強夯置換法在軟基處理中的應用與分析

高勇哲 趙偉鵬

（中公交通監理咨詢河南有限公司，河南 焦作 454150）

作為軟土地基加固施工的主要技術之一，強夯置換法是通過夯錘沖擊能向天然地基內強制性擠入大量具有良好物理力學性能的粗粒料，如碎石、塊石及礦渣等，利用置換方式形成樁-土復合地基，以此滿足地基加固的作用。相比其他加固方式，此方式施工更為便捷，其樁體還具備豎向排水通道的功能，也可充分擠密樁體附近土體。當前，可在淤泥質土、飽和黃土等地基加固施工中廣泛應用。

1 強夯置換法的作用機理

1969年法國Menard技術公司首次提出強夯法這種地基加固技術，其通過重錘在8～20m落距下對地基土施加巨大沖擊能力，從而達到增強路基土強度，減少土體壓縮性及消除濕陷性黃土濕陷性的目的。此外，夯擊能還可進一步增強土層的均勻性，減少工后差異沉降。自該項技術應用以來，多用于處理砂土、粉土、濕陷性黃土、素填土等地基。但對于具有較高飽和度的粘性土，因超孔隙水壓力等問題，處理效果并不明顯，特別是在淤泥質土處治中效果極不理想。為解決該問題，專家學者提出了強夯置換法，其技術原理為將塊石、碎石等材料回填至夯坑內，利用夯擊能將軟土排開，最終形成砂石樁與軟土復合地基。這種施工法可有效提升路基土的承載力與變形模量，而塊石內的孔隙可為及時排出孔隙水提供良好的渠道，以此減少軟土排水固結的時間。

2 工程概況

某公路工程全長12.31km，其中存有軟基路段，本文以K17+425～K17+835段為試驗段，總長度為410m，原施工設計圖紙處理軟土地基的方法為在淤泥層清基后，鋪筑碎石墊層，隨后在碎石墊層上安裝塑排板機械，向下打設塑排板，但在對施工現場地形、地質及自然環境等因素綜合考慮后，決定棄用原有設計方案，決定針對此軟基路段，選用塊石分層填筑，分上下2層即可，同樣分2次強夯處治，按照塑排板深度，合理控制強夯處理深度，保證具有一致性，且處理范圍同樣為兩側坡腳線范圍。經實地勘查發現，按力學性質劃分，地表以下巖土層可簡單分為5層，即淤泥層、淤泥質黏土、圓礫等。

3 強夯置換試驗分析

1）單點強夯置換試驗。根據設計要求先將淤泥裝填好，隨后拋填碎石，待門架與繩索調整好以后，在模型箱有機玻璃側中心線位置設置1號半圓柱夯錘，每次夯擊夯錘落距控制在50cm，以每秒鐘3.16m設為撞擊碎石層表面的速度。待完成每次單點夯擊后，需做好各項記錄工作。經試驗可見，此次試驗夯擊次數為9次，在夯錘沖擊作用下，碎石逐步擠入淤泥層，且帶動土體，形成夯坑，具有不可恢復性。通過觀測，伴隨夯擊次數的增加，夯坑深度隨之改變，當夯擊次數大于6次，夯坑深度變化產生改變，但整體趨于平緩，則表明此次夯擊已與極限置換深度基本相近，此時深度為9.7cm。則表明在夯擊能與墊層不變的情況下，即便夯擊次數增加，也不會提升置換深度，只會增加施工時間、施工成本。

2）多點強夯置換試驗。同樣按照單點強夯置換試驗設置各模型設備位置，參考施工技術資料，多點強夯置換試驗中按照錯點法進行夯擊布排方式，待完成夯點1夯擊作業后，按照1-2-3-4的順序依次對其他夯點進行施工，且做好各項記錄。此次試驗共進行了四個夯點夯擊施工，經分析可見，類似于單點強夯置換，在夯錘強大的沖擊作用下，各夯點位置的淤泥土都出現了不可恢復的塑性變形，夯坑在前4次夯擊過程中，夯深增加速度較快，但在夯擊6次后，速度逐步下降，趨于緩和，此時四個夯坑深度都在8～9cm。因淤泥土具有流動性，在完成四個夯點施工后，夯點1已被擠實，由此表明經土體豎向、水平擠密可形成夯坑。

4 強夯置換法施工工藝及流程

1）強夯施工技術參數。（1）夯點布置及間距。按照正方形布設夯點，為4x4m，夯擊遍數定為9遍。為保證夯擊后地基夯實效果良好，且具有均勻性，可采用錯點法作為夯擊次排方式。（2）技術參數。于強夯置換效果而言，夯錘錘徑、落距等工藝參數影響較大。為此，必須在施工前明確各工藝參數，本工程選用50T履帶式強夯機，吊高位25m，通過三種錘徑不同的夯錘進行施工。其中會按照現場實際情況對第4遍～第六遍做出適當調整，通過水泥錘對軟土面特殊夯擊，直到整個工作面形成勻值，保證不會出現差異沉降。

2）填料施工要點。（1）地基表層清理干凈后，可根據設計圖紙進行測量放線。（2）拋石處理原有場地，根據施工現場情況，可在4m以上控制拋石填筑厚度，1.5m為第一層填筑厚度，其他各層按50cm一層控制。（3）選取挖機投擲拋石。順著中線連續向前施工，隨后擴展至兩側。（4）通常可選用50cm粒徑以下的片石作為拋填材料，不得存在土、植物根等雜質。

3）強夯施工要點。（1）場地清理干凈后，保證其各項指標滿足起夯面技術要求。（2）測量放線，并對工作區高程進行準確測量。（3）通過傳感設備控制數據，待完成上述工序后，即可輕夯機械就位，根據技術規定，按照相應夯擊能、夯擊數進行施工。（4）待完成第一遍整平作業后，需再次對工作區高程進行測量。（5）按照上述步驟，重復施工，直至達到施工要求。

5 強夯置換施工問題及處理對策

1）偏夯。強夯置換施工中，常常會出現偏夯問題，其根本原因在于環境變化或人為操作等，這些因素的產生均會導致起重設備的夯錘無法準確對準夯點位置，從而出現偏差、偏夯情況。為解決及避免此類問題產生，可選擇圓形夯錘，在每次夯擊前，對夯點位置進行再次放線復核，且在15cm以內合理控制夯錘中心與夯點之間的位置差距，或者以夯點為中點，將夯位輪廓線準確劃出，從而避免偏夯問題出現，提高夯錘位置的精確度。

2）歪夯。施工中因原路基存在不均勻強度情況，或夯擊場地凹凸不平，或墊層壓實度不足，均會在夯擊施工之后，產生碎石墩垂直度偏離情況，從而產生歪夯等情況，甚至會嚴重影響夯擊能，危害置換墩體。為此，要求做好每次夯擊效果監測工作，及時處理歪夯問題，若問題較為嚴重時，可選擇填料及時填平坑底，隨后再次進行夯擊施工。

3）地表過大隆起及翻漿。強夯施工的目的是充分擠出夯點附近的軟土，若在施工過程中，夯擊能過大，將會出現地表隆起開裂情況，或產生翻漿、冒泥問題。針對這種問題，需及時暫停夯擊施工，待碎石鋪墊到夯點附近之后，才能重新進行夯擊施工。或通過增加填料投放次數的方式進行處理，但必須合理控制每次添加量。待重新進行夯擊施工后，需對夯點之間的距離進行再次調整，保證滿足施工要求。

6 結束語

綜上所述，改革開放40多年，我國綜合實力不斷增強，加大了基礎設施建設投資力度。公路工程建設是我國基礎設施建設的重要組成部分，隨著公路網的進一步完善，我國公路建設取得了突飛猛進的發展。隨著公路建設規模的不斷擴大，越來越多道路不得不修建在不良地基上，如軟弱土層等。軟土內具有較高含水量，且力學性能差，如施工不當極易影響路基穩定性，造成不均勻沉降，從而威脅公路施工安全。強夯置換法的應用，能夠有效增強路基穩定性，提高承載能力，對公路工程建設質量提升意義重大。