強夯及強夯置換技術(shù)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(shù)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(jié)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(nèi)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(shù)具有經(jīng)濟易行、加固效果顯著、設備簡單、施工便捷、施工周期短、節(jié)省材料、適用范圍較廣等優(yōu)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(shù)

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(jié)的理論，即巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應力波，破壞了原有的結(jié)構(gòu)，使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)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(jié)。

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(gòu)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(jié)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(jù)，又是反映處理效果的重要參數(shù)。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(shù)，須根據(jù)所處理地基土的性質(zhì)而定，對軟土可取0.5，對黃土可取0.34～ 0.5。目前，國內(nèi)外尚無關(guān)于有效加固深度的確切定義，但一般可以理解為：經(jīng)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(jīng)驗和試驗資料時，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)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(xiàn)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(chǔ)底面位于受面波和剪切波的干擾而形成的表層松動區(qū)內(nèi)。根據(jù)工程經(jīng)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(nèi)。由于強夯過程中產(chǎn)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(nèi)的加固效果反而不如其以下區(qū)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(shù)少，夯擊遍數(shù)也相應減少，加固效果和技術(shù)經(jīng)濟較好。強夯的單位夯擊能應根據(jù)地基土類別、結(jié)構(gòu)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(chǎn)生沖剪，在夯坑底形成一擠壓加固區(qū)，為使所產(chǎn)生的擠壓力受周圍土約束，側(cè)面應不隆起，因此側(cè)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(shù)，這種分遍實際上是夯點分批夯擊。

夯擊點位置可根據(jù)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(cè)土隆起，使坑側(cè)土得到加固，也有利于機械作業(yè)。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?guī)炷蟼?cè)，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(chǔ)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(jié)速度慢，在上部荷載作用下將產(chǎn)生較大沉降量，影響上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(jīng)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(xiàn)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(shù)為10擊。然后在第一遍點夯的基礎(chǔ)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)為1擊。

4）現(xiàn)有便道的處理方法

現(xiàn)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(shù)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(shù)，考核施工設備的性能，為正式施工提供依據(jù)。試夯應有單點及小片試區(qū)，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(shù)據(jù)：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(jiān)測；滿夯前根據(jù)設計基底標高，考慮夯沉預留量并整平場地，使?jié)M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(wěn)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(zhì)量檢測，根據(jù)實際工程情況，采用合理的檢測方法。

質(zhì)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(zhì)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(shù)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(shù)據(jù)作為樁體深度參考（表1）：

根據(jù)上述表格三方數(shù)據(jù)對比，強夯原始記錄、瑞雷波數(shù)據(jù)基本符合鉆芯取樣實測數(shù)據(jù)，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(tǒng)=35.96x+23.8（y地基容許承載力Kpa，x重型觸探擊數(shù)），因此試驗每貫入土層10cm的錘擊數(shù)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(shù)據(jù)（表2）：

根據(jù)測點J-1～5現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)顯示，每貫入土層10cm的錘擊數(shù)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(jié)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(zhì)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(jīng)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(zhì)情況，工前強夯試驗及施工經(jīng)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。