高含水率軟基強夯置換處理及沉降規律研究

山東種業現代農業科技創新園區建設一期項目場地屬于高含水率軟基，結合現場實際情況，選用強夯置換法進行基礎處理，按照分區域處理原則，提出了各區域的置換強夯施工技術參數，并對填筑期和靜置期進行了地面沉降、分層沉降和孔隙水壓力進行監測。結果表明：土體沉降變形超過70%集中在填筑期，填筑結束8個月后，沉降變形達到穩定狀態，填筑結束15個月后，地面累積沉降變形為206 mm；采用強夯置換法后，地下孔隙水壓力均低于初始值，且上下兩點的壓力差值較初始時增大，表明強夯置換法能夠顯著降低荷載帶來的超孔隙水壓力。

高含水率軟基；強夯置換法；填筑期；靜置期；沉降變形；孔隙水壓力

TU753A

巖土工程與地下工程巖土工程與地下工程

［定稿日期］2023-02-28

［作者簡介］魏浩（1988—），男，本科，工程師，主要從事建筑工程工作。

0" 引言

軟土具有壓縮性高、透水性差、承載力地、抗剪強度小等特點［1-2］，在軟土地區進行工程建設，必須對軟土進行處理，常用的處理軟基的方法包括強夯置換法、CFG 樁法、碎石樁法、排水固結法等多種方法［3-5］，每種方法均有其適用性。強夯置換法適用于軟土平均深度不超過5 m的基礎，后面三種適用于軟土平均深度超過5 m的情況（其中，當填筑體高度＞5 m 時，宜選用碎石樁法或者排水固結法，當填筑體高度＞5 m 時，宜選用CFG 樁法）。在處理高含水率軟基時，對于超孔隙水壓力的釋放問題需要格外關注，由于強夯置換法兼具置換、排水、擠密等效果，因此相比之下，強夯置換法更適用于高含水率的軟基處理［6］。

本文以山東種業現代農業科技創新園區建設一期項目高含水率軟基工程處理為例，對強夯置換具體施工過程和工后沉降問題進行了詳細闡述，以期能為類似工程項目提供借鑒和指導。

1" 工程概況及地質條件

1.1" 工程概況

山東種業現代農業科技創新園區建設一期項目，位于濟南市歷城區唐王街道南殷村南部，唐王街道辦北部，唐王中路西側，地理位置優越、交通便利。項目占地面積57 789 m2，總建筑面積83 351.11 m2，建筑場地屬沖洪積地貌單元，擬建場地大部地形平坦，地面標高最大值24.41 m，最小值17.78 m，地表相對高差6.63 m，軟弱土較厚。

1.2" 水文地質條件

廠區內揭露地層為新近人工堆積填土層、全新世沖積、更新世沖洪積形成的黏性土、粉土、中砂、卵石層。擬建場地土層在勘察深度范圍內自上而下劃分為①層淤泥質土（Q4ml）、②層粉質黏土（Q4al+pl）、③層粉質黏土（Q4al+pl）、④層粉質黏土（Q4al+pl）和⑤層粉質黏土（Q4al+pl），上部為淤泥土，下部多為軟塑、可塑的粉質黏土，軟弱土最大深度達到7.7 m，平均深度4.2 m，各土層工程特性指標見表1。

擬建場地地下水屬于第四系孔隙潛水。第四系孔隙潛水主要補給來源為大氣降水，排泄方式主要為人工開采、蒸發及地下徑流。場地地下水位總體較均衡，勘探完成時實際測得場地鉆孔內地下水靜止水位埋深為6.10～6.60 m，穩定水位標高為15.85～15.97 m，平均為15.90 m，各土層的含水量較大，最大含水率達到36.2%。

2" 基礎處理施工過程

2.1" 施工方法選取

由于本工程軟土平均厚度介于2～5 m，且現場開挖后含水量較大，無法滿足普通強夯施工，故采用強夯置換法進行處理，其原理是在夯錘力作用下，將松散碎石等材料強行擊入軟土中，對周圍土體起到擠壓作用，提高軟土自身強度，同時碎石形成的碎石樁可以起到排水通道的作用，從而大大降低荷載所帶來的超孔隙水壓力，對于高含水率軟土基礎而言，其具有的固結排水效果更優異。強夯置換法的作用可歸納為幾點：①振實壓密作用；②排水固結作用；③置換增強作用；④預加變形作用。強夯置換示意見圖1。

2.2" 施工參數

根據國家現行JGJ 79-2012《建筑地基處理技術規范》的有關規定以及梅那公式計算，采用4 000 kN·m履帶式強夯機進行置換強夯施工，可有效加固深度約7.0～8.0 m。因場區黏性土、淤泥質土等不透水性土較多，造成無法實現一次性強夯點夯達到設計要求，因此按照規范要求需在一次強夯完成后進行夯坑的晾曬工作，晾曬完成后再進行石渣的夯坑回填，隨后再進行點夯施工，直至達到方案設置的擊數及沉降量要求為止。各區域的置換強夯施工技術參數見表2。

巖土工程與地下工程魏浩： 高含水率軟基強夯置換處理及沉降規律研究

2.3" 施工過程

（1）1#樓1～8軸為樁基礎，樁頂標高在16.00 m。為保證1#樓樁基施工樁頭有保護深度，土方開挖至絕對標高18.0 m，回填500 mm的碎石，點夯夯擊能采用4 000 kN·m，夯錘采用直徑為1.25 m的柱錘，夯點間距為3.0 m，矩形布置，點夯過程中邊夯邊填料，確保樁頭800 mm的超灌深度，最后兩擊夯沉量不大于100" mm，置換強夯施工完成后采用6 000 kN·m的普通強夯進行施工直至達到設計要求。回填材料可采用級配良好的塊石、碎石、礦渣、工業廢渣、建筑垃圾等堅硬粗顆粒材料，且粒徑大于300 mm的顆粒含量不宜超過30%，最大粒徑不宜大于500 mm。

（2）1#樓9～15軸為筏板加柱墩基礎，現有標高約15.50 m，墊層地標高為17.05 m，在現有場地標高回填至17.05 m，進行置換夯錘施工，點夯夯擊能采用4 000 kN·m，夯錘采用直徑為1.2～1.5 m的圓形錘，夯點間距為3.0 m，正方形布置，邊夯邊填料，最后兩擊夯沉量不大于100 mm，點夯結束后采用2 000 kN·m的夯擊能進行滿夯施工。回填材料可采用級配良好的塊石、碎石、礦渣、工業廢渣、建筑垃圾等堅硬粗顆粒材料，且粒徑大于300 mm的顆粒含量不宜超過30%，最大粒徑不宜大于500 mm。

（3）3#樓北側與車庫不重疊部分，根據現場實際地基標高（絕對標高約19.0 m）回填500 mm石渣，以確保機械可以在雨季施工階段及地基土較濕的情況下可以正常行走。強夯施工前3號樓應向車庫方向超填3 m，點夯夯擊能4 000 kN·m，夯錘采用直徑為1.2～1.5 m的圓形錘，夯點間距為3.0 m，正方形布置，最后兩擊夯沉量不大于100 mm，點夯結束后采用2 000 kN·m的夯擊能進行滿夯施工，且保證每個基礎下有碎石墩，回填材料可采用級配良好的塊石、碎石、礦渣、工業廢渣、建筑垃圾等堅硬粗顆粒材料，且粒徑大于300 mm的顆粒含量不宜超過30%，最大粒徑不宜大于500 mm。

（4）車庫與3#樓交接區域以及地基存在高差的區域，為加快施工進度，車庫先進行開挖換填，后置換強夯，車庫開挖回填后與3#樓高差在2.5 m左右，以先強夯低處后強夯高處的原則，車庫開挖保留3#樓外擴2.5 m，和3#樓一起進行強夯，強夯處理后再進行開挖放坡，以保證開挖邊坡區域的承載力。

3" 監測結果分析

3.1" 原地面沉降

以3#樓北側某工點為例，該工點處軟弱土層的厚度約為5 m，強夯置換的墩長約為5 m，填筑體的厚度約為11 m，從開始填筑到填筑結束，歷時約為70 d，隨后對該強夯置換工點進行了長達450 d的沉降監測，監測結果見圖2。從圖2中可知：剛開始填筑時，累積沉降量增長較快，當填筑完成后沉降仍呈快速增長趨勢，最大沉降率達到4 mm/d，超過70%的沉降變形集中在填筑期，當施工完成約1個月以后，累積沉降增長開始變緩，直至施工完成約300 d后，累積沉降基本達到穩定狀態，最終沉降量穩定在206 mm左右，滿足相關規范要求。

3.2" 分層沉降

在該工點以下埋設了3個分層沉降儀，埋設深度分別為0.49 m（磁盤3）、2.2 m（磁盤2）和5.2 m（磁盤1），從施工之初就開始監測，監測結果見圖3。從圖3中可知：3個磁盤的沉降變形規律與土體的總體沉降變形規律保持一致，深度越深的磁盤變形越小，土體表面磁盤3的沉降變形達到了206 mm，中間磁盤2的沉降變形為180 mm，而最下面磁盤1的沉降變形僅為97 mm，且變形仍是集中于填筑期，靜置期的沉降變形較小，并在施工后約300 d左右達到穩定狀態。

3.3" 孔隙水壓力

在工點處共埋設了2個孔隙水壓力監測點，埋深分別為4.2 m（kx2）和6.5 m（kx1），監測得到的孔隙水壓力變化曲線見圖4。

（1）強夯置換點處kx1和kx2兩個點位處的初始孔隙水壓力分別為21 kPa和15 kPa，兩者相差6 kPa，當進行填筑施工后，孔隙水壓力快速增大，且kx1和kx2的變化趨勢基本保持一致。

（2）填筑結束后，kx1的孔隙水壓力達到峰值70 kPa，kx2的孔隙水壓力達到峰值69.7 kPa。

（3）當進入靜置期后，kx1和kx2的孔隙水壓力先是快速降低，然后逐漸進入穩定狀態，監測結束時，kx1和kx2的孔隙水壓力分別穩定在17.16 kPa和3.24 kPa，均低于初始孔隙水壓力值，且兩者的壓力差值達到13.92 kPagt;6 kPa，表明強夯置換法能夠顯著降低荷載帶來的超孔隙水壓力（圖4）。

4" 結論

強夯置換法具有良好的振實壓密、排水固結、置換增強和

預加變形等作用，適用于高含水率軟基，針對工程區場地實際情況，選用了4 000 kN·m履帶式強夯機進行分區域、分多次置換強夯施工，工后450 d的累積沉降變形為206 mm，孔隙水壓力較初始值顯著降低，取得了良好的處置效果，能夠為類似高含水率軟基處理施工提供借鑒。

參考文獻

［1］" 王山，梁廣雪，陳先勇，等.真空預壓處理高含水率疏浚泥室內足尺大模型試驗研究［J］.江蘇水利，2022，315（12）：1-6+12.

［2］" 唐云，劉堃，李春陽.高含水率濱海軟基水上水泥攪拌樁加固方法研究［J］.港工技術，2018，55（4）：106-109.

［3］" 黃樹榮，林家樂.公路軟基處理中強夯置換法的應用分析［J］.西部交通科技，2022，183（10）：108-109+121.

［4］" 劉陽.CFG樁技術在軟基工程施工中的應用——以省道213線沿灘區段改線項目為例［J］.黑龍江交通科技，2022，45（4）：43-45.

［5］" 肖驍.碎石樁和塑料排水板在沿海軟基處理中的應用［J］.四川建材，2022，48（12）：103-105.

［6］" 吳其泰.排水板強夯置換復合工藝處理軟基試驗研究［J］.施工技術，2021，50（11）：149-152.