強夯及強夯置換技術在軟基處理中的應用

新近闡述了強夯及強夯置換法加固地基的原理、主要設計參數及施工工藝，以南埔路道路工程軟基處理實例說明了強夯法的應用效果。

強夯法，又稱動力固結法，是反復將夯錘提到高處使其自由落下，給地基以沖擊和振動能量，將地基土夯實的地基處理方法。強夯置換法是將重錘提到高處使其自由落下形成夯坑，并不斷夯擊坑內回填的砂石、鋼渣等硬粒料，使其形成密實的墩體的地基處理

方法。

強夯技術具有經濟易行、加固效果顯著、設備簡單、施工便捷、施工周期短、節省材料、適用范圍較廣等優點，在地基處理中廣泛被采用。

強夯及強夯置換法的主要設計參數

1.地基加固機理

強夯法加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是基于動力密實的機理，即用沖擊型動力荷載，使土中的孔隙減少，土體變得密實，從而提高地基土強度；然而，用強夯法處理細顆粒飽和土時，則是借助于動力固結的理論，即巨大的沖擊能量在土中產生很大的應力波，破壞了原有的結構，使土體局部發生液化并產生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利溢出，待超孔隙水壓力消散后，土體

固結。

強夯置換樁的作用機理類似于碎石樁。通過置換擠密形成碎石墩，構成復合地基，提高地基承載力，降低了地基的沉降。同時，碎石墩具有較好的透水性，有利于超孔隙水壓力消散，加快了地基的固結和土體強度恢復。

2.有效加固深度

有效加固深度既是選擇地基處理方法的重要依據，又是反映處理效果的重要參數。一般可按下式估算有效加固深度：。其中，H 為有效加固深度，m；M 為夯錘重，t；h 為落距，m；a為系數，須根據所處理地基土的性質而定，對軟土可取0.5，對黃土可取0.34～ 0.5。目前，國內外尚無關于有效加固深度的確切定義，但一般可以理解為：經強夯加固后，該土層強度和變形等指標能滿足設計要求的土層范圍。在缺少經驗和試驗資料時，《建筑地基處理技術規范》JGJ79—2002中建議可按表6.2.1 預估。

3.夯錘與落距

夯錘可用砼及鐵制作，夯錘形狀現多為圓形，錘重宜取100～250 kN。夯錘宜設若干個排氣孔，孔徑宜取250～ 500 mm，過小易堵孔，喪失排氣作用。

落距應從實際夯擊面算起至夯錘底面止，但為了有效利用夯擊能，應合理確定夯擊面高程。夯擊面過高，夯擊能浪費在表層，持力層加固效果減弱；夯擊面過低，則地下水位過高，增加施工難度，同時也往往使基礎底面位于受面波和剪切波的干擾而形成的表層松動區內。根據工程經驗，夯擊面的高程應確定在建筑物相對高程+0.00m至+0.50m范圍內。由于強夯過程中產生的面波和剪切波的影響，地基表層2.0 m

左右深度范圍內的加固效果反而不如其以下區域。

單擊夯擊能為夯錘和落距的乘積。一般夯擊時最好錘要重和落距要大，則單擊能量大，夯擊擊數少，夯擊遍數也相應減少，加固效果和技術經濟較好。強夯的單位夯擊能應根據地基土類別、結構類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并可通過試驗確定。

4.夯點布置與間距

夯點需有一定間距，使沖擊時夯坑產生沖剪，在夯坑底形成一擠壓加固區，為使所產生的擠壓力受周圍土約束，側面應不隆起，因此側面應有一定間距的不擾動土，不能一夯挨一夯。由于夯點間距大，夯點間需增設夯點以加固未擠密土，故需增加遍數，這種分遍實際上是夯點分批夯擊。

夯擊點位置可根據基底平面形狀，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯擊點問距可取夯錘直徑的2.5～3.5倍，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間。以后各遍夯擊點問距可適當減小。對處理深度較深或單擊夯擊能較大的工程，第一遍夯擊點間距宜適當增大。

5.墊層

對軟弱飽和土或地下水很淺時，常需在表面鋪設砂礫石、碎石墊層，厚0.5～1.5 m，以形成一覆蓋壓力，減少坑側土隆起，使坑側土得到加固，也有利于機械作業。墊層厚度不宜過小，過小不起作用；也不宜過厚，過厚時在錘底形成大的墊，擴散動應力，減少下部軟弱土的加固作用。

工程實例

1.工程概況

南埔路位于南埔電廠一期貯灰庫南側，設計長1.67Km，里程號K0+000～K1+670，本工程全線采用計算行車速度40km/h的城市Ⅱ級次干道的標準建設，雙向4車道，24m路基寬度。

路基基礎軟土主要為②淤泥層，淤泥層厚度在3.0m～10.1m之間，是天然路基的主要壓縮層。淤泥土的特點是含水量高、孔隙比大、壓縮性高、強度低，自然條件固結速度慢，在上部荷載作用下將產生較大沉降量，影響上部結構穩定。因原施工便道實施時采用拋石擠淤處理，使得軟基處理工藝選擇受較大限制，經多方案比較論證，采用強夯方案。

2.施工工藝

（1）施工方案選取

南埔路軟基進行分段處理，其中淤泥深度0～7m的路段采用拋石擠淤+強夯施工。淤泥深度7～9m路段采用碎石強夯+塊石置換。軟基處理路段處理完畢后回填砂至現有便道處理后的同等標高后再次進行強夯施工。

1）7～9m的軟基施工方案（K1+160～K1+280、K1+560～K1+670）

先回填碎石墊層至+0.8m。第一遍點夯夯擊能為2000kn.m，錘直徑為2m，樁位間距為5m*5m正方形布點，回填料采用碎石，夯擊數為10擊。然后在第一遍點夯的基礎上進行第二遍有效置換，第二遍置換錘徑為1.35m，夯擊能為2000kn/m，夯擊數為15擊，回填料采用塊石。

2）5～7m的軟基施工方案（K0+460～K1+160、K1+280～K1+560）

首先從便道往外逐漸趕淤拋石拋至+0.4標高，然后采用夯擊能為3000kn.m，布點間距為6m*6m的梅花點分兩遍進行強夯施工，每遍擊數為8擊；再回填碎石至+0.8m標高，之后再以1000kn.m的夯擊能進行1/4的搭接滿夯處理，滿夯擊數為1擊。

3）3-5m拋石擠淤段處理方法（K0+105～K0+460）

首先從便道往外逐漸趕淤拋石拋至+0.4標高，然后采用夯擊能為2000kn.m，布點間距為6m*6m的梅花點分兩遍進行強夯施工，每遍擊數為6擊；再回填碎石至+0.8m標高，之后再以1000kn.m的夯擊能進行1/4的搭接滿夯處理，滿夯擊數為1擊。

4）現有便道的處理方法

現有便道清表30cm，軟基處理段回填砂至清表后便道同等標高，后進行新舊路基第三遍強夯處理，處理方法為錘徑為2.5m、夯擊能為2000kn.m、點夯間距為6m*6m的梅花布點分兩遍，收錘標準為最后兩擊平均沉降量不大于15cm，之后再以1000kn.m的夯擊能進行1/4的搭接滿夯處理，滿夯擊數為1擊。

（2）工藝流程

拋石擠淤+強夯施工：場地排水、清理雜物→拋石擠淤至+0.4m高程兩遍強夯、坑位片石回填→碎石鋪設至+0.8m高程→滿夯→回填砂至清表后便道標高→新舊便道強夯→新舊便道滿夯碎石強夯+塊石置換：場地排水、清理雜物→回填碎石至+0.8m高程碎石強夯、坑位回填→塊石置換→回填砂至清表后便道標高→新舊便道強夯→新舊便道滿夯

（3）強夯施工控制要點

1）試夯：在正式施工前作強夯試驗，以校正各設計施工參數，考核施工設備的性能，為正式施工提供依據。試夯應有單點及小片試區，必要時應有不同夯擊能的對比，以提供合理的選擇，使方案更趨完善、合理。

2）上場的施工機具檢查：吊車、夯錘（重量、直徑）、自動脫鉤裝置及輔助施工的推土機、碾壓機、水準儀。

3）夯實過程的記錄及數據：夯錘落距、夯擊能大小、夯點位置、每個夯擊點的每擊夯沉量、場地隆起及下沉記錄、附近建筑物的變形監測；滿夯前根據設計基底標高，考慮夯沉預留量并整平場地，使滿夯后接近設計標高。

4）對每個夯點的最后一遍夯擊及滿夯，應控制最后二擊的貫入度符合設計或試驗要求值。

5）在飽和軟弱土地基上施工，應保證吊車的穩定，因此有一定厚度的砂礫石、塊石等粗粒料墊層是必要的。

6）注意吊車、夯錘附近人員的安全，為防止飛石傷人，起錘后，人員應在10 m 以外并帶安全帽，嚴禁在吊臂前站立。

7）強夯及強夯置換樁質量檢測，根據實際工程情況，采用合理的檢測方法。

質量檢驗

為了評價地基處理效果，進行了拋石擠淤強夯及強夯碎石樁質量檢測試驗，檢測方法：瑞雷波斷面檢測、鉆芯取樣、重型動力觸探法；檢測數量：瑞雷波按南埔路每100m一斷面3個點共取15個斷面45個檢測點位檢測，鉆芯取樣按段共隨機抽取26個強夯點位，重型動力觸探法檢測K1+307管涵段強夯地基5個點位。

1.瑞雷波斷面檢測、鉆芯取樣

選取其中5個強夯點位數據作為樁體深度參考（表1）：

根據上述表格三方數據對比，強夯原始記錄、瑞雷波數據基本符合鉆芯取樣實測數據，對整個工程軟基處理具有指導意義；瑞雷波判斷拋石體厚度雖存在一定的誤差，但卻能較好地判斷出擠淤程度。通過15個斷面45個點位的瑞雷波檢測，按設計工藝施工，軟土地基下部可完全擠淤。

2.重型動力觸探法

地基承載力計算公式y=35.96x+23.8（y地基容許承載力Kpa，x重型觸探擊數），因此試驗每貫入土層10cm的錘擊數N63.5≥5擊/10cm時，地基容許承載力特征值 ≥200Kpa。

K1+307涵洞段5個點位重型動力觸探法試驗數據（表2）：

根據測點J-1～5現場試驗數據顯示，每貫入土層10cm的錘擊數N63.5均>5擊，地基承載力特征值均>200Kpa，因此地基承載力滿足設計要求。

結語

工程實踐證明，強夯及強夯置換法可有效加固飽和淤泥質軟土地基，大幅提高地基土的承載力；施工簡便，過程易控制，工期短，費用低，有明顯的經濟和社會效益。到目前為止，因強夯法還沒有一套成熟和完善的理論和設計計算方法，所以針對不同的地質情況，工前強夯試驗及施工經驗尤為重要。

（作者單位：中交上航局航道建設有限公司）

作者簡介：李永吉（1988—），男，助理工程師。