強(qiáng)夯置換法在高速公路軟土地基處理中的應(yīng)用

李德勝

（貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽550001）

0 引言

強(qiáng)夯置換法是在重錘夯實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展而來一種動(dòng)力加固地基的方法。它使用吊升設(shè)備將很重的錘提升到一定高度使其自由落下，利用沖擊能重復(fù)夯擊鋪在軟土表面的碎、礫石墊層，將其擠入軟土層內(nèi)，占據(jù)軟土位置，起到置換作用，從而在一定范圍內(nèi)提高地基的承載能力，使其壓縮性降低，同時(shí)改善地基的受力性能。多年的應(yīng)用表明，該方法的適用性強(qiáng)，加固效果顯著，可有效加固高速公路軟土路基。

1 強(qiáng)夯置換加固原理

由強(qiáng)夯置換法施工原理可知，塊石中的孔隙可為土中孔隙水的排除提供良好的通道，從而縮短了軟土的排水固結(jié)時(shí)間，達(dá)到提高地基土的強(qiáng)度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性土的濕陷性等目的。

2 施工范圍及優(yōu)缺點(diǎn)

強(qiáng)夯置換法是對(duì)強(qiáng)夯法的發(fā)展。強(qiáng)夯法僅用于處理砂土和碎石土地基，即主要適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基的處理，但對(duì)飽和度極高的粘性土，由于超空隙水壓力的存在，處理效果不夠顯著，尤其是用以加固淤泥和淤泥質(zhì)土地基。針對(duì)這類地基土，則采用強(qiáng)夯置換法，它可以有效解決飽和度極高的粘性土和淤泥質(zhì)條件下的地基承載問題。

強(qiáng)夯置換法對(duì)處理3～7m軟土層有一定的經(jīng)濟(jì)性及可靠性，其優(yōu)點(diǎn)有：相對(duì)挖除換填可減少棄土占用耕地面積；減少砂石料用量；相對(duì)其他軟土路基處理方式，成本較低、加固效果明顯、操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是噪音和振動(dòng)較大，不宜在人口密集的城市及居民區(qū)使用。

3 施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

現(xiàn)場(chǎng)勘察場(chǎng)地，并結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，確定需要強(qiáng)夯置換部位。熟悉圖紙等技術(shù)文件，編制詳細(xì)的施工方案，進(jìn)行技術(shù)安全交底。清除場(chǎng)地表土，滿足填筑透水性材料的要求。施工機(jī)械、現(xiàn)場(chǎng)人員及材料齊備，具備開工條件。

3.2 墊層鋪填及夯區(qū)整平

根據(jù)設(shè)計(jì)要求的置換厚度，選擇合適的材料（對(duì)于路基來說一般是砂礫、碎石等透水性材料）鋪筑墊層，并用推土機(jī)、平地機(jī)等對(duì)填料進(jìn)行整平。

3.3 定位放線

現(xiàn)場(chǎng)用全站儀放樣出中線、邊線，并選擇夯點(diǎn)，主夯點(diǎn)橫縱向間距均為6m，副夯點(diǎn)每?jī)蓚€(gè)主夯點(diǎn)間布置一個(gè)，用白灰標(biāo)注夯點(diǎn)，以便尋找。

3.4 參數(shù)確定

（1）夯擊能的確定

根據(jù)工程所需的夯擊能和選定的錘重，可確定相應(yīng)的夯錘落距。開工前，應(yīng)檢查夯錘的質(zhì)量和落距。施工過程中，落距應(yīng)通過鋼絲繩長(zhǎng)度鎖定控制，并在鋼絲繩上做出落距標(biāo)志。施工過程中對(duì)夯錘落距的偏差一般要求控制在30cm以內(nèi)。

（2）夯點(diǎn)間距及布點(diǎn)形式

強(qiáng)夯置換布點(diǎn)形式應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)形狀和寬度按照梅花形布置。第一遍夯擊點(diǎn)間距可取夯錘直徑的2.5～3.5倍，第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間。

（3）標(biāo)高控制

開工后，首先對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行清理、整平。在標(biāo)出夯點(diǎn)位置后，對(duì)夯點(diǎn)逐個(gè)進(jìn)行夯前標(biāo)高測(cè)量。待強(qiáng)夯整平結(jié)束后，一定要確保夯后標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。

3.5 試夯

（1）施工前，應(yīng)先對(duì)設(shè)計(jì)提出的強(qiáng)夯參數(shù)或其他替代方案進(jìn)行試夯。根據(jù)設(shè)計(jì)單位初步確定的參數(shù)提出試驗(yàn)方案，在施工現(xiàn)場(chǎng)有代表的場(chǎng)地上選取一個(gè)或幾個(gè)試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行試夯或試驗(yàn)性施工。

（2）通過試夯，以驗(yàn)證本工藝加固處理的可行性，確定最佳夯擊能、最佳夯擊數(shù)、夯坑間距、間隔周期、地面變形量以及填料的最優(yōu)級(jí)配要求和填料量等參數(shù)，用于指導(dǎo)大面積的施工。

（3）強(qiáng)夯置換夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)除應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試確定外，應(yīng)滿足兩擊的平均夯沉量符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，且地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）經(jīng)檢測(cè)滿足要求后，提交強(qiáng)夯置換試驗(yàn)段報(bào)告，經(jīng)批復(fù)后用于指導(dǎo)大面積施工。

3.6 全面強(qiáng)夯施工

根據(jù)試夯結(jié)果，確定夯擊參數(shù)，并據(jù)此進(jìn)行大面積強(qiáng)夯施工，直至最后兩遍的沉降量滿足設(shè)計(jì)要求。

3.7 平整場(chǎng)地并再次強(qiáng)夯

對(duì)強(qiáng)夯后的夯點(diǎn)填筑適量透水性材料，布置夯點(diǎn)在整個(gè)段落滿夯一遍，再次整平碾壓，并結(jié)束該段落的強(qiáng)夯置換工作。

一般認(rèn)為，為減弱強(qiáng)夯置換過程中對(duì)土層的擠壓和隆起效應(yīng)，置換點(diǎn)可采用2、3 遍交叉布置，每遍呈正方形或排與排之間交錯(cuò)布置，最后再進(jìn)行滿夯。滿夯的目的是加固地基表層的密實(shí)度。從大面積復(fù)合地基受力性狀的合理性來看，經(jīng)過2～3 次置換施工后，置換點(diǎn)呈梅花形或正方形布置比較合理，而以前者更好。夯擊點(diǎn)的間距應(yīng)根據(jù)要達(dá)到的承載力大小和原狀土的抗剪度確定，必要時(shí)采取較小的間距。

4 控制要點(diǎn)

4.1 填料控制

對(duì)于強(qiáng)夯置換法，整體置換法宜采用級(jí)配良好、最大粒徑不超過1m、結(jié)構(gòu)密實(shí)、不透淤泥、抗剪強(qiáng)度高的塊石或石渣；樁式置換法宜采用級(jí)配良好、粒徑大于0.3m 的顆粒含量不超過30%、抗剪強(qiáng)度高的塊石、碎石、石渣、建筑垃圾等粗顆粒材料。

4.2 機(jī)械控制

確保夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)中心，控制夯錘的落距及下落平穩(wěn)性。提升夯錘后應(yīng)回填夯坑至原地面高程。若有傾斜夯坑，則應(yīng)及時(shí)填平，使夯擊能向深處傳遞，減小水平向損失。

4.3 技術(shù)控制

認(rèn)真記錄每一擊的夯沉量和周圍土的隆起量，當(dāng)隆起量大于0.25倍的夯沉量時(shí)，應(yīng)停止夯擊。以“軟土地基不破壞上部土體結(jié)構(gòu)”為原則，做到：夯坑周圍土體沒有明顯隆起；夯坑深度不會(huì)造成提錘困難；前一擊的夯沉量大于后一擊。

土體含水率對(duì)強(qiáng)夯效果有很大影響。一般在施工中將含水量控制在最佳含水量的98%～102%?？梢圆捎蒙皦|層、袋裝砂井、塑料板排水法等排水措施，降低孔隙水壓力。

強(qiáng)夯施工，必須嚴(yán)格按照試驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行控制。夯擊深度應(yīng)用水準(zhǔn)儀測(cè)量控制。每夯擊一遍后，應(yīng)測(cè)量場(chǎng)地平均下沉量，然后將夯坑填平，方可進(jìn)行下一道夯實(shí)，施工平均下沉量必須符合設(shè)計(jì)要求。強(qiáng)夯時(shí)，首先應(yīng)檢驗(yàn)夯錘是否處于中心，若有偏心，應(yīng)采取在錘邊焊鋼板或增減混凝土等辦法使其平衡，防止夯坑傾斜。夯擊時(shí)，落錘應(yīng)保持平穩(wěn)，夯位正確。如錯(cuò)位或坑底傾斜度過大，應(yīng)及時(shí)將坑整平，予以補(bǔ)夯后方可進(jìn)行下一道工序。強(qiáng)夯結(jié)束后表層會(huì)有0.4～0.5m厚的擾動(dòng)層，屬于薄弱層，強(qiáng)夯結(jié)束后鋪筑墊層用壓路機(jī)碾壓。

4.4 安全控制

強(qiáng)夯地點(diǎn)在距離建筑物較近時(shí)，應(yīng)采取必要的防震措施，比如設(shè)防震溝，具體的設(shè)計(jì)尺寸由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)決定。高速公路路基兩側(cè)設(shè)隔離溝，防止強(qiáng)夯置換損壞周邊農(nóng)田。

4.5 質(zhì)量檢測(cè)

強(qiáng)夯施工結(jié)束后，等待一段時(shí)間后對(duì)加固地基進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。除進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)檢測(cè)承載力和變形模量外，采用超重型或重型動(dòng)力觸探測(cè)驗(yàn)置換墩著底情況及承載力與密度隨深度的變換；置換粒料墩的直徑和深度還可采用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)。

5 結(jié)語

強(qiáng)夯置換法是對(duì)強(qiáng)夯工藝的發(fā)展和加強(qiáng)。該工藝有地基加固效果較好、施工工藝簡(jiǎn)便、造價(jià)低等特點(diǎn)，在今后的高速公路工程中將會(huì)被更加廣泛的應(yīng)用。

[1] 趙一哲，高云濤，周繼彤.強(qiáng)夯置換法加固軟土路基的工程實(shí)踐[J]. 遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2006，（3）：23-24.

[2] 徐建軍，鄭文軍，吳光熊.武廣客運(yùn)專線軟弱地基強(qiáng)夯置換的試驗(yàn)研究[J].路基工程，2007，（4）：67-68.

[3] 郭文東. 強(qiáng)夯置換法加固填土地基的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，2006，（S1）：12-13.