強夯置換法在軟弱地基中的處理技術(shù)研究

【摘 要】本文通過結(jié)合某建筑工程軟基提出采用強夯置換法對其采取軟基處理，提出該處理技術(shù)在工程中的實施，通過軟基處理效果來分析強夯置換法在軟基處理中的優(yōu)勢，推廣其在同類工程應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】軟弱地基；強夯置換法；地基處理；地基加固

1．引言

強夯置換法通過在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石等粗顆粒材料，采用夯錘夯擊形成連續(xù)的強夯置換墩。因為石墩的高強度，因此其與周圍軟土形成復(fù)合地基后可顯著地提高地基承載力，減小沉降變形。而且塊（碎）石墩中的空隙為排出軟土的孔隙水提供了良好的通道，有效地縮短軟土排水固結(jié)時間。從較多的工程案例綜合比較，強夯塊石墩及塊石墊層在復(fù)合地基方案中是可行的。強夯塊石墩及塊石墊層復(fù)合地基法，采用巨大夯擊能量將塊石夯穿淤泥層并使其沉底形成墩體以加固淤泥層，再在墩頂鋪設(shè)塊石墊層形成復(fù)合地基。因地制宜，就地取材，其所用的材料塊石可在機場附近的山上開采。

2．強夯置換法處理軟基加固機理

樁式強夯置換是通過采取強夯而成的夯坑用于樁孔，然后在樁孔充填各種散體材料，再進行一次強夯，從而使樁孔中的材料得到壓實，而且與周圍土形成符合地基。一般對于樁式強夯置換所成的樁孔尺寸為直徑2m、深度達3～6m。如果通過在樁孔中再加入鋼筋，則可以有助于地基應(yīng)力向樁體集中，可使得樁承受大部分上部傳下來的荷載；而且樁的存在使得土體中的孔隙水壓得到消散，從而有助于加固土體，提高了土體的抗剪強度等，從而提高了復(fù)合地基承載力。

通過采取樁式強夯置換后，地基出現(xiàn)從上到下三個不同的區(qū)域。其中上部區(qū)域為樁式置換區(qū)，該區(qū)域是由散體材料和樁周圍土體組成復(fù)合地基。由于樁徑較大則置換率較高，從而有效地提高地基承載力。顯然，這區(qū)域是樁式強夯置換的重點區(qū)域。接下是壓密區(qū)，該區(qū)域在強夯作用下而形成冠形擠壓區(qū)，這區(qū)域的的土體得到有效的壓縮，密度從而得到有效提升，使得土體成為持力層。而且散體材料的加入以及形成排水通道，促進了土體的排水固結(jié)效果，這效果從實踐情況來看，要比普通強夯法效果明顯。最下部區(qū)域為強夯影響區(qū)，該區(qū)域的土體同樣受到強夯作用，而且隨著時間長久，該區(qū)域土體強度也得到有效的提高。

3．強夯置換應(yīng)用技術(shù)

對于工程軟基中采取樁式置換采取施打夯孔，從工程實踐來看，夯孔的施打應(yīng)當采取隔孔分序跳打方式，以某工程為例，該工程采用圓柱形夯錘按夯點的布置和夯擊順序夯出夯坑，每個夯孔的深度控制在1.5-2.0m，第一夯遍至控制深度后，在夯坑內(nèi)充填石渣，石渣最大粒徑小于30cm；將夯坑填滿后再進行第二次夯擊，在夯坑深度又出現(xiàn)1.5-2.0m時，通過灌填石渣至地面，再夯擊第三次，將夯坑夯擊1m左右深度后，再用石渣充填平地面后用振動輾輾壓三遍。夯擊時，第一、二遍每夯點夯擊6擊左右，第三遍夯擊3擊，并以最后一擊夯沉量不超過5cm為控制值。

（1）對于樁式強夯置換施工中材料選取，應(yīng)當滿足樁體可以通過依靠自身骨料的內(nèi)摩擦角和樁間土的例限來維持樁身的平衡。因此，所選取的材料首先應(yīng)當要求具有較高的抗剪性能，適宜選取級配良好的石渣等粗顆粒骨料。同時，為了能有效地確保樁體的整體性、密實性以及透水性，充填材料的最大粒徑適宜小于1/5的夯錘底面直徑，而且要求材料中的含泥量應(yīng)當小于10％。

（2）采取樁式強夯置換施工過程中，對于強夯置換深度的大小與強夯置換的夯擊能量和夯錘的底面積應(yīng)當密切相關(guān)。工程中，對于單擊夯擊能量越大，則強夯產(chǎn)生的有效影響加固深度也越深，強夯擠密區(qū)域也越大，夯坑深度相應(yīng)也較深。而且，在一定強夯范圍內(nèi)，通過提高單點夯擊能，則能有效地提高置換加固的效果。從工程試驗效果也表明，對于該方法中夯擊能越大，置換深度越深；在單擊夯擊能與置換次數(shù)相同的情況下，強夯置換深度與第一次置換夯坑的深度成正比，即要獲取較深的置換深度，應(yīng)加大第一退夯擊的總夯擊能，以獲得較深的夯坑深度。另外，隨著強夯置換次數(shù)的不斷增多，散體材料樁的樁徑和置換深度及強夯擠密區(qū)都增大，但置換深度和強夯擠密區(qū)的增大較樁徑的變化更顯著。顯然通過增加置換次數(shù)，同有效地改善軟土地基承載性狀，同時減小沉降變形。從工程實踐經(jīng)驗情況來表明，對于一般工程中可采用3—5遍的置換次數(shù)，對于地基承載力要求高，或者置換深度要求較深時，則應(yīng)當采取較大的置換遏數(shù)。

（3）在夯擊能量和地質(zhì)條件一定的情況下，夯坑夯擊深度同單位底面積的夯擊能量與單位面積錘底靜壓力密切相關(guān)，也即與夯錘底面積有關(guān)。夯錘底面積越小，對地基的楔入效果和貴人力就越大，夯擊后獲得的置換深度就越深。因此，強夯置換與普通強夯相比，宜采用錘底面積較小的夯錘，一膠夯錘底面直徑宜控制在2m以內(nèi)。

（4）樁式強夯置換法可采取三角形或者長方形來布置夯點，對于夯點間距可根據(jù)置換土體的性質(zhì)以及上部結(jié)構(gòu)的形式而再進一步確定。從工程實踐效果來看，夯點距離一般取1.5-2.0倍的夯錘底面直徑，對于土質(zhì)較差、要求置換深度較深及承載力要求較深時，則夯點間距適當加密。對于一般堆場，水池、倉庫、儲罐等地基，夯點間距可適當加大些。為了有效地防止夯擊時吸錘現(xiàn)象，強夯時擊穿事故、防止夯坑內(nèi)涌進淤泥或水，強夯置換前宜在軟土表明鋪設(shè)2m以上的碎石墊層，同時也利于強夯機械在軟土表上的行走。

4．工程實例

某工程堆料場面積約50萬m²，設(shè)計年堆存處理、運輸鐵礦石和其他冶煉用原料量約615萬t共有堆料場8塊，每塊而積3.8—4.1萬m²，其中礦石堆料場地面設(shè)計荷載為325kN/m²，混勻料場地面設(shè)計荷載為310kN/m²。原料場地面回填整乎后要增加地面荷載約26kN/m²，所以天然地基顯然不能滿足使用要求，必須進行地基處理。經(jīng)研究確定采取強夯置換法對該工程采取地基加固處理。

5．沉降觀測與加固效果

本工程共設(shè)置沉降觀測標21個（其中永久性沉降標9個），觀測儀器用N-2水準儀，達到二等水準的觀測水平。從觀測結(jié)果看，完全能滿足差異沉降小于1/1000、彎沉盆差小于5cm的要求。通過對強夯置換法采取現(xiàn)場施工試驗后，在特定的地質(zhì)條件下，通過采用強夯置換加固地基，人工雜填土和淤泥土層的設(shè)計方案在技術(shù)上是可行的，而且具有客觀的經(jīng)濟效益。通過試驗結(jié)果表明，強夯塊石墩和塊石墊層復(fù)合地基加固效果明顯，可以達到結(jié)構(gòu)對地基承載力和變形的技術(shù)要求?？紤]墊層密實和地面夯沉兩部分，設(shè)計要求道槽填挖方計算時考慮平均預(yù)留夯沉量為35cm，即土基標高＝設(shè)計道槽標高-65cm，實測土基標高平均3.61m比設(shè)計土基標高平均3.43m抬高約18cm，僅此一項節(jié)約山皮土6.6萬噸，節(jié)約資金250萬元。

6．結(jié)語

文章通過結(jié)合某軟基工程施工實例，通過對該軟基采取強夯置換法施工技術(shù)，從工程實踐效果表明，采用強夯塊石墩及塊石墊層復(fù)合地基綜合加固，人工雜填土和淤泥土層的設(shè)計方案在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是合理的，可值得為同類工程所推廣。

參考文獻

[1]張慶華，畢秀麗.強夯法加固機理與應(yīng)用[M].濟南:山東科學(xué)技術(shù)出版社，2003．

[2]鄭穎人，陸新，李學(xué)忠等.強夯加固軟黏土地基的理論與工藝研究[J].巖土工程學(xué)報，2006，27(03):31～33．

[3]費香澤，王釗，周正兵.強夯加固深度的試驗研究[J].四川大學(xué)學(xué)報，2008，31(09):57～58．