淺談柱錘強夯置換法地基處理的施工控制

朱飛鴻

[摘要]強夯置換法在實際工程中已得到了大量的應用，此種地基處理方法，工藝簡單、速度快，但在我國還未形成比較完善的計算方式，所以在工程建設前，需要結合區域的具體情況，建立相應的實驗區域來對施工方式進行合理的監測，全面保證其可行性和穩固性，為后續的整體施工提供幫助。本文結合工程實例，對柱錘強夯置換法在軟土路基加固處理中的應用進行了分析研究，具有一定的參考意義。

[關鍵詞]強夯置換；柱錘；軟土路基；施工控制

文章編號：2095 - 4085（2018） 08 - 0081 - 03

強夯置換法主要是利用重錘自由下落的力量，將粗骨料夯入軟土地基的持力層中，從而起到地基加固的作用。強夯置換法以其施工機具易操作、取材方便、施工簡單、速度快、工期短、節約資金等優點，被廣泛地用于加固軟土地基，特別在沿海地區大面積填海造地工程中得到了廣泛應用。強夯置換的加固效果與地質條件、夯擊能量、施工方法、置換材料等有關。

強夯置換的加固方式主要是利用重錘，先將石塊擊碎，再利用排水以及擠密的效果來提升材料之間的密實度，加強其堅固性。也就是說強夯置換方式，主是通過改變材料的置換深度以及墩下的加密范圍來提高結構的堅固性，進而保證建筑地基的強度和質量。

1 工程概況（圖1）

中化泉州石化專用線項目所在地區位于福建省泉州市惠安縣輞川鎮和東橋鎮轄區，湄洲灣外走馬埭圍墾內，線路全長3. 042km。本次地基處理范圍為DK2+400～DK3 +154.5段，長754.5m，寬度為32.6～51.5m，采用柱錘強夯置換法進行處理。本項目場區大部分屬濱海沖海積平原地貌，素填土和軟土是全線最主要的特殊性巖土，也是本工程最主要的工程地質問題。

1.1素填土

區內素填土為石化廠區新近填筑，稍濕～潮濕，主要為黏土、粉質黏土、砂土，厚0.0～3.5m，工程地質條件較差，工程施工時需對其處理加固。

1.2軟土

軟土在場地內廣泛分布，具有天然含水量高、孔隙比大、高壓縮、抗剪強度低、承載力低、透水性弱等不利工程性質。主要為淤泥質粉質粘土，深灰色、青灰色，軟塑～流塑，厚2.5～10.Om，其上部為新近填筑的素填土，下部為砂土和粉質黏土。對路基穩定和工后沉降不能滿足要求的地段，應對地基進行加固處理。

1.3柱錘強夯置換碎石墩施工工藝（圖A）

1.4第一遍8000kN.m能級柱錘強夯置換

夯點間距為3. 5m，正三角形布置，夯錘直徑為1.2m，收錘標準為最后兩擊平均夯沉量不大于200mm。在強夯置換施工過程中，夯坑填料堅持“少喂料，喂好料”的原則，每次填料厚度不超過夯坑深度的2/3，填料量以施工不吸錘、不丟錘為原則。

1.5第二遍3000kN.m能級平錘強夯

夯點為第一遍點原點加固夯，夯錘直徑為3.Om，收錘標準為最后兩擊平均夯沉量不大于50mm，施工完成后根據設計墩頂標高整平場地。

1.6第三遍平錘滿夯，能級為2000kN.m

一點兩擊，夯錘直徑3.Om，夯印要求搭接1/3面積，滿堂處理。

1.7建立完善的內部質量控制和保障體系

為確保工程施工質量目標的實現，應建立健全質量管理機構，制定質量責任制，在項目實施的各個階段，制定相應的質量保證措施。建立文件化質量管理體系，包括形成文件的質量方針和質量目標、質量手冊、程序文件、施工組織設計、施工技術方案、作業指導書、相關規范和標準等，以及質量保證計劃。

1.8加強對“技術規范”和“控制標準”學習

項目部應組織與強夯置換工藝相關的技術規范的學習，掌握強夯置換法質量控制標準：

（1）強夯置換施工的錘重、錘底面積、落距、夯點布置、夯擊遍數、夯擊數、最后兩擊的平均夯沉量均符合設計要求。

（2）起夯面標高、起夯面以下一定深度范圍內土體的含水量均符合設計要求。

（3）強夯地基允許偏差項目滿足要求。

1.9加強對原材料的試驗進場控制

墩體材料可采用塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅硬粗顆粒材料，粒徑大于300mm的顆粒含量不宜超過全重的30%。施工過程中，應建立嚴格的原材料進場管理制度，劃分合格區、待檢區、不合格區，合理堆放，以“源頭把關、過程控制、精細管理”為原則，確保所進材料質量符合設計及規范要求。

1.10施工關鍵環節的質量管控

強夯置換法工藝雖然簡單，但施工全過程應有專人負責監測工作：

（1）開夯前應檢查夯錘重量和落距，以確保單擊夯擊能量符合設計要求；

（2）在每遍夯擊前，應對夯點放線進行復核，夯完后檢查夯坑位置，發現偏差和漏夯應及時糾正；

（3）按設計要求檢查每個夯點的夯擊次數和夯沉量，并形成完整的施工記錄。強夯置換地基處理為隱蔽工程，施工過程中必須認真檢查施工過程中的各項測試數據和施工記錄，若不符合設計要求時，應及時補夯或采取其他有效措施；

（4）碎石墩施工結束后，路堤進行填筑前，設置沉降觀測設備，進行沉降觀測。

2 強夯碎石墩地基處理成果的質量檢測分析

根據施工現場的實際情況，表明對路基工程的軟土地基采用柱錘強夯置換法是合理有效的，其加固效果分析如下。

（1）強夯置換施工過程中的各項測試數據和施工記錄均符合設計要求。

（2）地基質量檢驗是在強夯施工后間隔28d進行的，以此確保檢驗的有效性。

（3）質量檢驗方法主要是原位測試試驗，通過采用平板載荷試驗檢測承載力，采用重型圓錐動力觸探試驗檢查置換墩體著底情況及密度隨深度的變化。本次檢測工作包括8個靜載點及8個重型圓錐動力觸探點，試驗結果如下。

1）經處理后，有效加固深度為5.5～ 10. 7m，均符合設計要求。

2）處理后其承載力選取其中兩點來說明，其成果見表l，P～S曲線如圖2、動力觸探曲線如圖3所示，加載至最大荷載300kPa時，P～S曲線平緩，沉降較均勻，無明顯陡降點，地基承載力特征值值大于等于150kPa，與處理前相比有了顯著提高，滿足設計要求。

3 柱錘強夯置換施工若干問題的思考

本工程中采用柱錘強夯置換工藝，工藝簡單、速度快，處理后的地基，經檢測各項指標均符合設計要求，同時施工中也出現了若干問題，可為后續類似工程提供參考。

3.1石料粒徑問題

本工程為降低造價而所采用石料為開山石，未經過生產線統一加工，為天然級配，根據現場進料觀察，65%左右的石料粒徑分布在20～30cm，25%左右的石料粒徑分布在30～50cm，其余10%為碎石或者大于50cm的塊石，為間斷級配。石料粒徑整體偏大，而施工所采用柱錘直徑為1.2m，落錘后，錘底受力不均勻，出現“偏錘”、“倒錘”等現象，導致夯坑直徑增大，且夯坑周圍隆起嚴重，普遍隆起1～1.2m，增加了后期場地整平費用。結合類似工程經驗，對柱錘強夯置換法所采用石料粒徑控制標準，提出以下幾點建議。

（1）墩體材料級配不良或塊石過多過大，均易在墩中留下大孔，在后續墩施工或建筑物使用過程中使墩間土擠入孔隙，下沉增加。故石料級配應為連續級配，粒徑≥300mm的石料應盡量少。（2）石料的最大粒徑不宜大于夯錘直徑的1/3，石料的粒徑應與夯錘的直徑、高度相匹配，且應考慮夯點間距的影響。（3）為保證所形成墩體的完整性并避免較大的隆起量，應適當增加填料的次數而每次填料量不宜過多。

3.2夯點布置及能級優化

本工程采取“隔排跳打”的方式進行施工，施工過程中經常遇到第1排、第3排夯點點施工完成后，施工第2排點時，經常出現夯6～8錘就收錘的假象，少數點夯點擊數增加至30錘左右夯沉量也不再增加的現象，其主要原因是夯坑石料外擠嚴重，且不均勻，施工質量過程控制難度大。針對夯坑石料外擠嚴重的問題，主要措施。

（1）如前1問題所述，嚴格控制石料粒徑，可能會增加石料成本。（2）增大夯點間距，但根據規范，強夯置換墩間距應根據荷載大小和地基土的性質選定，當滿堂布置時可取夯錘直徑的2～3倍。夯點間距也不宜過大，否則軟基中夯間土加固效果差。（3）在夯點間距不變的前提下，改變設計參數。即在“隔排跳打”的前提下，第1排及第3排按正常能級施工完成后，增大第2排點的能級，比如本項目中由8000kN.m提高至lOOOOkN.m，第一遍點采用“組合能級”施工，且提出“單點錘擊數”及“最后兩擊平均夯沉量”的雙控標準，確保工程質量。

3.3“滿夯”優化

柱錘強夯置換在主夯及原點加固夯施工完成后，再進行滿夯，錘印搭接。滿夯施工主要存在以下幾點問題。

（1）因錘印要求搭接，施工過程中不便于放點。（2）滿夯施工并不形成施工記錄。（3）由于土性的差異，滿夯施工后場地并不平整，且表層土密實度差異大。

針對上述問題，設計時可根據地表土的性質，改滿夯為沖擊碾壓或振動碾壓，提高表層土的密實度，在表層形成一個“硬殼層”，提高地基承載力，且壓實后能有效減輕雨季場地被浸泡的風險。

3.4場地標高的控制

強夯置換時地面不可避免要抬高，特別在飽和粘性土中，根據有限資料，隆起的體積可達填人體積的大半，這主要是因為粘性土在強夯置換中密度改變較粉土少，雖有部分軟土擠入置換墩體空隙中，或因填料吸水而含水量降低，但隆起的體積還是可觀的，應在試夯時仔細記錄，做出合理的估計。

4 結語

針對軟土路基采用了柱錘強夯置換法處理方案，經實踐檢驗，該方法是有效可行的，滿足設計和規范要求。另外，由于柱錘強夯置換法目前在理論上仍有一些問題不夠成熟，還有待進一步研究。在使用柱錘強夯置換法處理軟土路基時，必須結合具體情況因地制宜，采用合適的施工參數。

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