基于復合地基處理中強夯置換法的應用

張弘

（重慶中設工程設計股份有限公司，湖南 長沙 410004）

基于復合地基處理中強夯置換法的應用

張弘

（重慶中設工程設計股份有限公司，湖南 長沙 410004）

強夯置換法是從強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。在施工應用中，強夯置換法綜合了強夯加固和復合地基的優點，不僅能夠降低土體中的地下水位，充分提高土體的強度和地基的承載力，而且在應用范圍、施工成本和縮短施工周期等方面都具有很大優勢。簡要介紹強夯置換法的分類及其加固機理，并以工程實例分析了其在復合地基處理中的設計、施工和質量控制要點。

強夯置換法；復合地基；加固；應用

1 強夯置換法及其分類[1-4]

介紹強夯置換法，就不得不提強夯法。強夯法通過重錘從高處落下對地基土產生沖擊，從而提高了地基土的強度，同時也改善了土層的均勻性和壓縮性。強夯法已經廣泛應用于碎石土、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。強夯置換法是在強夯法實踐應用中逐漸發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，因此基底傳導的荷載不再集中，而是分散到地基中的樁體上，從而使復合地基的承載能力大幅提高，其加固機理類似于振沖法等形成的碎石樁。與強夯法相比，樁式置換法可以應用在塑性指數較高的高含水量軟粘土地基處理中。既具備了強夯加固的動力固結效應，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。樁式置換法的夯點可以根據被置換土體性質及上部結構布置成矩形或三角形，見圖2。并根據具體情況分布夯點間距，對獨立基礎或條形基礎可根據基礎形狀與寬度相應布置。在施工時，為防止夯擊吸錘或夯坑進水，應在表面先鋪墊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，然后在夯坑內填充粒徑小于30 cm的石渣，填滿夯坑后，再次進行夯擊，夯出1.5～2.0 m夯坑后填滿石渣，然后進行第三次夯擊，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用于深度在4～10 m之間的淤泥質的地基加固中，是一種整體式的強夯置換法。此種方法通過強夯的沖擊能將含水量高、具有觸變性、抗剪強度低的淤泥擠開，置換成級配良好，透水性高，抗剪強度高的石渣或塊石，從而形成應力擴散性能良好、密實度高、壓縮性低、承載力強的承重骨架。其選用的填筑材料一般是粒徑不超過1 m的塊石或石渣。無論是淤泥質的帶狀路堤、還是防波堤地基，整式置換都能發揮出良好的應用效果。

整式置換前，首先應該挖除阻礙沉堤的路堤、塘堤及淤泥表面的硬殼，再進行拋石壓載擠淤。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逐點夯擊，見圖3。用50 t夯機時，主要采用二序施工法，以此來避免施工過程出現扇形布點。用100 t夯機時，主要采用一序施工法。

圖3 整式置換法強夯順序

2 復合地基處理中強夯置換法設計

強夯置換法在設計前必須通過現場試驗來分析其其在復合地基處理中的適用性和應用效果。現場試驗時，應根據建筑場地復雜程度、建筑規模及建筑類型確定試驗區的數量。并在施工現場有代表性的場地上選取若干試驗區域，標出夯點位置，并測量場地高程進行試夯或試驗性施工，并根據試夯情況校正地面抬高值。強夯設計時，尤其要注意以下幾點：

（1）應科學評估施工環境的土質條件，并以此選取合適的強夯置換墩的深度，一般情況下，深度不宜超過7 m，除厚層飽和粉土外，強夯置換墩的深度應穿透軟土層，并到達較硬土層上。

（2）設計墩位布置位置時墩間距應根據原土的承載力和荷載大小選定。對獨立基礎或條形基礎墩間距可設置為夯錘直徑的1.5～2.0倍。墩的計算直徑可取夯錘直徑的1.1～1.2倍。當墩間凈距較大時，要適度加強頂層和基礎的剛度。

（3）應根據現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB50007的有關規定計算強夯置換地基的變形量。

3 強夯置換法施工要點及參數

一種科學的地基處理方法，離不開完善的理論和設計計算，同樣離不開可靠的施工，強夯置換施工時有以下幾個方面需要注意。

3.1 置換深度

強夯置換加固效果指標中,置換深度是一個關鍵性課題,難以預測,也難以控制。一般根據實際夯擊時每次夯擊深度之和與實際檢測出的擊數來綜合判斷。強夯置換的影響深度應由置換樁的長度和樁下被加密的土層組成，國內外置換實際深度一般在7 m以內為多。當夯坑過深而發生起錘困難時應立即停夯，并向坑內填料直至與坑頂齊平，記錄填料數量，如此重復直至滿足規定的夯擊次數和控制標準完成一個墩體的夯擊。當夯點周圍軟土擠出影響施工時，可隨時清理并在夯點周圍鋪墊碎石，繼續施工。

3.2 夯擊過程控制

在夯擊施工中，復合地基重復定位允許偏差應始終控制在20 cm以內。在每一遍夯擊完成后，都需要實時檢測地面隆起高度，夯實過程中，如果坑底傾斜度過大，必須及時用石料填充至地面平齊，然后再次夯實。強夯置換一般只能達到夯擊時地面以下4 m處，在4 m以上，驗算承載力時可以按照復合地基公式來計算夯擊效果

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

3.3 施工參數

在按照工程要求確定置換深度后，強夯置換的主要施工參數主要有：夯擊能量、加固的有效深度、夯擊遍數、夯點間距及間隙時間等。

（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，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）。

實際應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（即加密區范圍）兩部分相加而成。

（3）夯點間距：合理的夯點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。根據實際施工經驗，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而按照等邊三角形布點。

4 結語

在確定地基處理方案時，宜選取不同的方法進行對比選擇。對復合地基而言，針對不同土性、設計要求，選取適宜的成樁工藝和增強體材料至關重要。一方面要加強設計階段各項參數的選取，另一方面要加強施工過程控制，嚴格按照設計要求施工，保證工程質量。

[1]薛殿基.復合地基樁處理技術[M].北京:中國建筑工業出版社, 2011.

[2]高勇.復合地基處理及其工程實例[M].北京:科學出版社,2007.

[3]徐至鈞.強夯和強夯置換法加固地基(建筑地基處理技術叢書) [M].北京:機械工業出版社,2004.

[4]張慶國.強夯法加固機理與應用[M].山東濟南:山東科學技術出版社,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，從事道路與橋梁設計工作。