强夯+冲击碾压在高填方地基处理中的应用

贾静静 徐国富

(1.安徽天润建筑工程有限公司，安徽 利辛 236700； 2.解放军理工大学，江苏 南京 210007)

强夯+冲击碾压在高填方地基处理中的应用

贾静静1徐国富2*

(1.安徽天润建筑工程有限公司，安徽 利辛 236700； 2.解放军理工大学，江苏 南京 210007)

通过对强夯和冲击碾压的工作原理及应用效果分析，结合强夯和冲击碾压两项技术优化组合在高填方地基强化处理技术应用实践，进一步研究分析了强夯+冲击碾压技术的加固机理。

强夯，冲击碾压，高填方加固

随着城市建设步伐的加快，东南沿海以及南部、西部的许多建设工程不得不在山区进行勘选。山区地形地貌复杂，起伏较大，往往需要深挖高填，如何对高填方实施有效地加固，消除大面积高填方填筑体的沉降和不均匀沉降，日益成为众多施工单位和设计、研究部门关注的焦点[1，2]。本文首先对地基处理方法中的强夯法和冲击碾压技术进行介绍，在此基础上，从三个方面重点分析了强夯+冲击碾压技术在高填方地基处理中的应用机理。

1 强夯法

强夯加固处理地基的方法，是由法国人梅纳(L.Menard)于1970年首先提出的，该法具有加固效果显著、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，得到国内外工程界的广泛采用[3]。它通常以80 kN～300 kN的重锤(最重可达2 000 kN)和落距为8 m～20 m(最高可达40 m)的夯击能量对地基进行加固。当重锤提高到一定高度时，机械能转化为重力势能，然后重锤自由落下，重力势能又转化为动能，重锤作用到土体上时，在极短的时间内对地基土体施加一个巨大的能量，这种突然释放的巨大能量将使土体产生动应力与位移，重锤的动能最终转化为土体的变形能而使土体得到压密，沿重锤四周产生冲切破坏，形成夯坑，坑底与坑周受挤压而产生沉降—水平位移，土体相应地发生一系列物理变化，如土体结构破坏或液化，排水固结压密，触变恢复等。其作用结果是使一定范围内地基强度提高、孔隙挤密、消除湿陷性及降低土的压缩性。强夯过程中地基土压密状态如图1所示，强度提高较明显的是Ⅱ区，压密区深度即是加固深度。

2 冲击碾压技术

冲击碾压技术是南非人在二十世纪七八十年代首先提出来的。我国于20世纪90年代也开始使用一种冲击式非圆滚轮的压路机(冲击压路机)，这是一种不同于传统的静碾压实、振动压实和打夯机压实原理的新型压实设备，冲击压路机的滚轮形状主要有三边形和五边形两种。冲击碾压技术是一种将冲击和搓揉作用相结合的压实方法，它靠机械冲击力将土体击实[4]。冲击压路机在牵引车的牵引下，其凸块轮的凸块棱角抬起与落下时，对地面产生了一个势能和动能联合冲击的压实作用，从而提高了压实能量。与强夯法的大厚度(4.0 m～6.0 m)强夯击实相比，使用冲击压路机分层(一般一层厚1.0 m～1.5 m)冲击碾压土石料填方，能较好的提高高填方填筑体的整体强度与均匀性[5]。正常情况下，地基冲碾20遍后，1.5 m层厚范围内压实度均增加3个～5个百分点，并形成1.0 m～1.5 m厚的连续、均匀、密实的加固层，从而使道面下地基的综合强度与稳定性得到全面提高。

3 强夯+冲击碾压技术的加固机理

通过对强夯和冲击碾压的工作原理及应用效果分析，可将强夯和冲击碾压两项技术优化组合应用在高填方地基强化处理技术中，其加固机理可概括为以下三点。

3.1 强夯法用于原地基处填方和高填方的加固处理机理

1)对于填方区的原地基，为防止高填方填筑体对原地基产生的大附加应力使其发生很大的沉降变形，需在抛填填筑体之前先对原地基进行加固处理。根据现场地勘发现原地基的软弱土层厚度普遍在1.0 m～2.0 m左右，再清除表层腐殖土后抛填2.0 m左右的土石混合料作为强夯的垫层，尔后采用2 000 kN·m～3 000 kN·m的大夯击能进行强夯。其总厚度在2.5 m～3.5 m左右，完全在强夯的有效加固深度范围内，在夯锤的冲击作用下，土石混合料中大块石被挤入原地基的软弱层中，软弱土体又被挤入土石混合料的块石骨架的空隙中，使原地基的软弱土体和抛填的土石混合料互相嵌入和填塞，二者产生机械混合，改变原地基的土石组成，使其得到充分的加固处理，从而改善其工程性质，基本上可以消除二者的变形和沉降，压实度和整体强度都可以达到设计要求。2)高填方地基是一层一层一米一米填筑起来的骨架结构很不稳定的疏松的新地基，其自重产生的压缩变形很大，对此需自上而下进行多层次的分层抛填，并进行分层强夯加固处理，强夯只要求点夯而无需满夯，只有到道槽顶层才进行冲碾加固处理。根据上述机理分析，2 000 kN·m～3 000 kN·m大夯击能强夯的有效加固深度约5 m～7 m，在采用多层次的分层抛填和分层强夯加固处理时，取每一分层的厚度为4.0 m～5.0 m左右，这可使每一个分层的填筑体完全在2 000 kN·m～3 000 kN·m的大夯击能的有效加固深度范围内，因而整个分层填筑体在多次强夯后上上下下基本上都可以得到充分的加固[6]；虽然每一个分层填筑体在强夯的面波作用下，夯后的填筑体表面的0.2 m～0.5 m仍是一个疏松层，表层的深0.5 m～1.0 m的夯坑，虽然填入石料推平后也还是疏松的，但是下层填筑体表面的疏松层仍处在上层填筑体的强夯有效加固深度范围内，从而能够通过土层填筑体的强夯对下层填筑体表面的疏松层进行再一次加固处理。

3.2 冲击碾压用于道槽以外的平地区下填筑体加固处理机理

考虑到冲击压路机的压实厚度可达1.0 m～1.5 m，因而冲击碾压的分层厚度规定为1.0 m～1.5 m左右。每个分层直接使用25 kJ或32 kJ的三边形冲击压路机进行冲击碾压施工，在位能落差与行驶动能相结合下对工作面进行静压、搓揉、冲击，效率高、速度快。这种高振幅、低频率的冲击碾压产生的高达200多吨的巨大冲击力使土石混合料中的石块逐渐破碎，改善了土石混合料的级配，石块之间嵌锁密实，土石混合料的密实度和强度不断增加。填筑体承受冲击荷载所产生的沉降变形远大于填筑体自重与外荷载引起的沉降变形，使被冲碾的填筑体更接近于弹性状态，从而避免填筑体产生的差异沉降变形，提高了填筑体的稳定性。

3.3 强夯+冲击碾压技术加固机理

以块石料为主的土石料填筑体的强夯+冲击碾压加固是基于动力压密理论。在强夯或冲击碾压过程中，填筑体中的块石料在强夯或冲碾的强力冲击下被击碎，改善了土石混合料的级配；另一方面，强夯或冲碾的冲击力克服了影响深度范围内石料间的摩阻力，使填筑体中块石从点线接触的不稳定状态转变成紧密嵌锁的稳定状态，块石料重新排列组合，抛填的混合料颗粒间产生较大的相对位移，填筑体空隙中气相(空气)被排出，空隙体积减少(可减少60%)，填筑体被进一步挤密，承载力提高。随着夯击次数或冲碾遍数的增加，填筑体的压实度和强度就不断提高。此外，强夯施工时的震动波会在强夯作业面表层产生松动层(夯坑周围的膨胀、隆起的疏松土体)和加固不到的“盲区”，再加上夯坑内的回填材料，在强夯作业面表层形成一个如图1所示的疏松层。对这个疏松层，即使实施低夯击能且锤锤搭接1/4锤径的“满夯”，满夯后仍会使表层10 cm～50 cm深的土体扰动而变得疏松，其强度和压实度达不到设计要求。工程实践发现，对填筑体的表层采用冲击压路机进行地毯式的均匀冲碾压实，不会在填筑体表面留下被扰动的疏松层，使土体表层有较高的均匀的强度，可以很好地解决这一问题。而当填筑体最上面需要加固处理的填筑体的厚度不足4 m时，为了加快施工进度，保证工程质量，节省工程费用，对这一层可直接采取分层冲击碾压加固处理[4]。由此可见，对填筑体表层一定厚度内的土石混合料采用冲击碾压进行加固处理，其效果远比满夯加静碾的效果好，可以为道面结构层提供一个均匀密实、强度足够的地基。

4 结语

强夯法和冲击碾压技术，是高填方地基强化处理新技术中最主要的两项施工技术。对土石混合料采用多层次的分层抛填，控制石料粒径和均匀铺填，然后对4.0 m～5.0 m厚的填筑体进行强夯加固处理，在高高落下的夯锤的强力冲击下，土石混合料中的块石逐渐破碎，块石之间嵌锁紧密，填筑体的密实度和强度不断提高。由于强夯在上下两层填筑体中的有效加固深度互相搭接重叠，保证高填方填筑体的上下不同部位的密实度和强度基本一致。通过高振幅、低频率的冲击碾压对工作面进行地毯式的均匀地静压、揉搓和冲击，对填筑体表层进行强化加固处理，彻底加固处理了强夯加固留下的疏松面层，为道面结构层提供了均匀密实的地基。

对高填方地基进行强化处理的过程中，在提高填筑体的强度和消除其沉降变形，以及在形成均匀密实、强度高的填筑体顶层等方面，强夯和冲击碾压起主导作用。通过土石方工程一次成优的网络化管理，抓住强夯和冲碾两个分部工程的控制节点，做到相互协调配合，相辅相成，实现面层以下加固强夯，面层强化冲碾，两者强强联合，优势互补，最终发展成为组合式的高填方地基强化处理技术。

[1] 何兆益.山区高填方回填地基处理效果的现场试验评价[J].重庆交通学院学报，2002(2)：67-68.

[2] 甘厚义.关于山区高填方工程地基处理问题[J].建筑科学，1996(6)：91-93.

[3] 高 蓉.强夯法处理地基的问题探讨[J].山西建筑，2006，32(17)：100-101.

[4] 王海燕.强夯+冲击碾压在高填方地基处理过程中的研究应用[D].南京：解放军理工大学硕士学位论文，2010.

[5] 李 冰，焦生杰.振动压路机与振动压实技术[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6] 蔡 萍.分层回填压实在强夯加固深填土地基中应用[J].湘潭大学自然科学学报，1999(2)：111-112.

[7] 赵铭媛.谈强夯法在地基施工中的应用[J].山西建筑，2012，38(6)：80-81.

Research on the application of the dynamic consolidation with impact rolling in the high embankment treatment

JIA Jing-jing1XU Guo-fu2*

(1.AnhuiTianrunArchitecturalEngineeringCo.,Ltd,Lixin236700,China;2.PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

By analyzing the working principle and application effect of dynamic consolidation and impact rolling, rolling dynamic compaction and impact, then baced on practice of the optimized combination of two technologies in high embankment. The paper further studies the reinforcement mechanism of dynamic consolidation with impact rolling.

dynamic consolidation, impact rolling, high embankment reinforcement

1009-6825(2014)11-0114-03

2014-02-05

贾静静(1985- )，女，助理工程师； 徐国富(1982- )，男，助理工程师

TU472.31

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