟，以免强夯强大的冲击力对结构物造成损坏，而高速公路路基填方用强夯处理，应按要求的沉降标准进行设计，止夯条件也应按沉降控制。
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