浅谈市政道路施工中强夯法的运用

　　摘要：在市政道路施工过程中，经常会遇到用强夯法对土层地基进行夯实加固。强夯法是以强冲击波冲击地基，以破坏土层天然结构，达到固结的目的。强夯法目前已在多个国家获得普及和认可，被证实是固结地基最有效的方法之一。本文通过分析强夯法的加固机理以及优缺点分析，对强夯法在市政道路施工中的重要作用进一步论证，并着重探讨分析强夯法在市政道路施工过程中的具体运用过程，以达到明确强夯法实际工作原理和过程的目的。
　　关键词：市政；道路施工；强夯法；运用
　　
　　1强夯法的概念
　　强夯法是指通过将重锤的重力势能转化为动能，使地基土层能够通过短时间作用和瞬时强大动力和冲击波迅速固结，以达到夯实地基，提高地基承载力目的的一种方法。通常也可称为动力固结法。这种方法经常用于对砂性土、湿陷性黄土和非饱和粘性土的夯实中，是市政道路施工阶段中夯实地基的主要方法。
　　2强夯法的加固机理
　　2.1动力密实原理
　　土层路基在强夯法的强大作用下，土层结构会产生压缩变形，进而使土体更加密实，对路面的承载力度也得到增强。土层部分变形具体过程如下：
　　2.1.1在重锤的强大作用下，土层路基中的土粒接触点将会发生弹性形变和塑性形变。土粒之间的接触面积不断得到加大，而它们之间的圆心距不断缩小，这就使得土层呈密集趋势。
　　2.1.2在土层地基中，无法保证每颗土粒都是均匀呈现圆或椭圆形的，片状颗粒不可避免的存在。那么此时，经过强夯法的作用，这些片状土粒便会变弯，附近土粒便会产生相对位移。
　　2.1.3当土粒接触处时，土层颗粒将会产生相对运动。
　　2.2动力固结原理
　　强夯法机理中的动力固结原理是最早被接受的，这种原理目的是实现强夯法对土层地基中的饱和细小颗粒的处理。已经在多个工程实践中实现了价值意义，并取得了不错的经济效益和技术效果。动力加固原理在于有其自身的独立作用系统。具体作用程序如下：
　　2.2.1饱和土发生压缩变化
　　虽然对于土层地基中的饱和细颗粒土，由于其渗透性特别低，导致当对地基进行夯实时，饱和细颗粒土在外界瞬时荷载作用下，细颗粒土之间的孔隙水不能得到迅速排出，但是在动力固结原理中采用的是利用土层中有机物的分解，在夯实地基过程中，土层中的以微气泡形式存在的气体体积被压缩，并迅速产生变形。在外界瞬时强作用力下，部分地基土还存在较强的拉应力，从而不发生变形，只是形成树枝裂缝排水网络结构，使得孔隙中的水能够顺利迅速排除，土层粒子之间距离更加紧密，承载能力也更强。
　　2.2.2土层地基发生局部液化
　　在强夯过程中，开始阶段，在重复夯实作用下，地基土中的气体逐渐受到外界冲击力而产生压缩，土层地基孔隙水压力增长值不断增加，当达到一定程度时，即孔隙水压力与覆盖压力相等时，地基土便会发生液化，这是孔隙水压力达到最强。随着强夯时间的延长，土层地基孔隙水压力增长值不断降低，而其强度增长值不断增强，最终达到最佳状态。需要提及的是，对于地基土而言，液化只发生在土体的局部范围内。
　　2.2.3土层渗透性发生变化
　　在外界强大冲击下，当土层地基中的超孔隙水压力增加到一定程度时，即作用力大于颗粒土的侧向压力的时候，孔隙水会随着排水网络系统的形成，随着排水通道顺利排出。当孔隙水压力降低到一定程度，即作用力小于颗粒土的侧向压力的时候，之前形成的孔隙裂缝将会自行闭合，土层地基中的水的运动同时得到恢复原状态的机会。
　　2.2.4土层触变恢复
　　经过外界持续不断的强夯作用，地基中的土层部分强度不断降低，当到达最低值时，即土体液化或接近液化时，地基土层便会产生裂缝，同时地基土层中的吸附水部分变为自由水，将会随着裂隙流出。当孔隙水压力降低到一定程度甚至消失时，地基土层的抗压性和变形模量都得到有效提升，原因就在于土层粒子紧密接触的同时，地基土的新吸附水层已经逐渐固定。
　　2.3动力置换原理
　　根据动力置换的作用部分的不同可以将其划分为整式置换和桩式置换。不言而喻，整式置换就跟换土垫层相似，利用强夯的重大力量将碎石整体压入淤泥之中。而桩式置换法则是指通过强夯作用将碎石整体压入土体之中，并将一些碎石桩子间隔地夯进软土之中，从而形成碎石桩和碎石墩。其作用机理是通过碎石之间的摩擦角对桩间土的作用以维持状体平衡的状体。
　　3强夯法的优点及缺点
　　在道路施工过程中，强夯法已经得到普及，原因在于这种方法能够避免施工阶段经常出现的一些问题。其具体优点如下：
　　3.1强夯法的设备简单、施工方便，还能节省材料，能够降低人力、物力投入，具有相当的经济实用性。
　　3.2在对路基进行路面填充时，对填料粒径没有细致要求，使材料更易获得，同时降低成本。
　　3.3强夯法的实施能够有效减少施工时间，效果显著，增强效益。
　　3.4在高填方中，强夯法能够夯实路基，是路基填料与原地面之间更能紧密结合，降低了以后路面塌陷的可能性。强夯法不仅存在着上述优点，同时不可避免的也存在着一定的缺点，例如：由于地基土层中含有部分含有较高含水量的软弱夹层，致使夯击力度不能得到有效传递，影响强夯法的加固效果。
　　4影响强夯法的因素分析
　　4.1重锤落距
　　重锤越重，重锤落距越大时，强夯法的单击能量越强大，夯击次数也会随之减少，夯击作用越明显。因此，在夯击设计中，要根据不同土体之间的差别和所要加固的深度，确定夯击的单夯击能。然后根据具体条件选择合适的重锤和落距。
　　4.2夯击点布置及间距
　　在强夯法实际应用中，一般将夯击点布置为三角形或正方形。对于夯击点之间的间距，通常根据土层地基的性质和目标深度进行确定。夯击点间距在第一次作用时一般选择重锤直径的3倍左右，在以后的作用中，夯击点间距便可适当缩小，目的是保证夯击冲击力作用的深度。
　　4.3间歇时间
　　夯击的频率跟加固土层中的孔隙水压力消失速度有关，对于不同的土层，夯击间歇时间往往不同。例如，对于砂性土而言，由于其渗透性较大，因此夯击频率可以较大；对于粘性土来说，孔隙水压力不能迅速消散，因此夯击频率不能过大。
　　4.4土层厚度
　　当土层厚度过厚时，强夯法的冲击力度不能有效传递到深层地基中，致使强夯法作用不显著。
　　5道路施工过程中强夯法的实际运用
　　5.1施工程序
　　不同的国家对强夯法的应用不同，例如西欧国家采用的是大吨位履带式起重机，这种机器的优点就是具有较强的稳定性，施工方便，而日本则采用的是轮胎式起重机，效果也很好。对于我国而言，由于我国在工程实施过程中，只能具备使用小吨位起重机的设备，因此在利用强夯法进行加固时，必须利用滑轮来解决难题。我国在市政道路进行强夯法实施过程中，利用滑轮起吊重锤，并利用自动脱钩装置，将重锤完成自由落体过程。具体操作过程是拉动脱钩器的钢丝绳，将重锤挂在脱钩器的钩上，当吊钩达到所需重锤落距的高度时，绷紧的钢丝绳会将脱钩器的伸臂拉转相当角度，重锤自然脱落，重力势能转化为动能。当然，如果起重臂在较大仰角下可能会发生后倾。因此可以采用将履带起重机的臂杆一端加以辅助门架，或者其它安全设施，以防止机架后倾。在施工时，要求自动脱钩装置可以保证灵活操作，且必须具有足够强度。
　　5.2检测控制
　　在强夯法实施结束后，应对所加固地基土层进行质量检测。该检测过程应是一个间隔过程，通常对于不同的地质，检测间隔时间也有所不同：对于碎土石和砂土地基，间隔时间理论上为1到2周；而对于粘性土地基，间隔时间应为2到4周；对于置换地基，间隔时间为4周。质量检测方法有很多种，例如室内试验，动力触探试验，十字板试验，载荷试验等，各种检测方法都有其科学依据，并且已经获得认可。
　　6结语。
　　在市政道路实施过程中，强夯法的作用显著且已经通过多国认可。随着社会的进步，强夯法必然能够得到进一步改善和提高，进而发挥更加重要的作用。
　　
　　参考文献
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