強夯置換法施工控制效果分析與應用

摘要：福建華電儲運有限公司羅源灣港區可門作業區碼頭擴能工程后方堆場地基處理，施工區域內普遍有高含水量的淤泥層以及夾雜塊石層，故采用強夯置換法進行斗輪機地基加固處理，本文詳細介紹強夯置換法的施工原理和施工控制效果分析與應用。

關鍵詞：強夯置換;地基加固;施工原理;效果分析

1、強夯置換法原理

強夯置換是用于加固飽和軟粘土地基的方法，適用于高飽和度的粉土與軟～塑流塑的粘性土等地基上工程。它是利用重錘高落差產生的高沖擊能將碎石、片石、礦渣等性能較好的材料強力擠入地基中，在地基中形成一個一個的粒料墩，墩與墩間土形成復合地基，以提高地基承載力，減小沉降。

2、工程概況

2.1工程地質情況

福建華電儲運有限公司羅源灣港區可門作業區碼頭擴能工程，地質主要成分為棱角狀毛石，粒徑一般在20～60cm，個別達300cm，毛石巖性以中～微風化花崗巖為主，少量為凝灰熔巖，層厚4.80～22.90m。填土下的淤泥層厚度層厚4.40～23.80m，層頂高程-18.45～2.78m。地質鉆孔CK4地面標高+3.0m，覆蓋棱角狀毛石厚6.02m，淤泥層厚度層厚20.94m，層頂高程-3.02m，層底高程-17.92m。淤泥層以下為坡積砂質粘性土。

2.2斗輪機基礎石料落底不足情況分析

斗輪機基礎采用拋石擠淤的施工工藝，由+11m平臺進行拋石，石料落底要求為-5m，由于地質條件復雜，根據鉆探檢測結果，斗輪機基礎北側區域130m的石料落底未達到設計標高情況進行分析：（1）拋石擠淤區地質情況復雜，且北側有前期棄淤泥時修筑的臨時便道（石料），致使北側淤泥通道堵塞;（2）斗輪機基礎檢測落底最淺處均為設計的泥石交界以西位置，（按設計文件），此區域不屬于拋石擠淤區，故石料落底不足-5m深度。

3、斗輪機基礎強夯置換處理施工

本文詳細介紹了8000kn.m強夯置換處理方案配合挖孔排淤的施工過程，施工結束后進行了鉆探檢測，對鉆探結果及施工情況進行了分析，總結出了強夯置換的影響深度和強夯施工的控制要點，為今后的類似工程提供了參考依據。

3.1方案選取

根據鉆探檢測結果，針對斗輪機基礎北側區域130m石料落底未達到設計標高，在斗輪機基礎兩側已經形成堆場，且201堆場已經在使用，如開挖換填，將破壞已形成的堆場，如直接進行強夯置換，周邊無淤泥通道，影響強夯置換的效果。

考慮以上問題，為保證已形成堆場的結構安全和強夯置換的效果，經四方專題會議決定采用8000kn.m強夯置換處理方案配合挖孔排淤（注：強夯置換錘不同于一般的夯錘，其形狀為細長異性錘，單位面積夯擊能特別大，主要參數為：直徑：1.5M左右，高度：3.5M左右，錘重：約40T。）擬在現場塊石未落底到設計標高的區域，選取塊石落底較淺處的位置，挖除塊石至淤泥外露，形成排淤孔，同時將斗輪機基礎面層石料挖除至+3.0m標高，減小石料覆蓋層厚度，以提高強夯置換的置換深度，設法使塊石落底到設計標高。強夯擠出的淤泥通過排淤孔排出，并由挖機和自卸車配合清運走。

3.2強夯置換施工工藝流程

施工準備→測量放樣→挖出填石面層至+3.0m→布置夯點→開挖排淤口→強夯置換施工→挖除淤泥→鉆探檢測。

3.3強夯置換施工過程控制

（1）處理區域的劃分。根據現場的實際情況和斗輪機基礎檢測報告，將斗輪機基礎強夯處理段劃分為A、B、C、D、E、F、G共7個區域，把A區作為典型試夯區進行典型試夯施工，目的是通過試夯，確定強夯最佳施工參數（強夯的間歇時間，點夯最小擊數，最后兩擊平均夯沉量，總夯沉量等），并根據試夯的結果確定施工方案，再用于后面幾個區域的處理。

（2）測量放線：用全站儀對斗輪機北側130m處區域進行放樣，待開挖完成后再放出每個區域的邊界樣和開挖淤泥口，設立標志標示出落底較淺處的施工邊線。

（3）挖除面層回填開山石：依據北側130m區域放線點，將斗輪機北側130m的石料開挖至+3m，開挖坡度為1：1，考慮強夯時對兩側的影響造成滑坡，斗輪機+3m標高的寬度為20m。開挖的塊石堆放斗輪機南側，以便強夯置換使用。

（4）排淤口開挖：根據測量放線的排淤口位置，用挖掘機開挖至-1m，開挖時遇到淤泥隆起，立即停止開挖，強夯置換施工時，排淤口不出泥，其它區域的隆起，將隆起處做為強夯置換的排淤口。

（5）夯點布置：仍按照設計要求不變：每遍點夯間距為5×5m，采用正方形加插銷的布置型式，夯點間距示意圖如下。

圖1""夯點正方形加插銷的布置圖

（6）點夯施工：點夯施工流程：清理并平整施工場地→標出夯點位置，并測量場地高程→起重機就位、夯錘對準夯點位置→測量夯前錘頂標高→將夯錘吊到預定高度脫鉤自由下落進行夯擊，測量錘頂標高→夯擊并逐擊記錄夯坑深度（當夯坑過深而發生起錘困難時停夯，向坑內填料直至與坑頂平，記錄填料數量）→重復以上工序，完成第一遍全部夯點的夯擊→用挖掘機將夯坑填平，測量場地標高→在規定的間隔后，按上述程序完成第二遍夯擊。

設備要求及夯能控制：要求采用70～100噸履帶吊機，配吊臂支撐桁架。夯前通過實測夯錘吊高，固定脫鉤裝置的拉拽鋼絲繩，使夯錘吊到規定高度時自動脫鉤下落。

沉降監測、夯擊次數控制與記錄：點夯過程中，用水準儀測量每擊的沉降量，累計夯沉量，計算回填石料的數量是否滿足理論要求，用雙指標（理論回填石料和最后兩擊夯沉量）來判斷是否收錘。

（7）挖除強夯置換的淤泥。強夯時，在排淤孔旁邊配置一臺挖掘機，將點夯過程中排淤口的拱起淤泥進行開挖，裝上自卸汽車運輸至工程場地外棄方。

3.4強夯置換施工質量控制要點

（1）嚴格控制夯點測放位置，允許偏差為±5cm;

（2）嚴格控制夯錘就位，允許偏差為±15cm;

（3）嚴格控制場地整平高差≤±15cm;

（4）嚴格控制夯坑回填石料（粒徑不宜大于夯錘底面積直徑的0.2倍，含泥量不宜大于10%，粒徑大于300mm的顆粒含量不宜超過全重的30%。有適當的級配，不得采用風化石）;

（5）嚴格控制夯擊能，強夯前需要校核落距;

（6）下雨天不宜進行強夯，采取抽排水等措施將夯坑內或場地積水及時排除，地下水位較高影響施工時，采取井點降水等措施降低地下水位;

（7）夯錘起吊不平時，應采取措施糾正，當坑底傾斜度≥30°時，整平再夯;

（8）根據各夯點的石料層厚度，采用水準儀控制各夯點的置換至深度，并根據土石方平衡法進行計算，按照各區域的面積和石料層平均厚度，計算各區域置換的石料量，依據計算的石料量來控制是否收錘。

4、8000強夯置換施工情況匯總

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4.1強夯置換施工過程中統計的各項參數見下表。

表1：強夯置換施工過程中統計的各項參數表

通過統計表中各項參數的分析，單孔平均夯沉量滿足方案要求，實際填入石料大于方案要求的數量，強夯置換施工方案基本落實到位。

4.2強夯置換施工結束后鉆探檢測結果

（1）鉆探檢測點位平面布置圖

圖2

表2：檢測孔位石料落底深度統計見下表

5.強夯置換效果分析

（1）通過本次強夯置換，將落底深度均處理至-5.0m的標高，基礎石料落底的加固效果明顯。

（2）強夯置換影響深度為8m（工作面標高+3.0，平均石料落底標高-5.0m），落底深度均在-5.0m的范圍，滿足設計承載力要求。

（3）本次強夯置換施工效果達到標準的原因是施工過程中重視試夯參數情況，對后續作業區起到重要作用，施工中做到控制回填石料質量與夯沉量數據監控，同時合理布置排淤口及夯點布置，從而使本次石料落底達標。

（4）對于軟土地質（淤泥層）情況復雜的工程，選用8000kn.m的大夯能進行強夯置換配合開挖排淤口進行地質加固處理也是比較少見，并且收到良好效果。

6、結語

（1）采用強夯置換法加固軟土地基的方法是可行的，該方法具有設備簡單、施工方便、適用范圍廣、經濟易行和節省材料等優點，能有效加固軟弱地基，減少軟土層沉降和整體工程后期沉降，提高軟土層的承載力。

（2）強夯置換法處理地基的施工，涉及到地質情況、石料和施工環境等因素，必須綜合考慮，采取技術方案和經濟分析相結合，最終確定設計方案，才能收到良好的效果。

（3）強夯置換法在處理軟土地基中應用較少，個別工程因設計、施工不當，出現沉降較大等情況。因此，強夯置換法施工前必須在施工現場選取一個或幾個試驗區進行試夯或試驗性施工，以確定單墩夯擊次數、夯擊能、施工順序等參數和實際處理效果。

（4）在今后的強夯置換施工中，需要先對拋石擠淤施工質量要嚴格控制，及時檢測落底深度，同時必須探明區域地質情況，確保石料落底到位，置換施工時要對回填石料與夯沉數據嚴格把控，做到根據規范與施工方案中的要求進行施工。

參考文獻：

[1]《水運工程質量檢驗標準》（JTS257-2008）

[2]《地基處理手冊》編委會。地基處理手冊[M].2版。北京：中國建筑工業出版社，2000。

[3]李繼明;強夯置換法處理軟弱地基[J];金華職業技術學院學報;2002年03期

[4]趙永昌;胡建勛;劉巖;李森林;強夯置換法處理飽和淤泥質土地基的加固效果分析;勘察科學技術;2009/06

[5]謝仁追，強夯置換法應用關鍵技術.水運工程.2009年第427期。