強夯置換淤泥地層的有效深度研究

楊邊江

(新疆新紀元公路設計有限責任公司)

1 強夯置換與強夯置換深度

1.1 強夯置換

強夯置換是一種地基加固方法，強夯置換法加固地基與強夯法不同，它利用重錘高差產生的高沖擊能將碎礫石等性能較好的材料強力擠入地基，在地基中形成一個一個的碎礫石墩。對墩周土體的作用同強夯法。在強夯置換過程中，土體結構破壞，地基土體產生超孔隙水壓力。隨著時間發展，土體結構強度會得到恢復。碎礫石墩有較好的透水性，利用土體中超孔隙水壓力消散產生固結。強夯置換法主要利用在地基中的碎礫石墩與墩間土形成的碎礫石墩復合地基，提高地基承載力和減小沉降?；谶@種原理和作用就能夠實現碎礫石周圍土體共同形成一個性能良好的復合地基。強夯置換一般應用于一些飽和軟土地基。新疆伊犁那拉提景區道路2007年第12合同段部分山區道路正是采用這種方法，處置中個別地段在施工現場柱錘第一次提擊，錘就陷進飽和性素土里約3.6 m深，吊機提不起來，只好用挖掘機挖出柱錘的四分之一后，才提出柱錘。

1.2 強夯置換深度

在對強夯置換深度進行討論時，首先暫忽略掉碎石柱體在垂直方向上的壓縮量，并設第i擊時的碎石柱體夯沉量為S，也就是置換深度的增量，從施工前已經整平后的場地的原始地面算起至地面下的垂直距離，數值上就是所有夯沉量的累加值。目前的問題是在一個已確定的強夯置換參數下，如何能夠得到其最終所要達到的置換深度，換句話說，也就是在強夯置換設計時給定了最終置換深度。應該如何來確定設計參數才能夠保證置換深度這一目標更加容易實現，這要通過對土體的不同狀況進行大量的試驗來確定，這就是所探討的重點所在。

2 道路地質

新疆伊犁那拉提景區的道路工程位于伊犁州2007年第12合同段，該路基屬于半挖半填式山區路基，半幅路面地層主要由素填土構成，因此表現出來的特點就是厚度大、固結程度不夠，且由于該地區年降雨量較大，在長期承受荷載作用下，就會造成回填區域的半幅路面下沉破裂，同時其他回填區域的半幅路面也存在著類似的質量隱患，為保證道路的安全正常運營，就對這一路段進行了地基處理。考慮到回填區的回填土厚度較大，因此采用的是柱錘沖擴樁處理，處理后地基承載力的特征值和變形模量就能夠有所保障;在一些回填土厚度較小的地方，采取強夯法進行地基加固處理，同樣能夠有效保障路基的實際承載力和控制變形模量。

3 淤泥質底層強夯時的三種力學特征

3.1 隆起高度

原地面和拋石的表面在夯擊能的作用下會產生表面隆起的狀況，且隆起的實際高度與表層的物質有著直接的關系，根據在現場進行的實際檢測發現，一般來說時表面隆起高度就保持在0.25左右，且水平方向上的寬度是大于錘底的半徑的。

3.2 強夯置換深度

在進行拋石之前不管表層有沒有經過有效的清理，土粒都會在夯擊能的巨大作用下被擠得離開原來的位置，而塊石則在夯擊能的作用下相互的擠壓密實形成一體，形成新的較大的塊石。在現場進行開挖檢查發現，在塊石的空隙之間還是存在少量的原有土體，且其含水量基本上沒有發生太大的變化。這樣一種情況下，置換層的塊石之間密實度較大，底部因為擠入砂質淤泥層會形成一種新的持力層，這樣一種持力層的形成能夠有效地承受路基填土和行車載荷作用。

3.3 密實層高

塊石在置換層內部多錘夯擊能量的作用下，不僅其自身能夠被擠壓密實，還會有一部分的塊石會嵌入到砂質淤泥層內，加之夯擊能量也會對淤泥層產生作用，降低其含水量，因此，最終其密實度會得到較大的提高。

4 強夯施工

4.1 強夯置換的目的

強夯置換的處置方法主要是通過柱錘或平錘的自由下落的巨大沖擊能和所產生的沖擊波反復夯擊地基土，在成孔及成樁過程中對地基土產生動力固結作用，以提高地基土的承載力，降低壓縮性;通過充填置換作用，使土層的整體強度增加、沉降量減少，最終達到加固地基土的目的。

在這個過程中，置換塊體嵌入底層對于持力層密實度的提高和承載力的加強都是有著明顯的效果。地層經過強夯置換后，一般就能夠達到工程所要求的力學相關指標，需要關注的是在強夯前弄清楚地層實際的性能指標，以此來對強夯相關的參數予以確定，這一參數包括置換深度、夯擊能、夯擊遍數、夯擊點、夯擊次數等。

實例中的處置路段內回填土厚度大，采用柱錘沖擴樁處理，處理后地基承載力特征值不小于160 kPa，變形模量不小于15 MPa;對回填土厚度較小(小于2 m)的地段，可采用強夯法進行地基加固處理，處理后地基承載力特征值不小于150 kPa，變形模量不小于15 MPa。

4.2 點夯

強夯施工一般是先點夯后滿夯，進行點夯的目的是保證沉降量符合要求，因此收錘標準一般也是按照沉降量來進行確定的。點夯主要加固的是面層以下的地層，是強夯中一個重要的工序，能夠對被夯地層進行擠壓、密實和排水。

實例中采用的柱錘高為2.5 m，錘直徑0.8 m，錘重10 t，點夯夯擊能在800～1 000 kN/m，樁間距為2 m左右，且呈梅花形布樁，孔內填料采用砂礫石和粉土按5∶5混合，砂礫石最大粒徑不大于50 cm，設計置換深度為4 m。

4.3 滿夯

相較于點夯，滿夯的特點就是滿夯錘的直徑比較大，錘較重，其主要的作用就是對在點夯過程中沒有實現夯實的表面進行重夯，以保證地面的平整。滿夯進行的遍數一般不少于2遍，其具體的操作參數應該根據試夯試驗的結果來確定。在滿夯進行之前還要先在地層表面鋪上一定厚度的碎礫石層。

實例中進行滿夯的步驟為采用平錘直徑2.5 m，夯高1.0 m，夯重15.6 t，在已經經過點夯的表面鋪設30～50 cm的天然砂礫料，整平后再進行滿夯，滿夯的要求為相鄰的兩夯間的沉降量之差在8 cm之內。

5 置換深度檢測

對經過強夯置換淤泥地層處理后的有效深度進行最后的確定，一般有兩種較為成熟的方式可以采用，一是直接進行探坑來檢測置換深度，也就是說，根據現場的實際情況來選擇有代表性的地段，對其選點，然后用鉆探取樣的方法，就能直接得到置換深度;另外一種就是在條件允許的時候采用地質雷達來對置換深度進行檢測，在新疆伊犁那拉提景區道路的置換深度確定時采用的是前者。

6 現象及結論分析

在新疆伊犁那拉提景區道路建設中強夯置換加固軟地基的設計、施工與最后的成果表明:采用強夯置換加固法對道路軟土地基處理效果非常明顯，完全能夠達到工程上的相關要求，同時在砂質淤泥層內的一定深度處也產生了動力固結，使得實際的強度又得到進一步的提高。因此根據工程實際給出以下三個方面的結論:一是以波能傳播為理論基礎來實現對強夯置換加固中的最終置換深度進行計算是簡便實用、科學有效的;二是在進行有效深度的確定時，最關鍵的因素在于考慮周圍土對波的吸收系數和實際施工的狀況;三是對這樣一種計算方法予以認可，即其操作性強，簡單易懂，通過人工計算就可以得到相當好的效果，因此可以直接為工程服務。

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