強(qiáng)夯置換法在沿印松高速公路軟基處理中的應(yīng)用研究

劉一君

(貴州陸通工程管理咨詢(xún)有限責(zé)任公司，貴陽(yáng) 550014)

高速公路是封閉的專(zhuān)供汽車(chē)分道分向行駛的快速公路。為確保汽車(chē)安全快速行駛，高速公路路線(xiàn)平縱面指標(biāo)相對(duì)較高。為保證高速公路路線(xiàn)的合理性，尤其復(fù)雜條件下的安全性、舒適性、美觀性，則不可繞避山嶺、峰巒、溝壑、江河。高速公路穿越溝谷、灘涂時(shí)，沿線(xiàn)往往分布有斜坡、堆積體、軟土等不良地質(zhì)，須做特殊處理。特殊路基特別是軟土路基的地基處理，優(yōu)選工期短、費(fèi)用低、效果好的處理方法，可達(dá)到顯著的處理效果。強(qiáng)夯置換適用于高飽和度的粉土與軟塑-流塑的粘性土地基上對(duì)變形要求不嚴(yán)格的工程[1]。經(jīng)強(qiáng)夯置換處理的軟土地基，提高了地基強(qiáng)度，改善了排水條件[2]，該方法已在軟弱地基處理中有所應(yīng)用[3]。

本文結(jié)合強(qiáng)夯置換機(jī)理和具體施工方法，對(duì)貴州沿印松高速公路TJ-7合同段強(qiáng)夯置換處理軟土地基進(jìn)行全過(guò)程總結(jié)探討，對(duì)強(qiáng)夯置換法的處理效果及適用性進(jìn)行深入研究。

1 強(qiáng)夯置換原理

對(duì)砂土、粉砂土、非飽和粘性土等軟土地基的處理，采用強(qiáng)夯法通過(guò)巨大的夯擊能可改變軟土地基的力學(xué)性能，提高軟土地基的土體密度，處理后的軟土地基能發(fā)揮應(yīng)具備的持力作用。但對(duì)顆粒細(xì)小和孔隙間飽含的水分不易排出的軟塑-流塑狀粘性土，或飽和的淤泥、淤泥質(zhì)土地基的處理，采用強(qiáng)夯法地基性能反而不見(jiàn)改變，甚至出現(xiàn)軟彈和隆起。

強(qiáng)夯法處理飽和粘性土地基時(shí)，在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石等粗顆粒材料后，再利用夯錘夯擊，形成連續(xù)的強(qiáng)夯置換墩[4]。置換墩能加快軟土中孔隙水壓力的消散，能加速地基的固結(jié)，且與地基土共同承受荷載，置換處理后的軟土地基同樣能夠發(fā)揮應(yīng)具備的持力作用。強(qiáng)夯置換法將強(qiáng)夯與置換完美結(jié)合在一起，彌補(bǔ)了單純的強(qiáng)夯法不能加固飽和軟粘土地基的不足[5]。其原理如圖1所示。

從圖1可見(jiàn)，強(qiáng)夯時(shí)夯錘自高處落下，在重力作用下夯錘接觸地面瞬間砸入地基軟土中，釋放出巨大能量，軟土地基出現(xiàn)以下情況：

1) 位于夯錘底的軟土直接承受夯錘的巨大沖擊力，體積急劇壓縮并急速下移，密度隨之增大，在夯坑底部形成沖擊密實(shí)區(qū)，如圖1(a)中B部位。

(a) 形成夯坑

2) 位于夯錘側(cè)面周?chē)能浲潦艿胶诲N瞬間的巨大沖擊力發(fā)生豎向剪切破壞，被迅速排開(kāi)向夯錘側(cè)面周?chē)鷶D壓形成夯坑，如圖1(a)中A部位，夯坑周?chē)蔀閿D壓密實(shí)區(qū)。

3) 向圖1(a)中A部位的夯坑回填粗顆粒材料，如圖1(b)所示，填料后再夯擊，填料隨之下沉形成新的夯坑，如圖1(c)所示。

4) 向圖1(c)中新的夯坑回填粗顆粒材料后再夯擊，重復(fù)夯擊、重復(fù)填料，地基軟土不斷被排開(kāi)，填料不斷在軟土中下沉，如圖1(d)所示。

5) 通過(guò)重復(fù)夯擊、重復(fù)填料，填料最終穿過(guò)軟土層，下沉至較硬土層，形成強(qiáng)夯置換墩，置換墩周?chē)浲恋玫脚潘探Y(jié)、擠密加固，如圖1(e)所示。

2 強(qiáng)夯置換工程實(shí)例

2.1 工程簡(jiǎn)況

1) 特殊地質(zhì)

沿印松高速公路處于云貴高原向湘西丘陵過(guò)渡斜坡地帶，以中低山和低山為主，受淺切中低山地形及地質(zhì)構(gòu)造影響，形成平行的山嶺與谷地，山間谷地地表被粘土覆蓋，水系發(fā)育，局部分布淤泥質(zhì)軟土。路線(xiàn)沿山間斜坡及洼地布設(shè)，山間斜坡存在邊坡失穩(wěn)或開(kāi)挖易形成順層邊坡問(wèn)題；在洼地、稻田及山間溝槽分布的粘性土長(zhǎng)期被水浸泡、沉積，經(jīng)生物、化學(xué)作用形成軟塑-流塑狀，局部含有機(jī)質(zhì)，粘土中的礦物具有較強(qiáng)的親水性和表面活動(dòng)性，承載力低，易產(chǎn)生不均勻沉降。

2) 工程概況

合同段內(nèi)K72+220～K72+570、K72+620～K72+730、K72+830～K73+080共有3段長(zhǎng)710 m深度大于3 m的軟土地基，均為路線(xiàn)通過(guò)低洼水田段，基本為路基區(qū)域上覆沖洪積層淤泥質(zhì)粘土，呈軟塑-流塑狀，或?yàn)闆_洪積層粘性土，軟塑狀，最深處有6 m以上，且具有含水量大、孔隙比大、壓縮系數(shù)高、強(qiáng)度低等軟土特性及特殊工程地質(zhì)性質(zhì)的流變性和觸變性。路線(xiàn)均以填方路基形式通過(guò)，填方高度5 m～8 m。若直接填筑路基，則易產(chǎn)生沉降和滑移，甚至出現(xiàn)沉陷或失穩(wěn)。

2.2 軟土地基處理

2.2.1 設(shè)計(jì)處理方案

采用強(qiáng)夯置換成墩法處理，置換墩長(zhǎng)度為5.5 m、6.5 m兩種，直徑均為3 m，墩間中到中距離均為5 m，正三角形布置，處理至路堤坡腳線(xiàn)外3 m范圍。置換材料采用級(jí)配合理的片塊石、碎石或其它硬質(zhì)粗顆粒材料，粒徑不大于夯錘底面直徑的1/5、大于300 mm的顆粒含量不超過(guò)總量的30%，含泥量小于10%[6]；處理深度為置換墩穿透軟土層并達(dá)到較硬土層上[7]。處理后復(fù)合地基承載力fspk≥160 kPa，單墩承載力特征值fak≥320 kPa；置換墩密實(shí)度大于中密(N63.5≥10)；填筑的路基工后沉降及填方穩(wěn)定性符合規(guī)定。強(qiáng)夯置換墩布置如圖2所示。

圖2 強(qiáng)夯置換墩布置

2.2.2 設(shè)備選型

1) 夯錘

(1) 在起重能力許可情況下，宜采用重錘[8-9]；(2) 根據(jù)置換墩直徑3 m的處理方案及置換墩的計(jì)算直徑，可取夯錘直徑的1.1～1.2倍的規(guī)范規(guī)定，夯錘選用直徑2.5 m的圓形夯錘；(3) 地基軟土可能擴(kuò)大或縮小置換范圍，加大或減小墩體擴(kuò)散，備選同重量、同類(lèi)型直徑2 m的圓形夯錘，試夯時(shí)檢驗(yàn)墩體成型；(4) 為提高夯擊效果，直徑2 m和2.5 m夯錘底面均對(duì)稱(chēng)設(shè)置400 mm孔徑與頂面貫通的排氣孔4個(gè)，以利夯錘著地時(shí)能夠迅速排出夯坑內(nèi)的空氣，起錘時(shí)減小夯坑底的吸附；(5) 夯錘重40 t，可達(dá)到較大的夯擊能。

2) 起重機(jī)

(1) 為適配選用的夯錘，起重設(shè)備按額定起重量不超過(guò)夯錘重量、起重能力不低于夯錘重的1.5～2.0倍配置，直徑2 m和2.5 m夯錘均重40 t，起落高度15 m～25 m；(2) 選用600型液壓履帶式強(qiáng)夯機(jī)起重能力可達(dá)夯錘重的1.5倍；(3) 選用800型液壓履帶式強(qiáng)夯機(jī)起重能力可達(dá)夯錘重的2.0倍；(4) 起重設(shè)備帶自動(dòng)脫鉤裝置，保證起夯時(shí)不滑鉤，脫鉤靈活快捷，掛鉤方便迅速。

2.2.3 參數(shù)預(yù)設(shè)

1) 錘底靜壓力

夯錘底靜接地壓力值按夯錘在靜止?fàn)顟B(tài)下夯錘重與錘底接觸地面面積之比計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，直徑2 m和2.5 m夯錘錘底靜壓力分別為152 kPa和91 kPa，均符合夯錘底靜接地壓力值宜大于80 kPa的規(guī)范規(guī)定。

2) 地面抬高值

按長(zhǎng)度和直徑計(jì)算，一個(gè)置換墩的體積分別約39 m3和46 m3。強(qiáng)夯置換后，土體被擠密，部分軟土被擠入置換墩內(nèi)，但地面仍會(huì)隆起并抬高。按處理方案布置強(qiáng)夯置換墩，結(jié)合地基軟土特性與現(xiàn)場(chǎng)土樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析一個(gè)置換墩完成后可能隆起的范圍和面積，計(jì)算地面預(yù)計(jì)會(huì)抬高約0.93 m和1.09 m。

3) 夯擊能

夯擊能由有效加固深度確定[10]，單擊夯擊能的計(jì)算為夯錘重與夯錘落距相乘。選定的夯錘重40 t，15 m落距單擊夯擊能可達(dá)到6 000 kN·m，20 m落距單擊夯擊能可達(dá)到8 000 kN·m。

為獲得較大的落地速度，減少消耗在地表塑性變形的能量，盡可能提高夯錘落距，重40 t夯錘如配置800型強(qiáng)夯機(jī)，夯錘落距可超過(guò)20 m，單擊夯擊能有望超過(guò)8 000 kN·m。

4) 夯擊次數(shù)

夯擊數(shù)為夯坑土層液化、周?chē)∑饑?yán)重逼迫停夯時(shí)的擊數(shù)；強(qiáng)夯置換的夯擊數(shù)為置換墩穿過(guò)地基軟土層且達(dá)到設(shè)計(jì)墩長(zhǎng)、累計(jì)夯沉量為設(shè)計(jì)墩長(zhǎng)的1.5～2.0倍、單擊夯擊能6 000 kN·m～8 000 kN·m能級(jí)最后2擊的平均夯沉量小于150 mm等條件下的擊數(shù)。夯擊數(shù)通過(guò)試夯確定，夯擊次數(shù)擬在20～30擊。

5) 夯擊遍數(shù)

根據(jù)地質(zhì)勘探資料結(jié)合地基軟土特性，夯擊遍數(shù)擬定為2遍。如果地基軟土的滲透性太差或偏好，夯擊遍數(shù)可增加或減少1遍，但不能出現(xiàn)翻漿軟彈。2遍之間的間歇時(shí)間擬在14 d～21 d，以試驗(yàn)性處理測(cè)得地基軟土孔隙水壓力的消散時(shí)間為準(zhǔn)，該間歇時(shí)間是保證強(qiáng)夯置換效果的關(guān)鍵。

2.2.4 試驗(yàn)性處理

1) 試驗(yàn)段選擇

根據(jù)選用的設(shè)備型號(hào)和預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)選取有代表性的試驗(yàn)段進(jìn)行試驗(yàn)性處理，檢驗(yàn)置換效果，確定工藝參數(shù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)軟土地基分布、置換墩長(zhǎng)度等因素，選擇K72+220～K72+570段設(shè)計(jì)墩長(zhǎng)6.5 m范圍、便道易接入段落進(jìn)行試驗(yàn)性處理。

2) 試吊

重40 t夯錘采用600型強(qiáng)夯機(jī)起吊，夯錘提升高度13.9 m，達(dá)不到15 m～25 m落距，單擊夯擊能小于6 000 kN·m。改用800型強(qiáng)夯機(jī)起吊，夯錘可提升到21.2 m，單擊夯擊能可超過(guò)8 000 kN·m。

3) 試夯

直徑2 m和2.5 m夯錘分別試夯。試夯時(shí)，將夯錘起吊至預(yù)定的20 m高度開(kāi)始夯擊，起錘困難時(shí)暫停夯擊，回填夯坑后再夯擊。開(kāi)夯后都出現(xiàn)了歪夯、起錘困難，將夯錘高度加高0.5 m，并在夯錘邊緣加焊鋼板，歪夯和起錘困難大為減少。

4) 試驗(yàn)性處理

現(xiàn)場(chǎng)放樣試驗(yàn)墩墩位并編號(hào)，放樣的墩位設(shè)置可靠標(biāo)志。夯前將塔尺立于夯錘頂，測(cè)量錘頂標(biāo)高，夯擊1次測(cè)量1次，前后2次測(cè)得的差值為此擊的夯沉量；逐擊記錄夯坑深度、填料用量、夯沉量。最后2擊的平均夯沉量小于150 mm時(shí)停夯。

在試驗(yàn)區(qū)域中心位置鉆孔，安放孔隙水壓力計(jì)，測(cè)量各深度的孔隙水壓力，確定地基軟土孔隙水壓力消散時(shí)間，以此確定夯擊遍數(shù)。

5) 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)性處理完成后，檢查夯擊次數(shù)，檢測(cè)試驗(yàn)墩著底及密實(shí)度與單墩承載力，整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出試驗(yàn)結(jié)果，如表1所示。

試驗(yàn)墩逐擊記錄數(shù)據(jù)顯示，軟土地基表層及上層的夯沉量最大，首夯形成的夯坑最深，填料后往下逐擊下沉變緩，夯沉量逐擊減小，接近墩底或穿過(guò)軟土層后更為緩慢。試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)反映出：填料用量與墩體體積、累計(jì)夯沉量與墩體長(zhǎng)度均存在內(nèi)在關(guān)系；依據(jù)填料用量可推算墩體體積與置換長(zhǎng)度，并可預(yù)判墩體密實(shí)度與著底。

表1夯擊試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)表明，直徑2 m和2.5 m夯錘累計(jì)夯沉量和最后2擊平均夯沉量的夯擊數(shù)分別為19～23擊和25～27擊；累計(jì)夯沉量11.232 m～12.245 m，為設(shè)計(jì)墩長(zhǎng)的1.7～1.9倍，直徑2.5 m夯錘成墩填料用量與墩體體積的倍數(shù)與之基本一致，2 m夯錘成墩填料用量與墩體體積的倍數(shù)與之偏小較多，反映出直徑2 m夯錘成墩墩徑達(dá)不到3 m；最后2擊平均夯沉量40 mm～46 mm。夯擊試驗(yàn)時(shí)，孔隙水壓力計(jì)測(cè)得地基軟土孔隙水壓力夯擊1遍后需16 d才能完全消散；試驗(yàn)墩夯擊2遍，每遍填料2～3次。

表1 試驗(yàn)墩夯擊記錄Table 1 Ramming records of test piers

重型動(dòng)力觸探檢查表明，試驗(yàn)墩長(zhǎng)度6.6 m～6.8 m，墩底已穿透軟土層；單墩承載力500 kPa以上，墩體密實(shí)度中密以上；測(cè)量試驗(yàn)段地面抬高0.97 m，較預(yù)估地面抬高值小，有效夯沉量反映出置換效果較好。

由以上試驗(yàn)成果確定強(qiáng)夯置換采用直徑2.5 m夯錘成墩，夯錘起落高度19.5 m～20.0 m，夯擊擊數(shù)25～27次，夯擊遍數(shù)2遍，2遍之間的間隔時(shí)間16 d，停夯標(biāo)準(zhǔn)為最后2擊平均夯沉量40 mm～46 mm，強(qiáng)夯置換后地面抬高0.97 m左右。

2.2.5 地基處理

1) 場(chǎng)地整理

軟土特性決定了強(qiáng)夯置換前一般無(wú)法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效的清理和整平，處理時(shí)隨施工便道逐步向處理區(qū)域推進(jìn)，用置換材料填平場(chǎng)地，粗略整理后能夠承受機(jī)械荷載、便于設(shè)備移動(dòng)；地表如為極其軟弱的淤泥質(zhì)腐殖質(zhì)粘土，且地下水位較高，不能承載機(jī)械設(shè)備，除用置換材料回填場(chǎng)地外，現(xiàn)場(chǎng)沿永久排水位置采取臨時(shí)措施疏排降低地下水位，改善場(chǎng)地環(huán)境，便于設(shè)備就位。

2) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

(1) 在填平的場(chǎng)地上按照設(shè)計(jì)處理方案放樣布點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)出墩位位置，測(cè)量場(chǎng)地標(biāo)高與墩位高程；(2) 每1個(gè)置換墩夯擊前測(cè)量夯錘落距，每1遍夯擊前檢查夯坑位置，完成后復(fù)核墩位；(3) 夯擊時(shí)，測(cè)量夯擊深度記錄夯沉量，填料后重新放樣并標(biāo)出墩位；(4) 停夯時(shí)，測(cè)量最后2擊的平均夯沉量；(5) 強(qiáng)夯置換完成后，測(cè)量處理段的場(chǎng)地標(biāo)高，復(fù)核地面抬高值。

3) 強(qiáng)夯置換

(1) 一般地段置換

夯擊前，檢查起重設(shè)備及滑輪組、脫鉤裝置，在起吊鋼絲繩上設(shè)置高度標(biāo)記；設(shè)備就位后，夯錘置于現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)出的墩位位置；每1擊夯錘起吊到設(shè)定的高度后啟動(dòng)脫鉤裝置，夯錘自由下落沖切場(chǎng)地填料形成夯坑；夯擊時(shí)，夯錘保持平穩(wěn)下落，墩位無(wú)明顯錯(cuò)位，夯坑無(wú)過(guò)大傾斜；如夯坑傾斜過(guò)大起錘困難，填平夯坑后再夯擊。

夯坑成形后，測(cè)量夯坑深度和坑口直徑，計(jì)算夯坑容積后向坑內(nèi)填料，記錄填料數(shù)量，整平后落錘夯擊；墩位周?chē)浲翑D出影響強(qiáng)夯置換時(shí)，清理并回填填料后繼續(xù)夯擊；填料一般控制在2～3次，每次2.5 m～3 m，如地質(zhì)條件太差可增加填料次數(shù)；填料時(shí)，夯坑深度一般不小于2 m，夯坑過(guò)深起錘困難時(shí)，回填夯坑后再夯擊；夯擊形成的夯坑，深度一般為夯錘直徑的1～2倍，回填時(shí)分次向夯坑內(nèi)填料。

(2) 特殊地段置換

部分段落或個(gè)別墩位如夯坑壁無(wú)液化、夯坑內(nèi)無(wú)明顯滲水、地面無(wú)異常隆起，現(xiàn)場(chǎng)可連續(xù)夯擊、填料、再夯擊，可直接達(dá)到置換深度，夯擊遍數(shù)則減少為1遍，但停夯標(biāo)準(zhǔn)仍以最后2擊的平均夯沉量和夯坑周?chē)孛娴穆∑鹆俊⒑豢由疃葘?duì)起錘的影響等控制。

(3) 夯擊與停夯

為獲得足夠的單擊夯擊能，重在控制夯錘落距，用鎖定鋼絲繩長(zhǎng)度或在鋼絲繩上做固定標(biāo)記等方法加以控制，落距偏差一般0.3 m～0.5 m。置換深度達(dá)到較硬土層，最后2擊平均夯沉量如未達(dá)到停夯標(biāo)準(zhǔn)，但地面無(wú)過(guò)量隆起，無(wú)夯坑過(guò)深影響起錘，表明地基土的壓縮性仍較高可繼續(xù)夯擊；夯錘與夯坑壁摩阻力過(guò)大或出現(xiàn)吸錘時(shí)，填料后再夯擊，直至達(dá)到停夯標(biāo)準(zhǔn)；最后低能量滿(mǎn)夯使其表層平整、密實(shí)[11]。

用獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)得的孔隙水壓力消散時(shí)間控制強(qiáng)夯置換。完成1個(gè)置換墩后，移動(dòng)設(shè)備至下一個(gè)墩位繼續(xù)置換，完成的強(qiáng)夯置換墩達(dá)到要求的置換效果。如個(gè)別段落或個(gè)別墩位地面出現(xiàn)過(guò)大隆起、翻漿軟彈、起錘困難，立即停止夯擊，回填夯坑待孔隙水壓力消散后再夯擊，同時(shí)減少相鄰置換墩的夯擊次數(shù)，增加孔隙水壓力的消散時(shí)間。

2.3 工程檢驗(yàn)

強(qiáng)夯置換過(guò)程中，檢查現(xiàn)場(chǎng)記錄和測(cè)試數(shù)據(jù)；強(qiáng)夯置換完成后，檢查置換墩著底與密實(shí)度、單墩承載力；軟基處理結(jié)束28 d后，檢驗(yàn)地基承載力。置換墩密實(shí)度、單墩承載力的檢驗(yàn)數(shù)量為總墩數(shù)的2‰，且不少于3根；墩間土強(qiáng)度每3 000 m2檢驗(yàn)6點(diǎn)。

1) 采用動(dòng)力觸探法隨機(jī)檢測(cè)，結(jié)合側(cè)壁摩阻力和摩阻比與深度關(guān)系曲線(xiàn)，土層自上而下分為2層：軟塑狀淤泥質(zhì)粘土最厚5.7 m，可塑狀紅粘土5.0 m～9.7 m、局部12.8 m以上，與地質(zhì)勘察報(bào)告基本一致；檢測(cè)的強(qiáng)夯置換墩已穿過(guò)淤泥質(zhì)粘土層、到達(dá)可塑狀紅粘土層。

2) 采用動(dòng)力觸探法隨機(jī)檢驗(yàn)3個(gè)強(qiáng)夯置換墩密實(shí)度，N63.5擊數(shù)分別為16擊、15擊、18擊，超過(guò)10擊以上，密實(shí)度均大于中密。

3) 采用單樁平板載荷法隨機(jī)檢驗(yàn)3個(gè)強(qiáng)夯置換墩單墩承載力，承載力特征值fak分別為526 kPa、552 kPa、534 kPa，均大于320 kPa。單樁平板載荷試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 強(qiáng)夯置換墩單樁平板載荷試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of single-pile flat-plate load of dynamic compaction replacing piers

4) 采用靜力觸探和室內(nèi)試驗(yàn)隨機(jī)檢查墩間土強(qiáng)度，其物理力學(xué)指標(biāo)與地質(zhì)勘察報(bào)告比較，強(qiáng)夯置換后土體明顯擠密，性能顯著改變，且隨置換深度增大而增強(qiáng)。

5) 對(duì)墩長(zhǎng)5.5 m和6.5 m強(qiáng)夯置換處理軟土地基的不同區(qū)域分別進(jìn)行地面抬高值測(cè)量，地面因隆起而抬高分別為0.85 m和1.02 m，隆起的體積達(dá)到填入填料體積的2/3以上，有效夯實(shí)系數(shù)大于0.75。

3 強(qiáng)夯置換效果

軟基處治以沉降控制為主[12]。強(qiáng)夯置換段沉降觀測(cè)和側(cè)向位移觀測(cè)從試驗(yàn)性處理開(kāi)始伴隨強(qiáng)夯置換結(jié)束，路基填筑至路基沉降穩(wěn)定到瀝青路面攤鋪，設(shè)置地表沉降量與水平位移量及隆起量、地下土體水平位移與地基內(nèi)部沉降觀測(cè)。

1) 強(qiáng)夯置換期觀測(cè)

強(qiáng)夯置換時(shí)，地表隨著置換深度的深入，上升并隆起且水平位移加劇，地下土體水平位移明顯增大并急劇上升；隨著強(qiáng)夯置換的結(jié)束，地下土體水平位移與上升隨之減緩。地表上升高度與地面隆起的抬高基本一致。

2) 路基施工期監(jiān)測(cè)

強(qiáng)夯置換軟基處理段各觀測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3所示。軟基處理段路基填筑過(guò)程中，地基沉降速率基本在0.15 mm/d～0.3 mm/d左右。從圖3中可以看出，路基填筑期沉降稍大，完成后沉降減小，隨后趨于緩慢，往后時(shí)態(tài)曲線(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間處于變緩趨勢(shì)。說(shuō)明沉降基本源于路基填筑，地基未引發(fā)沉降，且地基隨著路基填筑高度與填筑時(shí)間形成沉降速率曲線(xiàn)，并隨著路基填筑高度的增加和穩(wěn)定呈一致的增加和穩(wěn)定。

圖3 沉降觀測(cè)曲線(xiàn)Fig.3 Curves of settlement observation

施工期實(shí)測(cè)沉降、預(yù)測(cè)最終沉降與工后沉降對(duì)比分析如表3所示。根據(jù)表3沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合軟基處理段填方體沉降變形預(yù)測(cè)分析[13]，結(jié)果表明：軟基處理段預(yù)測(cè)最終沉降量15.05 mm～29.32 mm，施工期實(shí)測(cè)沉降量10.2 mm～20.3 mm，占預(yù)測(cè)總沉降量的66.98%～70.32%，工后沉降量占預(yù)測(cè)總沉降量的29.68%～33.02%。

3) 效果分析

表3表明工后沉降較小，說(shuō)明強(qiáng)夯置換處理軟土地基效果顯著；施工期沉降率占比較大，說(shuō)明路基填筑控制較好。圖3和表3說(shuō)明強(qiáng)夯置換處理軟土地基能夠有效減小工后次固結(jié)沉降[14]。路基填料自重引起的沉降小于規(guī)范規(guī)定，工后沉降滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

表3 強(qiáng)夯置換處理軟土地基段施工期沉降與工后沉降分析Table 3 Settlement analysis of soft soil foundation section treated by dynamic compaction replacement during construction and after construction

通過(guò)路基施工結(jié)束沉降穩(wěn)定到瀝青路面攤鋪后為期2年的連續(xù)觀測(cè)，側(cè)向位移數(shù)據(jù)顯示路肩最大位移值2.1 mm～2.5 mm，地基土體深部與路基位移量較小，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)下陷和滑移跡象，路基未出現(xiàn)開(kāi)裂、不均勻沉降、沉陷等不穩(wěn)定現(xiàn)象及邊坡失穩(wěn)情況，瀝青路面無(wú)路基變形反射，表明強(qiáng)夯置換處理軟土地基對(duì)提高路基的整體穩(wěn)定性、承載力和減少路基的工后沉降具有顯著效果[15]。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)強(qiáng)夯置換工程檢測(cè)和沉降觀測(cè)，置換墩下方土體被壓縮緊密、周?chē)馏w受強(qiáng)烈擠壓，軟土地基經(jīng)顯著的壓縮和擠密，同時(shí)在置換墩的排水作用下加速固結(jié)，性能大為提高；軟基處理達(dá)到效果，處理段路基工后沉降和填方穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。強(qiáng)夯置換法適用于飽和粘性土地基的加固處理。就沿印松高速公路軟基路段采用強(qiáng)夯置換法處理，主要結(jié)論如下：

1) 墩徑3 m的強(qiáng)夯置換處理方案，夯錘選用直徑較大，夯錘相對(duì)較重，易實(shí)現(xiàn)單擊能量大、夯擊遍數(shù)少，但夯錘底靜接地壓力值不易滿(mǎn)足，容易出現(xiàn)歪夯或起錘困難，需配置較大型號(hào)的起重設(shè)備。如果墩徑小，則可采用高徑比大的小直徑夯錘，增大夯錘底靜接地壓力值，大落距更易提高單擊夯擊能。

2) 墩徑3 m、墩間中到中5 m正三角形布置處理軟土地基，置換墩占比較大，地基以置換墩承載為主，墩間土作用較小。飽和性軟粘土不可再擠密時(shí)，地面會(huì)出現(xiàn)隆起，此時(shí)的隆起量足以反映置換效果。試驗(yàn)性處理和檢驗(yàn)強(qiáng)夯置換達(dá)不到效果時(shí)，應(yīng)改變處理方案。

3) 根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移和垂直沉降位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及不同深度的孔隙水壓力消散時(shí)間控制強(qiáng)夯置換速率，按照路基中心線(xiàn)位置每晝夜的沉降速率和坡腳每晝夜的水平位移速率控制軟基處理段路基填筑速率，以工前監(jiān)測(cè)控制工后沉降。