軟土路基處理中強夯置換法的應用與分析

董曉寧 王文龍

摘 要：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。為此，采用科學、合理的處治方法對軟基加固至關重要。強夯置換法是一種高效、便捷的軟基處理技術，可促使周圍土體擠壓密實，減小孔隙率，提高土體強度。

關鍵詞：軟土路基;強夯置換法;作用機理

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。按照強夯置換方式劃分，可將其分為2大類，即樁式置換與整式置換，樁式置換法具備散體材料樁加筋、擠密、置換、排水等特點，同時又具備強夯加固動力固結效應，可大幅提升地基承載力，減少地基變形，相比強夯法，在較高塑性指數的高含水量軟黏土中應用更為廣泛。

整式置換法多應用于深度在4～10m的淤泥或淤泥質土內，整式置換通常可在淤泥層底較硬土層上擠壓石料，從而達到承重、穩定骨架的目的。

2 工程概況

某公路工程全長25.5km，路幅寬度為26m，雙向四車道。道路沿線地質條件較差，路基上部地層為軟弱地層，具有含水量大、壓縮性大等特點，不可作為天然路基，必須對軟弱地層進行加固處理，改善地基土的工程特性，達到道路設計的需要，設計處理后的復合地基承載力特征值不小于150kPa。

3 地質條件分析

經工程地質測繪及鉆探揭露，道路區內分布地層為第四系全新統機械、人工拋填的素填土（Q4ml）、第四系殘坡積粉質黏土（Q 4el+dl）和侏羅系中統沙溪廟組的（J2s）砂巖和泥巖組成，現由新到老分述如下：

第四系全新統：1）機械、人工拋填的素填土（Q4ml）：淺褐～淺褐黃色，成份由泥巖碎塊石、粘性土及少量建筑垃圾和生活垃圾組成。硬質物約占50～70%，粒徑2～30cm，最大厚度達10.3m，結構松散～稍密、稍濕，均勻性差，屬機械、人工拋填形成，填齡約1年。2）粉質黏土（Q4el+dl）：褐黃色～褐灰色，成份由粘粒、粉粒組成，韌性及其干強度中等，搖震無反應，呈硬塑狀，該層厚度不均，分布于整個場地素填土層以下。侏羅系中統沙溪廟組基巖，下伏于第四系素填土、粉質黏土之下，由砂巖和泥巖組成。3）泥巖：紫紅色，主要礦物為黏土礦物，呈泥質結構，中厚層狀構造，含砂質團塊，泥巖強度低，易軟化，抗風化能力差。強風化泥巖厚約1.00～2.0m，風化裂隙發育，巖芯呈破碎、碎塊狀。中等風化泥巖較完整，巖芯呈柱狀。該層分布于整個場地，為場區內主要巖層。4）砂巖：灰褐色～灰白色，主要礦物為長石、方解石、石英、白云母等，呈中粒結構，中厚層狀構造。強風化砂巖厚約1.00～2.00m，風化裂隙較發育，巖芯呈碎塊～短柱狀。中等風化砂巖強度較高，巖芯較完整，呈柱狀，該層分布于整個場地，為場區內主要巖層，與泥巖呈互層狀分布，局部分布較厚。

4 軟土路基處理中強夯置換法的施工技術要點

1）清表并平整施工場地。施工前，應使用挖掘機或推土機清除地表腐殖土、草皮、樹根。清表深度為原地面以下30cm，清表完成后平整場地，由于場地太濕，為了保證機械正常運作，安全施工，在試驗段攤鋪50cm砂礫墊層，然后進行碾壓。2）測量放樣。依據導線點放出夯擊的夯點位置，用白灰線標示出夯點中心位置。本試驗段夯點間距4.5m，采用等邊三角形布置，處理寬度為42.5m，夯點數為550個。測量夯點處原地面標高。3）機械就位。起重機就位，夯錘對準夯點位置。在夯錘進場檢驗時已準確稱量出夯錘重量，測定出錘底面直徑和錘高。4）夯擊施工。用水準儀測量夯前錘頂高程，并做好記錄。然后吊鉤掛住夯錘。將夯錘起吊到預定高度，開啟脫鉤器，夯錘脫鉤自由下落，當夯坑過深而發生起錘困難時停夯，向坑內填料直至與坑頂平，記錄填料數量，如此重復直至最后兩擊夯沉量小于50mm，強夯深度達到4.5m時停夯，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;填料采用不易風化的開山碎石，強度大于30MPa，一般粒徑30～40cm，最大粒徑不大于50cm，含泥量小于10%。按設計規定的夯擊次數及控制標準，完成一個夯點的夯擊。5）滿夯施工。在規定的時間間隔后，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數，最后再以低能量滿夯，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，低能量滿夯的搭接不得小于四分之一夯錘直徑，依次連續夯擊，使地面均勻平整，標高一致。

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。4）“橡皮土”的處理。“橡皮土”的產生很大原因在于軟基內粘性土具有較大含水率，且呈飽和狀態;或因兩次夯擊時間相隔過短;或孔隙水壓消散不及時等。為解決上述問題，需設置好排水設施，保證快速將土地內的水排出，保證土體固結效果。若仍無法有效解決，可選擇挖除換填法進行施工處治。

6 結束語

綜上所述，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。作為公路的主要構成成分，路基是路面的基礎及公路的承重主體。若路基具有較高天然含水率，將大大增加路基填筑的壓實難度，出現路基失穩問題。為此，必須選用科學、合理的治理方法對軟土路基進行有效處理。通過強夯置換技術處理軟土路基，可降低土體含水率，提高壓實度，保證整體施工質量。

參考文獻

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