采用強夯置換墩加固濕地中高速公路路基探討

楊 軍

(聞垣高速公路建設管理處，山西 運城 044000)

就我國而言，軟土地基的分布范圍較廣，同時含水量較大、收縮性高、強度低、滲透性較差等特點，隨著我國高速公路的持續建設和發展，軟土地基成為了當前高速公路施工中的常見地基狀況，高等級公路以及市政道路工程項目的施工當中，由于施工的工期較緊，由此對軟土地基的處理成為了工程項目施工中的難點問題。

1 強夯置換墩

當前的高速公路路面的施工當中，通過對軟土地基處理技術的處理和相關經驗的總結以及積累，已經形成了多種軟土地基的處理方式，長久以來，強夯置換算法由于處理面積較廣、施工工期較短并且施工方式簡便快捷等方式在公路工程項目的加固施工中得到了較好的應用，同時也可用于對高飽和度粉土以及軟塑～流塑狀態下的飽和軟黏土和可塑～硬塑狀態下的濕陷性粉質黏土等類型地基的應用。當前，強夯置換墩技術在公路、堆場、機場、油罐以及房屋建設工程項目中都得到了較好的應用，并且取得了較好的施工效果。強夯置換算法有分整式以及點式置兩種模式，整式置換法通過在原有的公路路基地面進行全面拋石以及強夯施工，置換效率較高，但施工所花費的成本也相對較高。強夯置換墩的施工方式施工的方法較為簡單、快速，同時能有效節約施工材料，具有較高的承載能力和經濟性等特征。強夯的置換方式將強夯技術、碎石樁技術融為一體，是一種新型的軟弱土地基的處理技術。該技術的發展和研究，不僅解決了高速公路的施工質量與施工工期之間的矛盾，同時也為軟土地基的處理提供了理論與實踐依據。

2 強夯置換墩施工實例

某工程項目依托濕地建設，工程項目的設計過程中使用挖除換填的施工措施，使用高度約4 m的路堤方案進行加工，然而開工以來，由于沿線降雨量較大，從而在濕地造成了大面積的積水，積水深度的平均值為1.5 m，由此公路的施工條件發生了變化，則應對施工方案進行調整，通過將原有的路堤施工方案改為拋石擠淤施工方法對當前施工路基進行處理，然而該種方案的施工速度較慢，難以保證工程項目的工期，并且施工中的成本較高。同時，該工程中，地基處理只需要達到上部結構的變形以及承載力要求即可，若是過度追求加固的效果，只會增加工程項目的成本支出，導致浪費。綜合考慮到施工難度問題以及工程項目的經濟效益，最終提出了強夯開山石混合料置換墩的處理方式。通過在強夯坑內部回填碎石以及塊石等粗顆粒的施工材料，將原有的軟土地基夯成連續強夯置換墩，由此有效提高了地基的承載能力。同時強夯置換墩也可作為下層軟弱土的排水通道，有效提高下臥層軟土排水固結，處理深度一般小于6 m。

3 強夯置換墩對公路路基的加固機制

強夯碎石、塊石墩符合地基的處理方式是通過使用強夯夯擊成坑，而后在夯坑內部填入碎石等顆粒較大、體質較硬的材料顆粒。強夯坑內部的填料一般通過強夯處理之后將形成墩體并與周圍的土體構成了復合地基。強夯置換方式通過將強夯施工與碎石置換結合起來，有效彌補了單一強夯法無法加固飽和軟黏土地基的缺陷，克服了強夯法中無法有效排出軟土中孔隙水的缺陷，有效提高了孔隙水壓力的消散效率，提高了軟黏土的滲透性。強夯置換碎石墩具有散體材料的擠密、加筋、置換等特征，同時也將成為軟土地基的良好排水渠道，在實際施工中濕地將大部分或者基本上形成主固結沉降，從而有效減少了次固結的沉降，有效縮短了施工工期，由此也有效提高了地基的承載能力。強夯碎石墩的復合地基處理方法將多種地基加固方法融合起來，其產生作用的機理可分為動力擠密、排水固結以及擠淤置換三種作用形式。

1)擠密固結。強夯施工當中，重錘落地的勢能很大部分將轉換為沖擊動能，從而給土體帶來了劇烈的振動，同時形成了強大的沖擊波，沖擊的能量將以波的形式向地面進行傳播，沖擊振動波的結構包括波體、面波以及剪切波三種形式。剪切波以及壓縮波將攜帶能量在地基內進行傳播，當剪切波與壓縮波的能量在所需加固土層進行釋放之時，相應的土層將得到壓密以及加固。壓縮波能實現在固體以及液體中傳播，由此增加了孔隙水壓力，使土體的骨架逐漸解體，而剪切波不能在液體當中傳播，只能以固體作為傳播的介質，同時剪切波將滯后于壓縮波，從而使解體的土體顆粒保持更為密實的狀況，實現加固土體的有效目的。而面波則是以強夯坑為中心，沿著地表向著四周進行傳播，對地層并沒有擠壓密實的作用。

而具體的工程項目實踐表明，僅僅依靠強夯的動力擠密作用，對于飽和度較高且透水性較低的黏性土體而言，由于所產生的高孔隙水壓力無法有效消散，由此加固效果十分有限。強夯置換算法能對軟土地基進行良好的處理，其基本的特征在于構建了良好的排水網絡。包括強夯施工中水力劈裂而引起的裂隙以及碎石墩的砂井作用。這二者的存在在很大程度上縮短了孔隙水的水平滲透途徑，致使孔隙水能沿著墩體排除土體，而墩間的土體由于夯擊以及擠壓或者擾動等多方面的原因形成較大的超孔隙水壓力能迅速的消散，恢復甚至提高土體前鼓墩。由于地基的沉降以及加固的速度有效提高，由此達到了較好的地基加固的作用，而此時需注意的是，碎石墩將承擔上部所傳遞的大部分荷載，而砂井本身并無承擔荷載的作用，并且由于強夯置換算法復合地基排水的復雜性等特征，在地基的固結沉降計算過程中，若是按照砂井地基的固結分析方式并不合理。

2)擠淤置換。強夯置換通過利用強夯方式以間距一定并將數量一定的碎石或者塊石擊入下臥軟土當中，同時在強夯坑內部依次進行填料，并不斷夯擊施工將擊入的塊石擠開軟土沉到強度較高的地層，構成端承墩，在實際施工過程中也可不打入硬層形成浮式墩，并且由于所構成的墩柱體持續被擊實，最終將構成由碎石墩，以及碎石墊層之間所構成的混合地基體系。對于黏性土壤地基，一般可通過強夯夯擊碎石將軟土強制排開并進行置換，在墩之間土體的擠密效果并不明顯，由此可了解到，碎石墩的作用不是擠密地基，而是實現了地基的置換，此時，由于碎石墩的剛度大于周圍土體的剛度，由此在地基的處理當中應按照材料變形模量進行重新分配，由此，碎石墩將承載大部分荷載，同時減少了軟土所承擔的壓力。而若是公路工程項目中軟土層的厚度并不大，那么墩體在荷載的作用下主要起到集中應力的作用，由此使軟土地基所承擔的壓力減小。與原有的地基相比較，復合地基的承載能力較高，壓縮性有所減少，而若是軟土地基較厚，那么墩體不可完全貫穿軟土地層，而此時所加固的復合土層具有墊層的作用，通過墊層分布擴散均勻荷載應力，由此也有效提高了整個地基的承載能力，有效減少了沉降量。由上述分析可了解到，碎石墩是否穿過軟土層，其加固機制是不一樣的。

通過對強夯置換地基處理方式的有限元分析可了解到，對于懸浮墩復合地基墩體形成鼓脹以及刺入破壞的可能性都將存在。而實際的破壞形式與持力層的性質以及墩體的長度有直接的聯系。根據實際的分析可了解到，端承墩復合地基的墩體破壞主要是由于墩體頂部的鼓脹破壞以及強度不夠所引發的剪切力破壞，而對于懸浮復合地基而言，鼓脹以及刺入破壞都將可能發生，破壞的模式是與這二者的加固機制不同有密切聯系。前者通過將上部荷載傳遞到更深層次的土層，而后者的加固則僅僅起到加固復合土層的墊層作用，從而使荷載保持應力的分布均勻，由此有效提高了整體承載能力，減少了軟土地基的沉降。由于墩體破壞的形式不同，由此在實際的施工過程中要選擇相關的計算模式。

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