強夯置換法在高速公路軟土地基處理中的應用

李德勝

（貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽550001）

0 引言

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

1 強夯置換加固原理

由強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時間，達到提高地基土的強度、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 施工范圍及優缺點

強夯置換法是對強夯法的發展。強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土地基。針對這類地基土，則采用強夯置換法，它可以有效解決飽和度極高的粘性土和淤泥質條件下的地基承載問題。

強夯置換法對處理3～7m軟土層有一定的經濟性及可靠性，其優點有：相對挖除換填可減少棄土占用耕地面積；減少砂石料用量；相對其他軟土路基處理方式，成本較低、加固效果明顯、操作簡單；缺點是噪音和振動較大，不宜在人口密集的城市及居民區使用。

3 施工工藝

3.1 施工準備

現場勘察場地，并結合設計圖紙，確定需要強夯置換部位。熟悉圖紙等技術文件，編制詳細的施工方案，進行技術安全交底。清除場地表土，滿足填筑透水性材料的要求。施工機械、現場人員及材料齊備，具備開工條件。

3.2 墊層鋪填及夯區整平

根據設計要求的置換厚度，選擇合適的材料（對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、平地機等對填料進行整平。

3.3 定位放線

現場用全站儀放樣出中線、邊線，并選擇夯點，主夯點橫縱向間距均為6m，副夯點每兩個主夯點間布置一個，用白灰標注夯點，以便尋找。

3.4 參數確定

（1）夯擊能的確定

根據工程所需的夯擊能和選定的錘重，可確定相應的夯錘落距。開工前，應檢查夯錘的質量和落距。施工過程中，落距應通過鋼絲繩長度鎖定控制，并在鋼絲繩上做出落距標志。施工過程中對夯錘落距的偏差一般要求控制在30cm以內。

（2）夯點間距及布點形式

強夯置換布點形式應根據基礎形狀和寬度按照梅花形布置。第一遍夯擊點間距可取夯錘直徑的2.5～3.5倍，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間。

（3）標高控制

開工后，首先對施工場地進行清理、整平。在標出夯點位置后，對夯點逐個進行夯前標高測量。待強夯整平結束后，一定要確保夯后標高達到設計標高位置。

3.5 試夯

（1）施工前，應先對設計提出的強夯參數或其他替代方案進行試夯。根據設計單位初步確定的參數提出試驗方案，在施工現場有代表的場地上選取一個或幾個試驗區，進行試夯或試驗性施工。

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

（3）強夯置換夯點的夯擊次數除應通過現場測試確定外，應滿足兩擊的平均夯沉量符合規范及設計要求，且地基承載力滿足設計要求。

（4）經檢測滿足要求后，提交強夯置換試驗段報告，經批復后用于指導大面積施工。

3.6 全面強夯施工

根據試夯結果，確定夯擊參數，并據此進行大面積強夯施工，直至最后兩遍的沉降量滿足設計要求。

3.7 平整場地并再次強夯

對強夯后的夯點填筑適量透水性材料，布置夯點在整個段落滿夯一遍，再次整平碾壓，并結束該段落的強夯置換工作。

一般認為，為減弱強夯置換過程中對土層的擠壓和隆起效應，置換點可采用2、3 遍交叉布置，每遍呈正方形或排與排之間交錯布置，最后再進行滿夯。滿夯的目的是加固地基表層的密實度。從大面積復合地基受力性狀的合理性來看，經過2～3 次置換施工后，置換點呈梅花形或正方形布置比較合理，而以前者更好。夯擊點的間距應根據要達到的承載力大小和原狀土的抗剪度確定，必要時采取較小的間距。

4 控制要點

4.1 填料控制

對于強夯置換法，整體置換法宜采用級配良好、最大粒徑不超過1m、結構密實、不透淤泥、抗剪強度高的塊石或石渣；樁式置換法宜采用級配良好、粒徑大于0.3m 的顆粒含量不超過30%、抗剪強度高的塊石、碎石、石渣、建筑垃圾等粗顆粒材料。

4.2 機械控制

確保夯錘對準夯點中心，控制夯錘的落距及下落平穩性。提升夯錘后應回填夯坑至原地面高程。若有傾斜夯坑，則應及時填平，使夯擊能向深處傳遞，減小水平向損失。

4.3 技術控制

認真記錄每一擊的夯沉量和周圍土的隆起量，當隆起量大于0.25倍的夯沉量時，應停止夯擊。以“軟土地基不破壞上部土體結構”為原則，做到：夯坑周圍土體沒有明顯隆起；夯坑深度不會造成提錘困難；前一擊的夯沉量大于后一擊。

土體含水率對強夯效果有很大影響。一般在施工中將含水量控制在最佳含水量的98%～102%。可以采用砂墊層、袋裝砂井、塑料板排水法等排水措施，降低孔隙水壓力。

強夯施工，必須嚴格按照試驗確定的技術參數進行控制。夯擊深度應用水準儀測量控制。每夯擊一遍后，應測量場地平均下沉量，然后將夯坑填平，方可進行下一道夯實，施工平均下沉量必須符合設計要求。強夯時，首先應檢驗夯錘是否處于中心，若有偏心，應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，落錘應保持平穩，夯位正確。如錯位或坑底傾斜度過大，應及時將坑整平，予以補夯后方可進行下一道工序。強夯結束后表層會有0.4～0.5m厚的擾動層，屬于薄弱層，強夯結束后鋪筑墊層用壓路機碾壓。

4.4 安全控制

強夯地點在距離建筑物較近時，應采取必要的防震措施，比如設防震溝，具體的設計尺寸由現場試驗決定。高速公路路基兩側設隔離溝，防止強夯置換損壞周邊農田。

4.5 質量檢測

強夯施工結束后，等待一段時間后對加固地基進行質量檢驗。除進行現場荷載試驗檢測承載力和變形模量外，采用超重型或重型動力觸探測驗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雷達檢測。

5 結語

強夯置換法是對強夯工藝的發展和加強。該工藝有地基加固效果較好、施工工藝簡便、造價低等特點，在今后的高速公路工程中將會被更加廣泛的應用。

[1] 趙一哲，高云濤，周繼彤.強夯置換法加固軟土路基的工程實踐[J]. 遼寧省交通高等專科學校學報，2006，（3）：23-24.

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

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