强夯法加固旧路基施工技术研究

　　摘要：利用现有旧路，对其进行加宽加铺改造，可提高其道路等级或改善道路服务功能，从而改善现有道路路网结构，使其具有更高的技术经济价值。本从结合具体工程从强夯参数的确定、强夯施工注意事项两个方面介绍了强夯法加固旧路基技术。
　　1引言
　　路基是整个公路构造的重要组成部分．路基承受由路面传来的行车荷载以及路基本身及路面的重力，均可能使路基产生各种变形，直接导致路面的破坏。路基的强度和稳定性，是保证路面强度和稳定性的基本条件．对原有高速公路进行加宽以及将低等级的道路改建成高速公路，旧路基的利用问题则是关键的技术问题。通过强夯可以加快新地基的固结速度，提高老路基的压实度，从而避免新老路基的不均匀沉降．因此强夯法成为旧路改造过程中一种切实可行的方法[1,2]。
　　2强夯法原理
　　众所周知，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。土体的压缩主要是由于土中气体的压缩和土中水的排出导致的，土颗粒本身的变形可以忽略不计。土体的强度受到颗粒间的有效接触应力的控制，并随有效应力的增大而增大．土体中孔隙体积愈小，亦即土中水和气体所占体积愈小，土体的压缩性愈小，强度愈大。因此，对土体进行强夯处理的目的可归结为减小土体中气体和水所占体积。夯击加固土体的方法就是通过施加外力使士中孔隙体积减小，土颗粒间更加靠近。对于土体中气体来讲，较容易在压力作用下压缩或从孔隙通道排出；只有封闭的微气泡不易压缩，但所占体积相对较小。对于土体中水来讲，其本身的压缩性可忽略不计，只有畅通的排水通道才有可能使其排出，只有受到外界施加的压力才能摆脱重力、毛细作用力以及土颗粒表面分子引力的约束作用而被排出。因此，足够大的外加压力和较为畅通的排水通道是土体被夯击压实的充分条件。这也表明，非饱和土体较之饱和土体更容易被压实，粗粒土较之细粒土更容易被压实。
　　强夯法对路基土的加固作用概括为如下几方面：
　　(1)压实作用。巨大的强夯冲击能不仅使土中空气所占体积被压缩，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，气体逐渐被压缩；土颗粒表面的结合水膜被扰动，使其摆脱分子引力的约束。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。因此，土体得以排水固结。
　　(4)土体触变的恢复过程。强夯期间，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。同时土体中结合水部分地转化为自由水。在孔隙水压力逐渐消散的同时，土颗粒间进一步靠近以及新的结合水膜逐渐形成，抗剪强度和变形模量随之恢复和增加[3]。
　　3工程概况
　　黄黄高速公路为国家重点公路沪蓉西重要组成部分，是湖北省境内的重要路段。黄黄高速的线位大部分与老的黄黄汽车专用线重合。黄黄汽车专用线始建于八十年代末期，当时修建标准为二级汽车专用公路，路基宽度为18米，高度一般在1-6米。老路堤的土质复杂，且受当时规范和施工条件的影响，该路边坡压实不充分，边缘不稳定，高填土路段基底压实不足，有沉陷，特别是黄冈路段的主要压实机械为链轨车，且路堤修筑时间仅为一个月，压实度很难保证。深层取芯结果证实，路堤土的压实度绝大部分在80％以下。原设计方案是将老路堤全部清除后重新填筑碾压形成新路堤。这一方案尽管可有效保证路堤的施工质量，但却会形成对旧路资源浪费和新的土地资源的侵占，并且会增加路堤土石方工程量，延长工期，增加工程造价。威乳高速公路的建设可否利用老路堤，如何利用老路堤，成为该工程关键的技术问题之一。
　　4强夯参数确定
　　强夯参数包括单次夯击能、夯击数、夯点间距及两次夯击之间的时间差等。试夯前我们将对其中的部分关键参数进行研究并初步拟定。
　　在新地基上进行试验，对地基中产生的超静孔隙水压力和动土压力进行了研究，通过分析试验数据得到了强夯的一些关键参数。强夯过程中会引起超静孔隙水压力，对超静孔隙水压力进行研究，对指导强夯施工具有重要意义．为研究强夯引起的超静孔隙水压力的瞬态长消规律，试验中使用了三个动态水压力传感器；为研究强夯后超静孔隙水压力的长时消散规律，试验中使用了两个静态水压力传感器。
　　我们在对水位较高的地基进行强夯时，击数控制在4击左右，并且点夯与铺底夯间隔时间最少为两天。这样做既能满足要求，并有一定的安全储备，又不至于浪费能量。
　　在强夯法施工，我们一般借助于Menard公式确定夯击的有效处理深度，这里我们在已知锤重的情形下借助于此公式反推夯锤起吊高度[4]。
　　  (1)
　　式中：h为加固深度，即需加固的路堤高度；MH为夯击能；α为系数，其确定是最难的，它与土的力学参数有关。
　　由式(1)可得夯击能为：
　　  (2)
　　试验段处的旧路堤高度约为4米，而α一般在0.38～1.0范围内，由此可知MH在16-110之间变化。为保守起见，试夯中取MH=100t•m。另外，试夯中所用夯锤重量为l0t，于是可得夯锤的起吊高度为10m。
　　夯击击数也是一个很重要的强夯参数，目前还没有确定路堤加固次数的经验公式和理论解。但是，对一些地基强夯工程实例的统计结果表明：一般加固l0米深度范围内的非饱和地基土夯击次数大于5时己达到80％以上的加固程度(即在给定的单击功能下完成夯沉量的80％以上)；夯击次数大于10时已基本达到较理想的加固程度。在此初步拟定路堤点夯次数为8、l0、12击，对它们分别进行试验。
　　5强夯施工的注意事项
　　试夯结果表明，强夯法是一种非常适用于旧路改造的经济、快捷、有效的方法。但在具体实施时。有些环节需要特别重视，否则会起到负面影响。在试夯过程中，我们得到了～些教训，同时积累了丰富的经验。下面简单论述一下，希望能为以后的强夯施工提供借鉴和帮助。
　　1.强夯后，为防止降雨，要及时将夯坑推平。一般情况下，即使经过推土机整平，也不可避免的会产生一些坑洼地带，这将导致下雨后雨水不能立即派走，路面易形成积水地带。特别是表层的虚土大量吸水饱和，形成海绵效应，造成路堤内含水量过高，影响后续施工及路堤质量。因此，强夯法施工应提前规划好施工季节，尽量避开雨季，如确因工期等因素的影响非施工不可，要采取相应的措施，如：根据天气预报，及时掌握天气情况，降雨时间及强度。根据现场情况及时、精心调度和安排施工计划；雨季强夯施工，宜分区块施工；强夯完成后，用推土机将强夯区域推出一定的排水坡度，同时挖排水沟和集水井，集水井应低于排水沟并设潜水泵，下雨时应及时抽排水；满夯并平整场地后，应禁止轮式车辆碾压。防止因车辆反复碾压产生“橡皮土”，当局部出现“橡皮土”时可将其挖除，换填干土或砂石料补夯，当“橡皮土”较薄且面积较大时，可用推土机的松土器将地表层翻松、凉晒后补夯，当“橡皮土”较厚且面积较大时，可用生石灰进行处理。
　　2、由于强夯施工机械一般大且笨重，它的爬坡能力很差，而强夯处理的高速公路路段一般为高填方，如果夯机频繁的爬上爬下，将延误工期，并易出现安全事故。因此应做好施工组织管理，尽量使一台夯机在同一路段内作业，以减少夯机爬坡次数。
　　3、强夯法施工中，夯锤在瞬间给路面以强大的冲击力，此冲击力在地基和路堤内以波的形式向外传播。不断传来的应力波会对已施工完毕的道路构造物(如桥涵)造成损害，有时也会对一定距离内的人员、建筑物、设备等造成损害。所以，强夯施工前应首先考察周围情形，务必使强夯点在建筑物和人员的安全距离之外，必要时挖防震沟。同时在夯锤落地的瞬间会溅起土石或泥浆，所以在施工时应加强安全措施，确保行人和居民的人身安全和财产安全。
　　4、当靠近松铺路堤边坡进行强夯作业时，重达几十吨的夯机极易引起边坡失稳，从而酿成翻车事故。为了既避免这种事故发生，有保证路堤压实度满足规范要求，应将路堤向外超填至少两米。而且严禁在雨后对路堤边坡进行强夯，因为此时路堤土体潮湿，抗滑稳定性差。
　　6结语
　　通过原位试验测得老路堤的原始参数，然后在施工现场开展试验段施工，最后科学合理的提出新地基、老路堤和新地底的强夯施工参数，并且对强夯施工现场的安全距离作了测试和分析。这对以后的类似的施工具有积极的借鉴意义。
　　
　　
　　参考文献
　　[1]冯洪波.强夯技术在旧路基利用中的工程技术研究[D].山东大学硕士论文，2007.
　　[2]谭永乐.高速公路路基强夯技术施工质量控制指标的研究[D].山东大学硕士论文，2007.
　　[3]吕国仁.旧路基拓宽改建沉降开裂机理及强夯工艺研究[D].同济大学硕士论文，2008.
　　[4]任赟.高等级公路拓宽中新旧路基处治技术及施工工艺控制[J].交通标准化：2009(5)：62-65.