浅谈公路路基强夯前的试夯工作

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　　摘要：介绍公路路基强夯前试夯的准备工作及如何确定强夯效果是否达到设计要求。
　　关键词：强夯 沉降量 夯击 关系曲线 试夯
　　强夯法即强力夯实法，又称动力固结法。是利用大型履带式起重机将8-40吨的重锤从6-40米高度自由落下，对土进行强力夯实。强夯法不仅能提高地基的强度，降低其压缩性，而且还能改善其抵抗液化的能力和消除黄土的湿陷性。 目前，应用强夯法处理的工程范围是很广的，有工业与民用建筑，仓库，油罐，储仓，公路，铁路路基，飞机场跑道，码头堆场等。工程实践表明，强夯法具有施工简单，加固效果好，使用经济等优点，不仅可以在陆地施工，也可在水下夯实，其缺点是施工时的噪音和振动较大，因而不宜在人口密集的居住区域使用。
　　强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土的特点广泛适用于公路路基软基的处理。近年来，路基强夯技术在逐渐推广使用，并且取得了一定的效果。路基强夯分为主夯、副夯和满夯三个阶段，是改变深层土体结构的动力方法，其原理是：将很重的锤(一般为10-20T)起吊到一定的高度(一般应大于10m小于15m，个别情况最大高度可达20m)，后自由落下，使其很大的势能转变成冲击能即势能，按下式计算E=m×h(t•m)，W=E×10KNm，其中E-势能，m-锤质量(t)，h-自由落体提升高度(m)。这种势能转换为冲击能，同时产生巨大的冲击波和冲击力。如此反复冲击地面，使深层土的结构产生裂隙，使结构破坏，孔隙变小，水份从孔道被强行挤压出去，减少压实土的含水量，增加土的密度，达到处理软基的目的。本文主要是根据工作实践阐述一下路基强夯前的试夯准备工作及如何确定试夯的效果是否达到设计要求。
　　一、 工程概况
　　本工程位于山东滨州至德州（鲁冀界）高速公路第八合同段，路线所经区域处于鲁西北黄泛平原，第四系冲积物以亚砂土、亚粘土夹粉细砂为主，多层结构居多，上层多为粘性土及粉性土。根据《公路路基设计规范》中“桥台与路堤相邻处工后沉降量小于10cm”的标准计算，认为其不能满足规范要求。设计中要求对桥头地基采用强夯处理。处理范围：路基填土高度小于5m,处理桥头30 m长路段；填土高度大于5 m小于7 m，处理桥头40 m长路段；路基填土高度大于7 m，处理桥头50 m长路段。本强夯工程试夯选在K87+729通道1#台背处，桥头平均填土高度4.73米，强夯施工长度为台后30米。处理宽度为两侧护坡道边缘之内，平均宽度44.19米。强夯总面积为1326平方米。经现场挖坑测量地下水位深度K87+650左20米为3.65米和右19米处为3.75米。
　　二、机械仪器配备
　　主要机械仪器配备情况
　　
　　序号 设备名称 型号/产地 数量（台） 功率（KW） 合计
　　1 履带式起重机 32T抚顺 1 150 1
　　2 夯锤 11.44T 1 1
　　3 推土机 山推160 1 320 1
　　4 全站仪 PENTAX R-325日本 1 1
　　5 水准仪 PENTAX AP-128日本 1 1
　　设计锤重100KN，锤底直径2.25m的圆形铸铁锤，强夯单击夯击能1500KN.m。强夯夯点采用正方型布置，夯点间距6m。根据图纸设计要求在试夯段采用锤底直径2.25m的圆形铸铁锤，带4个排气孔。锤重114.4KN，经计算落距为13.1m。以上设备完全满足设计要求。
　　
　　三、强夯前试夯目的
　　按照业主及总监处批复的新工艺下的强夯试验方案，选择K87+734-K87+764段（即K87+729通道1#台背处）作为新工艺下的路基强夯试验段。施工中做好现场测试和记录，基本测试项目包括夯点沉降量，冲击振动的影响范围和夯击次数，通过试夯，确定合理的强夯参数和工艺，为以后施工提供技术指导。
　　四、技术标准
　　
　　1、夯击标准：夯击参数按下表
　　夯点 夯击能
　　（KN•m） 单点击数（击） 布点形 式 夯点间距（m） 夯锤落距
　　（m） 后二击平均夯沉量
　　（cm）
　　主点夯 1500 ≥8 正方形 6×6 13.11 <8
　　次点夯 1500 ≥8 正方形 6×6 13.11 <8
　　满夯 800 2 搭接 压1/4锤径 6.99
　　2、止夯条件
　　一般情况下，应达到合同文件的规定要求。达不到时在保证加固效果的基础上，经监理工程师批准，可根据现场试夯结果，在单点夯击数不小于8击的情况下，止夯条件调整为满足下列条件之一：
　　① 同一夯位最后两击的平均夯沉量小于8cm。
　　②夯坑沉降量大于1.5m；
　　3、对于地下水位较高路段（埋深小于3.5m），应对施工区采用井点降水，水位应低于3.5m并以能满足强夯施工正常进行为准；夯后地基承载力不小于220kpa.
　　六、试夯施工过程
　　机械、检测设备及人员全部到位后，试夯工作开始。
　　以施工控制桩为依据，测放需整平的边界桩及试夯区界桩，用白灰洒出夯位轮廓线。推土机到强夯地段将场地推平，平整的场地比设计稍大。（设计边线出去两米以上）。场地清理平整后测量人员将第一遍夯点位置放样后用白灰标出。测量夯前地表的标高作好记录工作。并在强夯范围外设置坐标控制网点基桩，同时在其周围合理布置水准点作为控制高程、路基沉降的依据。强夯夯点采用正方形布置，夯点间距为6米。复核完毕后，请监理工程师进行验收。
　　(1)第一遍夯击
　　夯机就位，调整夯锤中心对准夯点，提升脱钩器，标定落距并锁定脱钩器钢丝绳长度。第一遍夯点共35个点，架设水准仪，测量锤顶高程并记录。锤顶标记四处用于测立水准尺，以4次测量值的平均值为锤顶高程。提升夯锤完成第一击，测量锤顶高程，计算第一击的沉降量。重复以上步骤，准确记录强夯现场施工记录表。现场强夯地面没有发生过大的隆起现象。
　　
　　
　　
　　单点夯击数按现场试夯得到的夯击次数和平均夯沉量关系曲线（图1）确定。
　　
　　第一击（cm） 第二击（cm） 第三击（cm） 第四击（cm） 第五击（cm） 第六击（cm） 第七击（cm） 第八击（cm）
　　17.7 13 9.4 7.7 6.7 6.7 6.6 5.1
　　表1 第一遍夯点平均沉降量与夯击次数关系表
　　
　　（2）第二遍夯击
　　在通过监理工程师确认后，间歇二天后，进行第二遍夯击施工夯点的布置，共计夯点35个。现场强夯地面没有发生过大的隆起现象。
　　
　　表2 第二遍夯点平均沉降量与夯击次数关系表
　　
　　第一击（cm） 第二击（cm） 第三击（cm） 第四击（cm） 第五击（cm） 第六击（cm） 第七击（cm） 第八击（cm）
　　18.2 13.2 9.5 8.0 7.0 6.6 5.0 4.9
　　第二遍单点夯击数按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线（图2）
　　
　　（3）满夯
　　满夯在第二遍夯击完成之后2天进行，采用低能量满拍两遍，夯击能为800KN.m,夯锤落距控制在6.99m，锤印彼此搭接。
　　（4）强夯后的地面用推土机整修为横坡不小于3%的路拱，并做了相应的检测试验。
　　夯前、第一遍夯击、第二遍夯击及满夯后分别做了地基承载力、含水率、密度、液塑限试验，见表3。
　　表3 夯前、第一遍夯击、第二遍夯击及满夯后的地基承载力、含水率、密度、液塑限表
　　名称 夯前 第一遍夯击后 第二遍夯击后 满夯后
　　地基承载力

　　(kpa) 1 320 340 360 460
　　 2 340 360 360 460
　　 3 320 340 360 500
　　 4 320 340 390 460
　　 5 340 360 360 500
　　 6 320 340 390 460
　　 7 320 360 360 460
　　 8 340 360 360 460
　　含水率（%） 14.1 13.1 12.3 11.6
　　密度(g/cm3) 1.74 1.79 1.82 1.85
　　液限wl(%) 25.6 36.8 33.4 34.6
　　塑限 wp(%) 15.3 21.3 18.8 19.4
　　七、试夯结论
　　第一遍夯击、第二遍夯击及满夯后整平场地并测量高程，经测量，主夯后平均沉降量为14.6cm，次夯后再次沉降6.5cm，满夯后再次沉降11.5cm，共沉降32.6cm。从夯前、第一遍夯击、第二遍夯击及满夯后的地基承载力检测结果及沉降量可以看出强夯效果明显，达到加固地基的目的。
　　主夯、次夯及满夯的间隔时间均为两天，从含水量检测结果可以发现孔隙水消散充分。
　　从第一遍和第二遍强夯结果来看，所有夯点在夯击8击的情况下，最后两击的平均夯沉量均能小于8cm，满足要求。此次试夯工作成功完成。
　　表1 碾压遍数与实测高程对照表
　　碾压
　　遍数 桩
　　号 左16m（mm） 左8m（mm） 中桩（mm） 右8m（mm） 右16m（mm）
　　 压
　　实
　　前 压
　　实
　　后 沉
　　降
　　量 压
　　实
　　前 压
　　实
　　后 沉
　　降
　　量 压
　　实
　　前 压
　　实
　　后 沉
　　降
　　量 压
　　实
　　前 压
　　实
　　后 沉
　　降
　　量 压
　　实
　　前 压
　　实
　　后 沉
　　降
　　量
　　5 K89+760 14777 14770 7 14827 14769 58 14796 14758 38 14799 14771 28 14795 14684 111
　　 K89+750 14774 14744 30 14792 14684 108 14822 14797 25 14795 14720 75 14732 14679 53
　　 K89+740 14757 14707 50 14789 14740 49 14822 14794 28 14795 14707 88 14789 14759 30
　　 K89+730 14745 14656 89 14734 14644 90 14768 14710 58 14784 14746 38 14695 14574 121
　　 K89+720 14766 14704 62 14815 14724 91 14727 14657 70 14682 14636 46 14672 14554 118
　　 K89+710 14763 14716 47 14783 14761 22 14741 14694 47 14665 14617 48 14602 14504 98
　　 K89+700 14727 14687 40 14712 14689 23 14702 14699 3 14705 14664 41 14685 14604 81
　　 K89+690 14652 14599 53 14662 14591 71 14666 14639 27 14692 14650 42 14705 14624 81
　　10 K89+760 14777 14726 51 14827 14755 72 14796 14731 65 14799 14699 100 14795 14685 110
　　 K89+750 14774 14714 60 14792 14721 71 14822 14739 83 14795 14734 61 14732 14659 73
　　 K89+740 14757 14689 68 14789 14733 56 14822 14754 68 14795 14714 81 14789 14699 90
　　 K89+730 14745 14656 89 14734 14641 93 14768 14705 63 14784 14704 80 14695 14605 90
　　 K89+720 14766 14693 73 14815 14684 131 14727 14667 60 14682 14615 67 14672 14545 127
　　 K89+710 14763 14719 44 14783 14719 64 14741 14674 67 14665 14574 91 14602 14494 108
　　 K89+700 14727 14664 63 14712 14674 38 14702 14626 76 14705 14639 66 14685 14604 81
　　 K89+690 14652 14619 33 14662 14579 83 14666 14594 72 14692 14595 97 14705 14584 121
　　12 K89+760 14777 14714 63 14827 14754 73 14796 14736 60 14799 14652 147 14795 14658 137
　　 K89+750 14774 14689 85 14792 14729 63 14822 14738 84 14795 14713 82 14732 14676 56
　　 K89+740 14757 14663 94 14789 14719 70 14822 14767 55 14795 14685 110 14789 14669 120
　　 K89+730 14745 14653 92 14734 14624 110 14768 14698 70 14784 14678 106 14695 14588 107
　　 K89+720 14766 14698 68 14815 14688 127 14727 14676 51 14682 14598 84 14672 14519 153
　　 K89+710 14763 14730 33 14783 14710 73 14741 14664 77 14665 14586 79 14602 14478 124
　　 K89+700 14727 14680 47 14712 14670 42 14702 14639 63 14705 14620 85 14685 14578 107
　　 K89+690 14652 14633 19 14662 14591 71 14666 14593 73 14692 14619 73 14705 14580 125
　　14 K89+760 14777 14707 70 14827 14744 83 14796 14722 74 14799 14649 150 14795 14649 146
　　 K89+750 14774 14684 90 14792 14715 77 14822 14729 93 14795 14709 86 14732 14664 68
　　 K89+740 14757 14655 ## 14789 14715 74 14822 14756 66 14795 14680 115 14789 14659 130

　　 K89+730 14745 14644 ## 14734 14619 115 14768 14682 86 14784 14671 113 14695 14579 116
　　 K89+720 14766 14693 73 14815 14679 136 14727 14656 71 14682 14588 94 14672 14507 165
　　 K89+710 14763 14715 48 14783 14706 77 14741 14659 82 14665 14572 93 14602 14472 130
　　 K89+700 14727 14655 72 14712 14659 53 14702 14624 78 14705 14619 86 14685 14569 116
　　 K89+690 14652 14619 33 14662 14574 88 14666 14589 77 14692 14609 83 14705 14576 129
　　16 K89+760 14777 14702 75 14827 14741 86 14796 14713 83 14799 14645 154 14795 14639 156
　　 K89+750 14774 14681 93 14792 14693 99 14822 14716 ## 14795 14709 86 14732 14653 79
　　 K89+740 14757 14651 ## 14789 14704 85 14822 14745 77 14795 14678 117 14789 14649 140
　　 K89+730 14745 14634 ## 14734 14615 119 14768 14680 88 14784 14669 115 14695 14573 122
　　 K89+720 14766 14690 76 14815 14673 142 14727 14646 81 14682 14581 101 14672 14506 166
　　 K89+710 14763 14710 53 14783 14701 82 14741 14647 94 14665 14569 96 14602 14468 134
　　 K89+700 14727 14651 76 14712 14649 63 14702 14620 82 14705 14617 88 14685 14562 123
　　 K89+690 14652 14617 35 14662 14569 93 14666 14588 78 14692 14609 83 14705 14574 131
　　20 K89+760 14777 14682 95 14827 14739 88 14796 14719 77 14799 14649 150 14795 14655 140
　　 K89+750 14774 14664 ## 14792 14709 83 14822 14707 ## 14795 14674 121 14732 14639 93
　　 K89+740 14757 14641 ## 14789 14703 86 14822 14747 75 14795 14671 124 14789 14665 124
　　 K89+730 14745 14631 ## 14734 14624 110 14768 14677 91 14784 14659 125 14695 14542 153
　　 K89+720 14766 14656 ## 14815 14679 136 14727 14653 74 14682 14572 110 14672 14469 203
　　 K89+710 14763 14649 ## 14783 14678 105 14741 14656 85 14665 14539 126 14602 14436 166
　　 K89+700 14727 14601 ## 14712 14634 78 14702 14619 83 14705 14595 110 14685 14557 128
　　 K89+690 14652 14599 53 14662 14569 93 14666 14583 83 14692 14583 109 14705 14576 129
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　参考书目：《公路路基施工技术规范》 人民交通出版社
　　
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