基于復(fù)合地基處理中強(qiáng)夯置換法的應(yīng)用

張弘

（重慶中設(shè)工程設(shè)計(jì)股份有限公司，湖南 長沙 410004）

基于復(fù)合地基處理中強(qiáng)夯置換法的應(yīng)用

張弘

（重慶中設(shè)工程設(shè)計(jì)股份有限公司，湖南 長沙 410004）

強(qiáng)夯置換法是從強(qiáng)夯法演化而來的一種新型地基處理方式，主要用于加固軟弱的粘性土地基。在施工應(yīng)用中，強(qiáng)夯置換法綜合了強(qiáng)夯加固和復(fù)合地基的優(yōu)點(diǎn)，不僅能夠降低土體中的地下水位，充分提高土體的強(qiáng)度和地基的承載力，而且在應(yīng)用范圍、施工成本和縮短施工周期等方面都具有很大優(yōu)勢。簡要介紹強(qiáng)夯置換法的分類及其加固機(jī)理，并以工程實(shí)例分析了其在復(fù)合地基處理中的設(shè)計(jì)、施工和質(zhì)量控制要點(diǎn)。

強(qiáng)夯置換法；復(fù)合地基；加固；應(yīng)用

1 強(qiáng)夯置換法及其分類[1-4]

介紹強(qiáng)夯置換法，就不得不提強(qiáng)夯法。強(qiáng)夯法通過重錘從高處落下對地基土產(chǎn)生沖擊，從而提高了地基土的強(qiáng)度，同時(shí)也改善了土層的均勻性和壓縮性。強(qiáng)夯法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、雜填土、濕陷性黃土和素填土等地基的處理中。強(qiáng)夯置換法是在強(qiáng)夯法實(shí)踐應(yīng)用中逐漸發(fā)展起來的地基處理方法，主要適用于軟弱粘性土地基。按照強(qiáng)夯置換方式的不同，可以分為樁式置換和整式置換兩種，見圖1。

圖1 強(qiáng)夯置換法分類

（1）樁式置換法

樁式置換法是利用巨大的夯擊能量將石塊夯穿被加固土層并使塊石沉底形成樁式或墩式的碎石墩或樁，形成的樁體與周圍土體形成復(fù)合地基。由于散體材料樁體的直徑一般較大，置換率較高，因此基底傳導(dǎo)的荷載不再集中，而是分散到地基中的樁體上，從而使復(fù)合地基的承載能力大幅提高，其加固機(jī)理類似于振沖法等形成的碎石樁。與強(qiáng)夯法相比，樁式置換法可以應(yīng)用在塑性指數(shù)較高的高含水量軟粘土地基處理中。既具備了強(qiáng)夯加固的動力固結(jié)效應(yīng)，又具備了樁體排水、加筋、置換、擠密的性能，因此減少了地基的變形，充分保證了地基的承載能力。為保證樁體的透水性、密實(shí)性，樁式置換材料必須選用粒徑小于1/5夯錘直徑的石渣等粗顆粒骨料，其含泥量一般不大于10%。

樁式置換法，宜采用隔空分序跳打的方式。樁式置換法的夯點(diǎn)可以根據(jù)被置換土體性質(zhì)及上部結(jié)構(gòu)布置成矩形或三角形，見圖2。并根據(jù)具體情況分布夯點(diǎn)間距，對獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)可根據(jù)基礎(chǔ)形狀與寬度相應(yīng)布置。在施工時(shí)，為防止夯擊吸錘或夯坑進(jìn)水，應(yīng)在表面先鋪墊2 m以上的碎石。之后以圓柱形夯錘夯出1.5～2.0 m的夯坑，然后在夯坑內(nèi)填充粒徑小于30 cm的石渣，填滿夯坑后，再次進(jìn)行夯擊，夯出1.5～2.0 m夯坑后填滿石渣，然后進(jìn)行第三次夯擊，至夯出1 m深度后，填平地面碾壓。前兩次夯擊6擊為宜，第三次夯3擊，且夯沉量不超過5 cm。

圖2 樁式置換法夯點(diǎn)布置及夯擊順序

（2）整式置換法

整式置換法與樁式置換法最大不同在于其主要應(yīng)用于深度在4～10 m之間的淤泥質(zhì)的地基加固中，是一種整體式的強(qiáng)夯置換法。此種方法通過強(qiáng)夯的沖擊能將含水量高、具有觸變性、抗剪強(qiáng)度低的淤泥擠開，置換成級配良好，透水性高，抗剪強(qiáng)度高的石渣或塊石，從而形成應(yīng)力擴(kuò)散性能良好、密實(shí)度高、壓縮性低、承載力強(qiáng)的承重骨架。其選用的填筑材料一般是粒徑不超過1 m的塊石或石渣。無論是淤泥質(zhì)的帶狀路堤、還是防波堤地基，整式置換都能發(fā)揮出良好的應(yīng)用效果。

整式置換前，首先應(yīng)該挖除阻礙沉堤的路堤、塘堤及淤泥表面的硬殼，再進(jìn)行拋石壓載擠淤。整式擠淤置換宜采用整排施打方式，每排夯擊順序由拋填體中心向兩側(cè)逐點(diǎn)夯擊，見圖3。用50 t夯機(jī)時(shí)，主要采用二序施工法，以此來避免施工過程出現(xiàn)扇形布點(diǎn)。用100 t夯機(jī)時(shí)，主要采用一序施工法。

圖3 整式置換法強(qiáng)夯順序

2 復(fù)合地基處理中強(qiáng)夯置換法設(shè)計(jì)

強(qiáng)夯置換法在設(shè)計(jì)前必須通過現(xiàn)場試驗(yàn)來分析其其在復(fù)合地基處理中的適用性和應(yīng)用效果。現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑場地復(fù)雜程度、建筑規(guī)模及建筑類型確定試驗(yàn)區(qū)的數(shù)量。并在施工現(xiàn)場有代表性的場地上選取若干試驗(yàn)區(qū)域，標(biāo)出夯點(diǎn)位置，并測量場地高程進(jìn)行試夯或試驗(yàn)性施工，并根據(jù)試夯情況校正地面抬高值。強(qiáng)夯設(shè)計(jì)時(shí)，尤其要注意以下幾點(diǎn)：

（1）應(yīng)科學(xué)評估施工環(huán)境的土質(zhì)條件，并以此選取合適的強(qiáng)夯置換墩的深度，一般情況下，深度不宜超過7 m，除厚層飽和粉土外，強(qiáng)夯置換墩的深度應(yīng)穿透軟土層，并到達(dá)較硬土層上。

（2）設(shè)計(jì)墩位布置位置時(shí)墩間距應(yīng)根據(jù)原土的承載力和荷載大小選定。對獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)墩間距可設(shè)置為夯錘直徑的1.5～2.0倍。墩的計(jì)算直徑可取夯錘直徑的1.1～1.2倍。當(dāng)墩間凈距較大時(shí)，要適度加強(qiáng)頂層和基礎(chǔ)的剛度。

（3）應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007的有關(guān)規(guī)定計(jì)算強(qiáng)夯置換地基的變形量。

3 強(qiáng)夯置換法施工要點(diǎn)及參數(shù)

一種科學(xué)的地基處理方法，離不開完善的理論和設(shè)計(jì)計(jì)算，同樣離不開可靠的施工，強(qiáng)夯置換施工時(shí)有以下幾個(gè)方面需要注意。

3.1 置換深度

強(qiáng)夯置換加固效果指標(biāo)中,置換深度是一個(gè)關(guān)鍵性課題,難以預(yù)測,也難以控制。一般根據(jù)實(shí)際夯擊時(shí)每次夯擊深度之和與實(shí)際檢測出的擊數(shù)來綜合判斷。強(qiáng)夯置換的影響深度應(yīng)由置換樁的長度和樁下被加密的土層組成，國內(nèi)外置換實(shí)際深度一般在7 m以內(nèi)為多。當(dāng)夯坑過深而發(fā)生起錘困難時(shí)應(yīng)立即停夯，并向坑內(nèi)填料直至與坑頂齊平，記錄填料數(shù)量，如此重復(fù)直至滿足規(guī)定的夯擊次數(shù)和控制標(biāo)準(zhǔn)完成一個(gè)墩體的夯擊。當(dāng)夯點(diǎn)周圍軟土擠出影響施工時(shí)，可隨時(shí)清理并在夯點(diǎn)周圍鋪墊碎石，繼續(xù)施工。

3.2 夯擊過程控制

在夯擊施工中，復(fù)合地基重復(fù)定位允許偏差應(yīng)始終控制在20 cm以內(nèi)。在每一遍夯擊完成后，都需要實(shí)時(shí)檢測地面隆起高度，夯實(shí)過程中，如果坑底傾斜度過大，必須及時(shí)用石料填充至地面平齊，然后再次夯實(shí)。強(qiáng)夯置換一般只能達(dá)到夯擊時(shí)地面以下4 m處，在4 m以上，驗(yàn)算承載力時(shí)可以按照復(fù)合地基公式來計(jì)算夯擊效果

式中：σp,σs分別為樁上的和樁間土上的應(yīng)力(kPa)；σp/σp=n(n稱應(yīng)力比 )；m=Ap/A1,m為樁的面積率；Ap為樁的橫截面積；A1為該樁承擔(dān)的處理面積。

3.3 施工參數(shù)

在按照工程要求確定置換深度后，強(qiáng)夯置換的主要施工參數(shù)主要有：夯擊能量、加固的有效深度、夯擊遍數(shù)、夯點(diǎn)間距及間隙時(shí)間等。

（1）在確定了置換深度后，若夯擊能量大于150 kN·m且置換深度大于3.5 m時(shí)，夯擊能量的平均值和最低值一般按照以下公式確定：

式中：E為夯擊能量，kN·m；El為夯擊能量最低值，kN·m；D為墩深（置換深度m）。

實(shí)際應(yīng)用的能量值一般介于平均值和最低值之間。

（2）有效加固深度是由碎石（墩）的深度（即置換深度）和墩下土性有明顯改變的范圍（即加密區(qū)范圍）兩部分相加而成。

（3）夯點(diǎn)間距：合理的夯點(diǎn)間距通常由土的隆起不至于影響已打好的相鄰墩體變松來決定。根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，為了加大置換率，可以在保持最小合理間距的情況下不按正方形布點(diǎn)而按照等邊三角形布點(diǎn)。

4 結(jié)語

在確定地基處理方案時(shí)，宜選取不同的方法進(jìn)行對比選擇。對復(fù)合地基而言，針對不同土性、設(shè)計(jì)要求，選取適宜的成樁工藝和增強(qiáng)體材料至關(guān)重要。一方面要加強(qiáng)設(shè)計(jì)階段各項(xiàng)參數(shù)的選取，另一方面要加強(qiáng)施工過程控制，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，保證工程質(zhì)量。

[1]薛殿基.復(fù)合地基樁處理技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2011.

[2]高勇.復(fù)合地基處理及其工程實(shí)例[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

[3]徐至鈞.強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換法加固地基(建筑地基處理技術(shù)叢書) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[4]張慶國.強(qiáng)夯法加固機(jī)理與應(yīng)用[M].山東濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,2003.

U415

B

1009-7716（2017）04-0220-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.065

2017-01-23

張弘（1983-），男，湖南長沙人，工程師，從事道路與橋梁設(shè)計(jì)工作。