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摘要：强夯法在公路路基中的应用较早，早在1988年，有学者就介绍了强夯法加固机场跑道地基的试验研究，之后强夯施工在公路路基中应用逐渐展开。本文作者根据多年来的工作经验，对强夯施工在高速公路路基中的应用进行了分析，具有重要的参考意义。
关键词: 强夯法，高速公路，路基，沉降
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：
0.引言
1991年的JGJ79-91建筑地基处理技术规范将强夯法作为建筑工程地基处理的一种手段。强夯法在公路路基中的应用也较早，早在1988年，有学者就介绍了强夯法加固机场跑道地基的试验研究，之后强夯施工在公路路基中应用逐渐展开。由于上述两部规范都有各自的适用范围，所以强夯法在公路路基中的应用受到一定限制。我国 2010 年批准实施了 CECS 279∶ 2010 强夯地基处理技术规程( 以下简称强夯规程) ，规程指明强夯地基处理可用于机场、道路、港口、堆场、储罐、仓贮和工业与民用建筑等工程场地的地基处理，为该强夯法在高速公路路基中的应用提供了规范依据。
1.强夯加固机理的作用方式
1.1动力夯实
采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力夯实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，夯击过程中不存在较高的超静孔隙水压力影响，夯击效率较高，夯击力使土体结构改变，产生不可恢复的体积变形，夯击后有效加固深度范围内，土体颗粒存在一定的定向趋密排列。夯击后地基土体原有结构破坏，地基土体结构重组，呈十分紧密的薄层状排列，从而提高地基土强度。对于饱和砂土、粉土在夯击过程中将产生一定程度的液化。
弹性半空间中的波体系。强夯的瞬时冲击所引起的振动，在土中是以振动波的形式向地下传播的。这种振动波被分为体波和面波两大类。体波包括压缩波(P波)和剪切波(S波)，这些波在土体内部传播。而面波包括瑞利波(R波)和乐甫波，只能在地表土层中传播。不论强夯法还是块石强夯置换法来加固地基时都必须施加强力夯击，当夯锤从一定的高度落下时，在夯击地面上会产生一种冲击波，并在土体或块石层中以波的形式向四周传播，这种振动即可分为体波和面波两大类。如前所述，体波包括压缩波和剪切波，面波包括瑞雷波和乐甫波。在夯击过程中首先到达的是压缩波，它使土体受压或受拉，能使超孔隙水压力骤增，地基土的抗剪强度降低;随后到达的是剪切波，它会导致上体结构遭到破坏，形成夯坑，并对周围土体产生挤压。此外，瑞雷波其竖向分量起到松动土体的作用，但其水平分量可使土体获得密实效应。压缩波大部分通过液相运动，使孔隙水压力增大，同时使土颗粒错位、土体骨架解体，而随后到达的剪切波会使土颗粒处于更密实的状态。
1.2动力固结
饱和度较高的粘性土的强夯加固问题主要是动力固结机理，粘性土渗透性较低，夯击所引起的孔隙水压力消散比较慢，尤其当夯击过程中上部土体结构被破坏而导致排水路径被破坏时，土体渗透性将进一步降低，这将导致孔隙水压力得不到消散而产生橡皮土现象，使得土体只产生剪切变形而没有体积压密。该现象在对于饱和软粘土(特别是淤泥和淤泥质土)的强夯加固问题尤为突出。从目前研究来看，对饱和软粘土的强夯加固问题仍要持慎重态度，需要充分考虑孔隙水压力的影响来设计夯击施工参数。
1.3动力置换
众多工程实践表明，对饱和度较高、透水性较低的粘性土，仅靠强夯的动力挤密作用，其加固效果是十分有限的。如强夯加固淤泥为动力置换机理，即将碎石整体挤入淤泥成整式置换或间隔夯入淤泥成桩式碎石墩。因此，逐渐发展了一种利用传统强夯的施工设备，以在地基中填充粗粒材料产生置换作用为主要加固机理的新的强夯施工工艺。对透水性极低的饱和土如饱和淤泥质粘土，直接采用传统强夯施工方法，其施工效果很差，甚至在夯后，地基承载力反而降低。主要原因在于夯击难以使孔隙水压力迅速消散以及在夯坑周围土体的隆起，使得土的体积无明显减少，强夯所施加的能量无法改变土体结构，全部或部分夯击能被超孔隙水压力所吸收，形成橡皮土。为了提高在这类饱和软土中强夯的加固效果，首先必须解决土中地下水的排出和超孔隙水压力消散的问题，因此可以在饱和软土中打入挤密碎石桩、砂桩，使其在饱和软土中形成竖向排水通道，这将有利于超孔隙水压力的迅速消散。软土地表也可铺设一定厚度的粗颗粒使土中排出的地下水有横向通道，不致逸出地表造成施工困难，形成地表软化。排水通道的形成起到了土体置换的作用，增加了粗颗粒含量，使本来不适宜强夯的软粘土成为适宜强夯的含粗颗粒土。
2强夯施工
某高速公路三期全长9．056km，为高速公路设计标准，双向6车道沥青路面，设计时速100km/h。全线路基集中在霍寨互通立交匝道处，总长4．2km，共计填方32万m3，挖方0．4万m3，匝道路基多为高填方路基。由于工期紧、路基高、填土量大，必须采取措施防止施工及工后沉降。为节省投资，采用强夯治理方案对此高填方路基进行处理。
为提供可靠的依据和指导，根据强夯规程，在K8+910～K8+940段作为试夯区域，施工中做好现场测试和记录，为正式施工提供准确技术参数。正式施工时，按照试夯参数进行，并随时根据土质变化及夯击效果适当调整夯击方案，保证路基填筑满足公路路基施工规范的各项要求。
2.1试夯
考虑高填方路基，在路基填筑之前，清除原地表杂草及垃圾，然后进行基底试夯。试夯采用点夯、复夯、满夯的工艺组合。点夯初步选择25t的履带式起重机，锤重 12． 5 t，落距 10 m，单击能量为 1 250 kN•m。夯点布置形式为正三角形，间距为锤径的 1． 2 倍。每一点的夯击效果应同时满足三个条件: 1) 最后两击的平均夯沉量不大于50 mm; 2) 夯坑周围地面不发生过大的隆起; 3) 不因夯坑过深发生提锤困难。经过试验，确定单点夯击数为 9 击。点夯一遍完成之后，间隔5 d 进行复夯。复夯时，锤重为12． 5 t，落距6 m，单击能量为 750 kN•m，夯点位于第一遍夯点之间，布置形式及间距同点夯，夯击数为 5 击。复夯之后，观察路基扰动层厚度较薄，满夯一遍进行。满夯时，锤重为 12．5 t，落距 4 m，单击能量为 500 kN•m，点与点之间搭接 1/4 锤径，满夯击数为 3 击。强夯完成之后，用推土机整平，再用 35 t 振动压路机碾压路面，然后检测路基压实度，结果显示压实度满足公路路基施工规范的要求。
基底强夯完成之后，进行路基土的填筑，填筑严格按照公路路基施工规范进行。路基填筑完成之后，测量路基高程，再对新填筑的路基进行强夯。强夯仍然采用点夯、复夯、满夯的工艺组合，锤重及夯点布置同基底的试夯，落距、夯击能量及单击次数见表 1。强夯完成之后，用推土机进行整平，再用 35 t 振动压路机碾压路面，然后检测路基压实度，结果显示压实度满足公路路基施工规范的要求。
2．2 路基填筑正式施工
根据试夯提供的参数，对路基进行填土施工，流程如下:1) 清理并平整场地。2) 将路基填土边界外 3 m 作为基底强夯范围，夯点采用正三角形布置，夯点间距 2． 4 m。3) 起重机就位，夯锤对准夯点位置，测量锤底高程。4) 将锤起吊至预定高度，放锤自由下落。5) 放下吊钩，起吊重锤，进行第二次夯击，如此反复，达到夯击次数。6) 点夯完成之后，进行复夯、满夯，过程同3) ～ 5) 。7) 推土机整平地面，用 35 t 振动压路机碾压。8) 检测路基压实度。9) 路基逐层按照公路路基施工规范填筑。10) 填至顶层时，根据预估路基强夯沉降量，填土压实至高于路基顶设计高程10 mm。11) 重复3) ～7) ，完成路基顶的强夯及碾压整平。12)检测路基顶面压实度。13) 测量路基顶面高程并进行工后监测。
3 施工检测及工后监测
施工中采用测密度求压实系数的方法来检测路基的夯实效果，并在填土过程中设置沉降桩来监测路基在施工及工后的沉降。
3．1 施工检测
密实度测点的布置及抽检频率严格按照公路路基施工规范进行，随机在主夯点的中心、切点及盲区选择。路基压实系数根据式( 1) 求得:
其中，ρd为现场路基土的干密度，用灌水法求得; ρdmax为路基土的最大干密度，是在实验室通过击实试验求得。经检测，强夯后的路基压实度均满足规范要求。
3． 2 工后监测
为保证施工过程及工后行车安全，制定了详细的路基沉降观测方案。在基底强夯完成之后，沿路基每隔 20 m 设置一处沉降观测桩，桩体需由套管保护，填土施工时确保桩体垂直及土不能进入套管，观测桩随路基填土逐层加长。路基沉降采用水准仪观测，测量精度为 ±1． 0 mm，读数取位至 0． 1 mm。路基沉降观测的频次按表 2 执行，但实际填土时，观测时间间隔还应根据地基的沉降值和沉降速率及时调整，当两次连续观测的沉降差值大于 4 mm或沉降突变时应加密观测频次。每次观测完成后，应及时整理绘制“填土—时间—沉降”曲线图。该段路基强夯试验段的“填土—时间—沉降”曲线如图 1 所示，可以看出，强夯之后的路基在工后一个月的沉降已经趋于稳定，表明强夯法在治理高填方路基上是有效的。
4 结语
1) 针对该高速公路三期的高填方路基，强夯之后的路基土压实度能满足公路路基施工规范的要求。
2) 强夯之后的路基在工后一个月的沉降已经趋于稳定，表明强夯法在治理高填方路基上是有效的。
參考文献:
［1］ 温国柱． 强夯法加固机场跑道地基的试验研究［J］． 四川建筑科学研究，1988( 1) :52-55．
［2］ 吴雄飞，何宏忠． 用强夯片石墩法处理软弱路基的研究［J］．华东公路，1996( 3) :48-50．
［3］ 梁 涛，赵洪刚，王俊杰，等． 强夯在提高高等级公路桥头路基强度中的应用［J］． 辽宁交通科技，1998( 1) :36-38．
［4］ CECS 279∶ 2010，强夯地基处理技术规程［S］．
关键词: 强夯法，高速公路，路基，沉降
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：
0.引言
1991年的JGJ79-91建筑地基处理技术规范将强夯法作为建筑工程地基处理的一种手段。强夯法在公路路基中的应用也较早，早在1988年，有学者就介绍了强夯法加固机场跑道地基的试验研究，之后强夯施工在公路路基中应用逐渐展开。由于上述两部规范都有各自的适用范围，所以强夯法在公路路基中的应用受到一定限制。我国 2010 年批准实施了 CECS 279∶ 2010 强夯地基处理技术规程( 以下简称强夯规程) ，规程指明强夯地基处理可用于机场、道路、港口、堆场、储罐、仓贮和工业与民用建筑等工程场地的地基处理，为该强夯法在高速公路路基中的应用提供了规范依据。
1.强夯加固机理的作用方式
1.1动力夯实
采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力夯实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，夯击过程中不存在较高的超静孔隙水压力影响，夯击效率较高，夯击力使土体结构改变，产生不可恢复的体积变形，夯击后有效加固深度范围内，土体颗粒存在一定的定向趋密排列。夯击后地基土体原有结构破坏，地基土体结构重组，呈十分紧密的薄层状排列，从而提高地基土强度。对于饱和砂土、粉土在夯击过程中将产生一定程度的液化。
弹性半空间中的波体系。强夯的瞬时冲击所引起的振动，在土中是以振动波的形式向地下传播的。这种振动波被分为体波和面波两大类。体波包括压缩波(P波)和剪切波(S波)，这些波在土体内部传播。而面波包括瑞利波(R波)和乐甫波，只能在地表土层中传播。不论强夯法还是块石强夯置换法来加固地基时都必须施加强力夯击，当夯锤从一定的高度落下时，在夯击地面上会产生一种冲击波，并在土体或块石层中以波的形式向四周传播，这种振动即可分为体波和面波两大类。如前所述，体波包括压缩波和剪切波，面波包括瑞雷波和乐甫波。在夯击过程中首先到达的是压缩波，它使土体受压或受拉，能使超孔隙水压力骤增，地基土的抗剪强度降低;随后到达的是剪切波，它会导致上体结构遭到破坏，形成夯坑，并对周围土体产生挤压。此外，瑞雷波其竖向分量起到松动土体的作用，但其水平分量可使土体获得密实效应。压缩波大部分通过液相运动，使孔隙水压力增大，同时使土颗粒错位、土体骨架解体，而随后到达的剪切波会使土颗粒处于更密实的状态。
1.2动力固结
饱和度较高的粘性土的强夯加固问题主要是动力固结机理，粘性土渗透性较低，夯击所引起的孔隙水压力消散比较慢，尤其当夯击过程中上部土体结构被破坏而导致排水路径被破坏时，土体渗透性将进一步降低，这将导致孔隙水压力得不到消散而产生橡皮土现象，使得土体只产生剪切变形而没有体积压密。该现象在对于饱和软粘土(特别是淤泥和淤泥质土)的强夯加固问题尤为突出。从目前研究来看，对饱和软粘土的强夯加固问题仍要持慎重态度，需要充分考虑孔隙水压力的影响来设计夯击施工参数。
1.3动力置换
众多工程实践表明，对饱和度较高、透水性较低的粘性土，仅靠强夯的动力挤密作用，其加固效果是十分有限的。如强夯加固淤泥为动力置换机理，即将碎石整体挤入淤泥成整式置换或间隔夯入淤泥成桩式碎石墩。因此，逐渐发展了一种利用传统强夯的施工设备，以在地基中填充粗粒材料产生置换作用为主要加固机理的新的强夯施工工艺。对透水性极低的饱和土如饱和淤泥质粘土，直接采用传统强夯施工方法，其施工效果很差，甚至在夯后，地基承载力反而降低。主要原因在于夯击难以使孔隙水压力迅速消散以及在夯坑周围土体的隆起，使得土的体积无明显减少，强夯所施加的能量无法改变土体结构，全部或部分夯击能被超孔隙水压力所吸收，形成橡皮土。为了提高在这类饱和软土中强夯的加固效果，首先必须解决土中地下水的排出和超孔隙水压力消散的问题，因此可以在饱和软土中打入挤密碎石桩、砂桩，使其在饱和软土中形成竖向排水通道，这将有利于超孔隙水压力的迅速消散。软土地表也可铺设一定厚度的粗颗粒使土中排出的地下水有横向通道，不致逸出地表造成施工困难，形成地表软化。排水通道的形成起到了土体置换的作用，增加了粗颗粒含量，使本来不适宜强夯的软粘土成为适宜强夯的含粗颗粒土。
2强夯施工
某高速公路三期全长9．056km，为高速公路设计标准，双向6车道沥青路面，设计时速100km/h。全线路基集中在霍寨互通立交匝道处，总长4．2km，共计填方32万m3，挖方0．4万m3，匝道路基多为高填方路基。由于工期紧、路基高、填土量大，必须采取措施防止施工及工后沉降。为节省投资，采用强夯治理方案对此高填方路基进行处理。
为提供可靠的依据和指导，根据强夯规程，在K8+910～K8+940段作为试夯区域，施工中做好现场测试和记录，为正式施工提供准确技术参数。正式施工时，按照试夯参数进行，并随时根据土质变化及夯击效果适当调整夯击方案，保证路基填筑满足公路路基施工规范的各项要求。
2.1试夯
考虑高填方路基，在路基填筑之前，清除原地表杂草及垃圾，然后进行基底试夯。试夯采用点夯、复夯、满夯的工艺组合。点夯初步选择25t的履带式起重机，锤重 12． 5 t，落距 10 m，单击能量为 1 250 kN•m。夯点布置形式为正三角形，间距为锤径的 1． 2 倍。每一点的夯击效果应同时满足三个条件: 1) 最后两击的平均夯沉量不大于50 mm; 2) 夯坑周围地面不发生过大的隆起; 3) 不因夯坑过深发生提锤困难。经过试验，确定单点夯击数为 9 击。点夯一遍完成之后，间隔5 d 进行复夯。复夯时，锤重为12． 5 t，落距6 m，单击能量为 750 kN•m，夯点位于第一遍夯点之间，布置形式及间距同点夯，夯击数为 5 击。复夯之后，观察路基扰动层厚度较薄，满夯一遍进行。满夯时，锤重为 12．5 t，落距 4 m，单击能量为 500 kN•m，点与点之间搭接 1/4 锤径，满夯击数为 3 击。强夯完成之后，用推土机整平，再用 35 t 振动压路机碾压路面，然后检测路基压实度，结果显示压实度满足公路路基施工规范的要求。
基底强夯完成之后，进行路基土的填筑，填筑严格按照公路路基施工规范进行。路基填筑完成之后，测量路基高程，再对新填筑的路基进行强夯。强夯仍然采用点夯、复夯、满夯的工艺组合，锤重及夯点布置同基底的试夯，落距、夯击能量及单击次数见表 1。强夯完成之后，用推土机进行整平，再用 35 t 振动压路机碾压路面，然后检测路基压实度，结果显示压实度满足公路路基施工规范的要求。
2．2 路基填筑正式施工
根据试夯提供的参数，对路基进行填土施工，流程如下:1) 清理并平整场地。2) 将路基填土边界外 3 m 作为基底强夯范围，夯点采用正三角形布置，夯点间距 2． 4 m。3) 起重机就位，夯锤对准夯点位置，测量锤底高程。4) 将锤起吊至预定高度，放锤自由下落。5) 放下吊钩，起吊重锤，进行第二次夯击，如此反复，达到夯击次数。6) 点夯完成之后，进行复夯、满夯，过程同3) ～ 5) 。7) 推土机整平地面，用 35 t 振动压路机碾压。8) 检测路基压实度。9) 路基逐层按照公路路基施工规范填筑。10) 填至顶层时，根据预估路基强夯沉降量，填土压实至高于路基顶设计高程10 mm。11) 重复3) ～7) ，完成路基顶的强夯及碾压整平。12)检测路基顶面压实度。13) 测量路基顶面高程并进行工后监测。
3 施工检测及工后监测
施工中采用测密度求压实系数的方法来检测路基的夯实效果，并在填土过程中设置沉降桩来监测路基在施工及工后的沉降。
3．1 施工检测
密实度测点的布置及抽检频率严格按照公路路基施工规范进行，随机在主夯点的中心、切点及盲区选择。路基压实系数根据式( 1) 求得:
其中，ρd为现场路基土的干密度，用灌水法求得; ρdmax为路基土的最大干密度，是在实验室通过击实试验求得。经检测，强夯后的路基压实度均满足规范要求。
3． 2 工后监测
为保证施工过程及工后行车安全，制定了详细的路基沉降观测方案。在基底强夯完成之后，沿路基每隔 20 m 设置一处沉降观测桩，桩体需由套管保护，填土施工时确保桩体垂直及土不能进入套管，观测桩随路基填土逐层加长。路基沉降采用水准仪观测，测量精度为 ±1． 0 mm，读数取位至 0． 1 mm。路基沉降观测的频次按表 2 执行，但实际填土时，观测时间间隔还应根据地基的沉降值和沉降速率及时调整，当两次连续观测的沉降差值大于 4 mm或沉降突变时应加密观测频次。每次观测完成后，应及时整理绘制“填土—时间—沉降”曲线图。该段路基强夯试验段的“填土—时间—沉降”曲线如图 1 所示，可以看出，强夯之后的路基在工后一个月的沉降已经趋于稳定，表明强夯法在治理高填方路基上是有效的。
4 结语
1) 针对该高速公路三期的高填方路基，强夯之后的路基土压实度能满足公路路基施工规范的要求。
2) 强夯之后的路基在工后一个月的沉降已经趋于稳定，表明强夯法在治理高填方路基上是有效的。
參考文献:
［1］ 温国柱． 强夯法加固机场跑道地基的试验研究［J］． 四川建筑科学研究，1988( 1) :52-55．
［2］ 吴雄飞，何宏忠． 用强夯片石墩法处理软弱路基的研究［J］．华东公路，1996( 3) :48-50．
［3］ 梁 涛，赵洪刚，王俊杰，等． 强夯在提高高等级公路桥头路基强度中的应用［J］． 辽宁交通科技，1998( 1) :36-38．
［4］ CECS 279∶ 2010，强夯地基处理技术规程［S］．