强夯法加固铁路路基的具体应用探讨

李志华

摘要：我国地域辽阔，各个区域的地形地貌具有很大的差异。铁路工程作为国民经济的大动脉，对促进区域经济发展、提高交通运输效率、改善人们出行环境具有重要意义。经过几十年的发展，我国铁路形成了八横八纵的铁路网络。铁路工程具有施工范围广、施工环境复杂、建设周期长、施工技术要求高等特点，一条铁路线可能跨越十几个城市，由于每一个区域的地质条件不同。铁路施工过程中，可能遇到软土地基。由于软土的含水量比较大，土层自身承载力比较低。所以路桥施工之前，必须对这些软土路基进行加固处理，提高软土路基的承载力。常见的方法有换填法、强夯法、真空预压法等特点。由于强夯法施工工艺简单、适应范围广、施工成本低、加固效果好、土粒结合紧密、变形沉降量小、施工周期短，强夯法是换填法施工周期的一半，所以强夯法在软土地基加固工程中广泛使用。本文阐述了强夯法施工法的原理以及特点，并结合实际的工程，分析了强夯法在加固铁路路基工程的具体应用。

关键词：强夯法；加固铁路路基；施工工艺

1 强夯法加固法原理和特点

1.1强夯加固法原理

强夯法是利用重达100吨以上的重锤从高空几十米的高度自由下落，对软土地基进行反复夯实，提高土地的密实度，减少软土地基的压缩性，从而改变软土路基的性能，达到提高软土路基的承载力。这种处理方法主要是将重锤的重力转换为冲击能量，通过重锤瞬间产生的动能作用在路基上，从而压缩土层的空隙，将空隙中的水分子排除到土层外部，达到压缩和密实土体的作用。一般情况下，强夯法适合颗粒直径大于0.05mm的粗颗土粒，如砂土、粉煤灰、杂填土、碎石土、回填土、低饱和度粉土、粘性土以及湿陷黄土等软脱土体加固效果比较明显。非饱和性黏土地基，一般采用连续夯实或者分遍间歇夯实的方式，并通过现场实验确定夯实的次数和夯实的深度。

1.2强夯加固法特点

强夯加固法具有以下特点：第一，施工所需设备比较简单，施工成本比较低。比换填法节省60%的费用，与预压法节省50-70%的费用，与砂桩施工法节省40-50%的费用，极大地节省了施工的人力成本和物力成本。第二，加固效果明显，可以提高地基的承载能力，可提高地基2-5倍的承载能力。第三，土粒结合效果好，有较高的结构强度，变形沉降量小，土地压缩性可降低2-10倍，加固深度达到6-10米。第四，施工周期短。夯实加固法一套设备每个月加固面积可以达到5000-10000平方米的地基，比换填法和桩基施工工期减少一半以上。

2 强夯法加固铁路路基的具体应用

2.1工程概况

某铁路引入线无砟轨道综合试验段全长12.65千米，其中DIK131+420—DIK132+500段的路基总长度为700米。通过勘察，发现该施工路段属于丘陵地貌，基层岩石裸露，自然坡度为15-30°，局部区域地势比较陡坡；山坡植被发育比较茂盛。该施工地段的土层分别为粉质黏土、碎石土、泥夹砂岩、灰岩等土体。根据调查情况，发现该地段为软土地基，为了提高铁路路基的承载力，确保铁路运行的安全性和稳定性。对DIK131+420—DIK132+500段的DIK131+785～888—DIK132+332～256（m）段的路基进行加固，加固线路总长度为256米，加固范围路基坡脚外3米加固深度为4-6米，强夯加固面积为5500平方米。为了确保路基的夯实强度符合铁路的实际荷载要求，在路基夯实之前，将DIK131+785～888段作为路基加载试验段。

2.2强夯加固施工工艺

2.2.1确定施工工艺参数

在施工前，必须结合到铁路路基的实际承载量，确定夯实加固的夯击能量、压强等参数。根据该工程的实际情况，确定使用25T履带式强夯机，夯实锤重的直径为2米，锤重为13.5吨，夯实锤的落距为14.8米。夯实的能量为点夯1958KN·m，满夯能量为1000KN·m，静压为42KPa。夯实分三次进行，第一、二遍为点夯，第三遍为满夯；夯击次数为点夯6-11次，以末次夯击下沉量≤5cm作为控制依据，满夯为1击。夯实过程中，为了确保夯距和设计要求的夯坑距离一致，将夯点的间距控制为2.7米左右，夯点形状为梅花形布置，满夯则为四分之一环。夯击的间隔根据工程的实际情况决定，该路段的路基按照设计要求，该路基路肩3米厚，底层为渗透性比较好的粘性土，针对渗透性比较好的粘性土层地基一般间歇时间控制在1-2个星期，两遍之间的间隔时间缩短为7天。

2.2.2施工准备

为了确保夯实效果，在夯实之前，施工单位必须对强夯路段进行处理，清除施工现场的大的石块、木头等杂物，平整土地，放好征地线以后，用挖掘机或者推土机将地表的草皮、树根以及清除，以满足夯实的施工条件。由于软土地基的含水量比较高，施工前在路基两侧做好排水沟，以利于土壤中的水分及时排除，并在DK131+780路段设置一条横向排水沟。准备好，彩条布，防止下雨天雨水浸泡强夯路段，从而影响到夯实效果。根据夯实路段的实际地质条件，在夯实路基路面铺设0.5米的砂砾垫层。考虑到施工成本，垫层砂砾层采用砂砾石或者隧道弃砟石土。为了验证这两者的实际效果，在施工路段DIK131+785～888，选择15米长的半断面路基，在路基路面铺设0.5米的砂砾垫层，然后进行夯实。发现隧道弃砟石土作为垫层的夯实效果比较好，所以在实际施工路段，软土地基铺设0.5-0.8米的隧道弃砟石土垫层。

2.2.3强夯加固施工

铺设好隧道弃砟石土垫层以后，并重新平整地面，整个施工现场的高程控制在261.54—261.87米之间，然后用石灰標识出第一遍夯击点的位置，起重机就位，将夯锤对准相应的夯点位置，测量夯前锤到顶高程的距离，如果不足则需要调高位置。将夯锤起吊到预设的14.8米的高度，夯锤脱钩自由下落后，将吊钩放下，测量锤顶到高程的距离。测量得出第一击的夯实沉量控制在0.1—0.3米；第二击的夯沉量控制为0.2—0.25米；第三击的夯沉量控制在0.1—0.15米；第四击的夯沉量控制在0.1—0.15米；第5击的夯沉量控制在0.08—0.1米；第六击的夯沉量控制在0.05—0.08米之间；第七击的夯沉量控制在0.05—0.07米之间；第八击的夯沉量控制在0.04-0.05米之间；局部地区夯点打到了9—12击才达到设计要求。夯击点累计夯沉量大致在0.6—1.2米，夯抗周围的隆起量控制在0.1米，隆起量不大。在夯实过程中，部分夯锤可能存在倾斜夯实的现象，所以需要用回填土将其坑底填平，确保整个夯锤的水平。按照上述施工步骤，将下沉量小于等于5厘米没有夯锤的夯点进行夯击，分别夯击完成设计的全部夯点，然后用推土机将这些夯坑全部填平。间隔一个星期以后，根据上述步骤进行第二遍夯击。第二遍夯击完成以后，用推土机将夯坑全部填平，并用小夯锤进行满夯，从而进一步调高整个地基表层土的夯实效果，确保夯实密度达到设计要求。

2.2.4施工监测

由于铁路工程施工地质条件比较复杂，施工过程中可能由于操作不当或者控制不当，导致夯击的位置没有对准夯点位置，从而影响到实际夯实的效果。所以夯实结束以后，需要检查夯锤重和落距，确保夯击的能量达到设计要求，以免影响夯实效果。为了避免夯实过程中夯点放线错误，每一次夯击之前，需要检查夯点位置和每一个夯点夯击次数以及夯击的沉落量，发现漏夯时，需要及时补充。

2.2.5强夯施工检测验收

2.2.5.1地基系数、压实系数、孔隙率检测

为了确保强夯加固效果，地基夯实以后还需要检查实际夯实效果。夯实加固验收时，检查各项指标是否符合实际要求。地基系数K30≥110KPa，压实系数Kh≥0.95，承载力≥200KPa，孔隙率n<28。强夯施工结束两个星期以后，根据设计要求，检查表层的地基系数K30、Kh、n等指标，经过检查，发现检测结果如下：通过平板载荷仪检查夯实地基的六个夯实点，得到地基系数分别为：128MPa、152MPa、144MPa、130MPa、126MPa、147MPa；将表层垫层挖开以后，用灌砂法检查表层黏土的压实系数，选择六个夯实点夯实系数Kh如下：0.98、0.99、1、0.98、0.99、0.99；选择六个夯实点，使用密度湿度仪器检查夯实表层的孔隙率n，得到以下结果：19.5、16.2、15.7、18.6、16.4、14.2。

2.2.5.2重型动力触探试验

夯实路段施工前，在路基基底选择3个点做重型动力触探测试，得到测试深度为6米，夯实17天以后，选择3个点做重型动力触探测试，得到测试深度同样为6米，检测结果如下表：

2.2.5.3静荷载试验

夯实结束17天以后，选择5个点作为该路段路基基底的静荷载试验，得到检测结果如下表：

2.3夯实加固效果

通过对地基系数、压实系数、孔隙率等指标的验证，发现检测效果符合进行重型动力触探试验數据表明，路基基底强夯面以下1.5米范围，地基夯实以后承载能力提高了2倍多，夯实面以下1.5-2.4米地基承载能力比夯实后提高了1.4倍，强夯面以下2.4-4.3米范围，地基承载力比提高了0.4倍，夯实加固深度达到路基施工要求。其中以强夯面以下2.4米以下的范围内加固效果最好。通过对软弱基地加固后的静荷载试验，发现检验荷载承载力大于200KPa，表明在静荷载检测深度在0.8-1.2米范围内，地基承载力满足施工要求，所以地基表层土层可以作为路基基础的主要持力层。

3 夯实加固常见问题

夯实加固过程中，会出现下沉量达不到设计标准、影响深度不够等问题。夯实加固以后达不到下沉量控制标准可能是由于淤泥质土和粉质土在夯实过程中，产生液化现象或者地基土含水量过大，导致侧向挤出现象。出现这种现象，必须在强夯土层面上铺设0.5-2米的砂石，然后进行夯实。如果软土含水量过多，则适当降低夯实能量；强夯深度达不到影响深度问题主要是由于土质不均匀，下部存在砂卵石夹层，在夯实过程遇到孤石或者不成片的砂砾石，夯实点过密等原因导致。夯实前，必须勘查地质情况，及时清除土层的障碍物，进一步优化夯实方案。

4结束语

通过对路基基底进行夯实加固处理以后，发现夯实以后，路基基层系数、压实系数以及孔隙率满足施工各项要求，可将其作为铁路路基其他地段软土地基处理的参考系数。在强夯施工过程中，需要结合实际情况，不断修正设计参数，从而更加符合实际施工要求。

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（作者单位：中铁六局集团北京铁路建设有限公司）