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西南交通建设集团股份有限公司
摘要：强夯固结法，也称动力固结法，它是以8—12t的重锤，8～20m（最高达40m）落距，对土基进行强力夯击，利用冲击波和动应力，达到土基加固的目的。具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点。经强夯处理的地基，其承载力可提高2-5倍，压缩性降低2—10倍，适用于杂填土、砂类土、黏质土、泥炭和沼泽土等。本文将主要探讨强夯法在公路软土地基处理中的应用。
关键词：强夯法；公路工程；软土地基
强夯法由于在工程实践中具有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、施工期短、节约材料、施工文明和施工费用低等优点，很快就传播到世界各地，目前已有几十个国家数千项工程采用此法处理地基。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，均能取得较好的效果[1]。对于饱和度较高的黏性土，一般来说，强夯法处理效果不显著，尤其对于淤泥和淤泥质土地基，处理效果更差，应予慎用。近些年来，对这类土也有采用强夯法加袋装砂井或塑料排水带进行综合处理的，但其处理效果尚难肯定。
一、公路软土地基的特征
1.透水性差
软土、沼泽亲水性强而透水性弱（渗透系数为10～～10。era/s）且有明显的方向性。由于大部分软土及沼泽地层中都存在着带砂夹层，所以其渗透系数水平方向略大于垂直方向，软土与沼泽中的粘粒含量、有机质含量和液限越大，渗透系数就越低。因此，软土与沼泽的固结时间长。在加载初期，地基中孔隙水压力较高，影响地基强度。施工中表现为压实困难，且不便行车和施工作业。
2.压缩性高
软土及沼泽由于孔隙比大，土粒间连接结构不稳定，具有高压缩性的特点，且随液限的增加而增强，压缩系数一般在5.10×10-7～1.53×10-6 （Pa-1）。
3.抗剪强度低
软土与沼泽的抗剪强度很低，并与加载速度及排水固结有密切的关系，不排水剪切时，内摩擦角接近于零，内摩擦剪应力小于19.092 kPa；排水剪切时，抗剪强度随固结程度增加而增大。
4.触变性和蠕变性
软土与沼泽结构未被破坏前，具有一定的结构强度，但一经扰动，结构被破坏，强度迅速降低，但随静置历时的增长，其强度将逐渐恢复。软土的这种性质被称为触变性。触变性越大，表示强度降低越明显。
软土与沼泽在受载荷作用或载荷变化过程中，将发生连续持久而缓慢的变化，这种在剪应力作用下的剪切变形现象称为土的蠕变性。这种蠕变性实质上是软土与沼泽抗剪强度随时间增长而递减的性质，这种现象在工程上有很大的危害性。
5.软土路基的极限高度
在天然的软土、沼泽地基上，采用快速施工方法修筑路堤所能填筑的最大高度，称为极限高度（或临界高度）。当路堤高度超过此极限高度时，对路堤或地基必须采取加固处理措施，才能保证路堤的安全填筑和正常使用。否则，就可能使填土部分发生崩塌，坡脚外侧地基隆起等，造成工程的大范围返工。如果坡脚附近有房屋、水管或其他工程设施，也将受到严重的威胁，甚至破坏。极限高度的大小，取决于地基的特性（软土的性质和成层情况，硬壳的厚度和性质）及填料的性质等。通常为3～5 m左右。也可按稳定性分析的结果及工地填筑试验确定[2]。
二、软土地基处理要求
1.软土地段路基应提前安排施工。路堤完工后应留有沉降期，如设计未规定，则不应少于6个月，沉降期内不应在路堤上进行任何后续工程。
2.地基固结度应达到设计规定值。修筑路面结构之前，路基沉降应基本趋于稳定。
3.必须适时做好沉降监测。软土段填筑路堤要做好必要的沉降和稳定监测，并严格控制施工填料和加载速度。具体要求如下。①监测沉降板应安装在路中线上，纵向间距宜为200In，对于桥头引道路堤，应安装在路中线和两侧路肩边缘线上，第一块沉降板设在距桥台背10m处，其余宜每50m间隔设置。②路堤填筑过程中，填一层应进行一次监测，水平位移量每昼夜不宜超过0.5 cm，沉降量不大于1.5 cm，超过时即应暂停填筑。待沉降及位移量小于规定值后再继续施工。
4.软土地基处理应符合规范要求。各种软土地基处理方法的运用范围、施工规定及各种处治方法的质量检验方法与要求应符合现行公路软土地基路堤设计与施工相关技术规范的要求。
5.注意分层接茬处的处理。软土地基填筑路堤，分层及接茬宜做成錯台形状，台宽不宜少于2m。
三、强夯法在公路软土地基处理中的应用
（一）强夯横断面布置
强夯横断面布置应遵循以下几项原则：
1.夯击功最大程度作用于软土地层表面。这就要求夯击前分层铺没在软土地表上的材料层（直接接受夯击作用）尽可能薄些；
2.保证排水畅通。既保证由塑料排水板中汇集起来的水分排出，也保证由软土层表面直接进入渗水层的水分顺利排出[3]。
可以有两种布置方式：1）砂砾层在下，素土层在上（图1），开始被夯击挤入软土层的是砂砾。上层素土作为夯坑的填补材料，是路基底层的一部分，容易充分地得到压实。软土中的水分，容易进入砂砾层，容易排出。2）素土层在下，砂砾层在上（图2）。开始被夯击挤入软土层的是素土。软土层中的水分，一般都要用塑料排水板协助排出。夯击面。是砂砾层，素土不会产生液化状态。
图1素土层在上 图2素土层在下
（二）填充材料
夯击形成的坑洞，最好用砂砾或宕渣来填补。也可以用含水量小的素土来填补。
（三）夯击位置平面图式
梅花形布置为优，以求排水路径短、排水保障大的目的。
（四）排水设计
动静结合排水固结法的关键在于改善地基土的排水条件，为此可设置竖向和水平方向排水体。塑料排水板的布设可按静荷载作用下的设计方法来进行计算，间距一般取0.8～1.4m，常用1.0～1.2m。对于水平方向排水性能相对较好的粉质黏土，间距可适当加宽，如取1.6～1.8m。塑料排水板的深度应以穿透软土层为准，如果压缩层较厚也可计算确定。水平排水体通常由砂垫层、排水盲沟和集水井组成。砂垫层一般要求用透水性较好的中粗砂，厚度不宜小于50cm，集水井的作用是汇集排水并及时将水排到场区外[4]。
（五）动静结合排水强夯法的工艺
为保证软土层在动荷作用下不被过分扰动，宜采用“少击数多遍数”、“先轻后重”的施工程序。第一遍冲击采用较小的冲击能以保证软土层有较小的剪切变形，土体经受一次再固结过程，强度有所提高，然后再进行下一遍夯击，则孔压继续升高，而不致产生较大的剪切变形。现场施工经验表明，采用动静结合法加固软基时，第一遍夯击能可采用500 800kN·m，以后夯击能逐渐增加到1 500kN·m以上（夯点间距可取3.0m左右，梅花形布点）。对于需要填筑较厚填土的工程，第一遍夯击能可采用1000-l500kN·m，以后夯击能逐渐增加到3000kN·m以上，最后再以较小的能量（如500kN·m）满夯。显然，这一做法与一般强夯法不同。夯击时，单点击数是一个重要指标[5]。总的原则是，要以较少的冲击次数产生较大的孔隙水压力和较小的剪切变形。室内试验表明，孔隙水压力增长速率与残余变形增长速率是相互对应的，当冲击次数大于某一值时，孔压增长已十分缓慢而残余变形却有不休止的趋势。这是由于孔压升高、有效应力降低，土体强度有一定衰减的缘故。现场施工实践也表明，当夯击击数超过一定值时，土体不但不能压密，反而产生过大的侧向挤出，同时，孔隙水压力增量变小。由每击夯沉量的变化也可以看出，当超过这一值时，夯沉量增量不但没有减小反而变大[6]。
结论
强夯法虽然已在工程中得到广泛的应用，但有关强夯机理的研究，国内外至今尚未取得满意的结果。其主要原因是各类地基土的性质差别很大，难以建立适用于各类土的强夯加固理论，有必要按不同土类分别研究强夯机理及其相应的设计计算方法，本文通过对强夯法在公路软土地基处理中的应用进行分析，为公路软土地基处理提供一定的参考借鉴意义。
参考文献：
[1]秦斌. 关于公路施工中软土地基处理技术的探讨[J]. 科技创新与应用，2014，03：187.
[2]卢克超. 快速强夯法在元坝净化厂场平地基处理中的应用[J]. 石油化工设计，2014，01：25-27+2.
[3]李德胜. 强夯置换法在高速公路软土地基处理中的应用[J]. 交通标准化，2014，04：78-80.
摘要：强夯固结法，也称动力固结法，它是以8—12t的重锤，8～20m（最高达40m）落距，对土基进行强力夯击，利用冲击波和动应力，达到土基加固的目的。具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点。经强夯处理的地基，其承载力可提高2-5倍，压缩性降低2—10倍，适用于杂填土、砂类土、黏质土、泥炭和沼泽土等。本文将主要探讨强夯法在公路软土地基处理中的应用。
关键词：强夯法；公路工程；软土地基
强夯法由于在工程实践中具有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、施工期短、节约材料、施工文明和施工费用低等优点，很快就传播到世界各地，目前已有几十个国家数千项工程采用此法处理地基。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，均能取得较好的效果[1]。对于饱和度较高的黏性土，一般来说，强夯法处理效果不显著，尤其对于淤泥和淤泥质土地基，处理效果更差，应予慎用。近些年来，对这类土也有采用强夯法加袋装砂井或塑料排水带进行综合处理的，但其处理效果尚难肯定。
一、公路软土地基的特征
1.透水性差
软土、沼泽亲水性强而透水性弱（渗透系数为10～～10。era/s）且有明显的方向性。由于大部分软土及沼泽地层中都存在着带砂夹层，所以其渗透系数水平方向略大于垂直方向，软土与沼泽中的粘粒含量、有机质含量和液限越大，渗透系数就越低。因此，软土与沼泽的固结时间长。在加载初期，地基中孔隙水压力较高，影响地基强度。施工中表现为压实困难，且不便行车和施工作业。
2.压缩性高
软土及沼泽由于孔隙比大，土粒间连接结构不稳定，具有高压缩性的特点，且随液限的增加而增强，压缩系数一般在5.10×10-7～1.53×10-6 （Pa-1）。
3.抗剪强度低
软土与沼泽的抗剪强度很低，并与加载速度及排水固结有密切的关系，不排水剪切时，内摩擦角接近于零，内摩擦剪应力小于19.092 kPa；排水剪切时，抗剪强度随固结程度增加而增大。
4.触变性和蠕变性
软土与沼泽结构未被破坏前，具有一定的结构强度，但一经扰动，结构被破坏，强度迅速降低，但随静置历时的增长，其强度将逐渐恢复。软土的这种性质被称为触变性。触变性越大，表示强度降低越明显。
软土与沼泽在受载荷作用或载荷变化过程中，将发生连续持久而缓慢的变化，这种在剪应力作用下的剪切变形现象称为土的蠕变性。这种蠕变性实质上是软土与沼泽抗剪强度随时间增长而递减的性质，这种现象在工程上有很大的危害性。
5.软土路基的极限高度
在天然的软土、沼泽地基上，采用快速施工方法修筑路堤所能填筑的最大高度，称为极限高度（或临界高度）。当路堤高度超过此极限高度时，对路堤或地基必须采取加固处理措施，才能保证路堤的安全填筑和正常使用。否则，就可能使填土部分发生崩塌，坡脚外侧地基隆起等，造成工程的大范围返工。如果坡脚附近有房屋、水管或其他工程设施，也将受到严重的威胁，甚至破坏。极限高度的大小，取决于地基的特性（软土的性质和成层情况，硬壳的厚度和性质）及填料的性质等。通常为3～5 m左右。也可按稳定性分析的结果及工地填筑试验确定[2]。
二、软土地基处理要求
1.软土地段路基应提前安排施工。路堤完工后应留有沉降期，如设计未规定，则不应少于6个月，沉降期内不应在路堤上进行任何后续工程。
2.地基固结度应达到设计规定值。修筑路面结构之前，路基沉降应基本趋于稳定。
3.必须适时做好沉降监测。软土段填筑路堤要做好必要的沉降和稳定监测，并严格控制施工填料和加载速度。具体要求如下。①监测沉降板应安装在路中线上，纵向间距宜为200In，对于桥头引道路堤，应安装在路中线和两侧路肩边缘线上，第一块沉降板设在距桥台背10m处，其余宜每50m间隔设置。②路堤填筑过程中，填一层应进行一次监测，水平位移量每昼夜不宜超过0.5 cm，沉降量不大于1.5 cm，超过时即应暂停填筑。待沉降及位移量小于规定值后再继续施工。
4.软土地基处理应符合规范要求。各种软土地基处理方法的运用范围、施工规定及各种处治方法的质量检验方法与要求应符合现行公路软土地基路堤设计与施工相关技术规范的要求。
5.注意分层接茬处的处理。软土地基填筑路堤，分层及接茬宜做成錯台形状，台宽不宜少于2m。
三、强夯法在公路软土地基处理中的应用
（一）强夯横断面布置
强夯横断面布置应遵循以下几项原则：
1.夯击功最大程度作用于软土地层表面。这就要求夯击前分层铺没在软土地表上的材料层（直接接受夯击作用）尽可能薄些；
2.保证排水畅通。既保证由塑料排水板中汇集起来的水分排出，也保证由软土层表面直接进入渗水层的水分顺利排出[3]。
可以有两种布置方式：1）砂砾层在下，素土层在上（图1），开始被夯击挤入软土层的是砂砾。上层素土作为夯坑的填补材料，是路基底层的一部分，容易充分地得到压实。软土中的水分，容易进入砂砾层，容易排出。2）素土层在下，砂砾层在上（图2）。开始被夯击挤入软土层的是素土。软土层中的水分，一般都要用塑料排水板协助排出。夯击面。是砂砾层，素土不会产生液化状态。
图1素土层在上 图2素土层在下
（二）填充材料
夯击形成的坑洞，最好用砂砾或宕渣来填补。也可以用含水量小的素土来填补。
（三）夯击位置平面图式
梅花形布置为优，以求排水路径短、排水保障大的目的。
（四）排水设计
动静结合排水固结法的关键在于改善地基土的排水条件，为此可设置竖向和水平方向排水体。塑料排水板的布设可按静荷载作用下的设计方法来进行计算，间距一般取0.8～1.4m，常用1.0～1.2m。对于水平方向排水性能相对较好的粉质黏土，间距可适当加宽，如取1.6～1.8m。塑料排水板的深度应以穿透软土层为准，如果压缩层较厚也可计算确定。水平排水体通常由砂垫层、排水盲沟和集水井组成。砂垫层一般要求用透水性较好的中粗砂，厚度不宜小于50cm，集水井的作用是汇集排水并及时将水排到场区外[4]。
（五）动静结合排水强夯法的工艺
为保证软土层在动荷作用下不被过分扰动，宜采用“少击数多遍数”、“先轻后重”的施工程序。第一遍冲击采用较小的冲击能以保证软土层有较小的剪切变形，土体经受一次再固结过程，强度有所提高，然后再进行下一遍夯击，则孔压继续升高，而不致产生较大的剪切变形。现场施工经验表明，采用动静结合法加固软基时，第一遍夯击能可采用500 800kN·m，以后夯击能逐渐增加到1 500kN·m以上（夯点间距可取3.0m左右，梅花形布点）。对于需要填筑较厚填土的工程，第一遍夯击能可采用1000-l500kN·m，以后夯击能逐渐增加到3000kN·m以上，最后再以较小的能量（如500kN·m）满夯。显然，这一做法与一般强夯法不同。夯击时，单点击数是一个重要指标[5]。总的原则是，要以较少的冲击次数产生较大的孔隙水压力和较小的剪切变形。室内试验表明，孔隙水压力增长速率与残余变形增长速率是相互对应的，当冲击次数大于某一值时，孔压增长已十分缓慢而残余变形却有不休止的趋势。这是由于孔压升高、有效应力降低，土体强度有一定衰减的缘故。现场施工实践也表明，当夯击击数超过一定值时，土体不但不能压密，反而产生过大的侧向挤出，同时，孔隙水压力增量变小。由每击夯沉量的变化也可以看出，当超过这一值时，夯沉量增量不但没有减小反而变大[6]。
结论
强夯法虽然已在工程中得到广泛的应用，但有关强夯机理的研究，国内外至今尚未取得满意的结果。其主要原因是各类地基土的性质差别很大，难以建立适用于各类土的强夯加固理论，有必要按不同土类分别研究强夯机理及其相应的设计计算方法，本文通过对强夯法在公路软土地基处理中的应用进行分析，为公路软土地基处理提供一定的参考借鉴意义。
参考文献：
[1]秦斌. 关于公路施工中软土地基处理技术的探讨[J]. 科技创新与应用，2014，03：187.
[2]卢克超. 快速强夯法在元坝净化厂场平地基处理中的应用[J]. 石油化工设计，2014，01：25-27+2.
[3]李德胜. 强夯置换法在高速公路软土地基处理中的应用[J]. 交通标准化，2014，04：78-80.