淺析強夯置換法在軟基處理中的應用

張磊 ZHANG Lei

（中交二公局第六工程有限公司，西安 710065）

1 工程概況

本合同段軟土路基處理總長490m，主要為軟塑粘土、粉質粘土，設計處理措施為清除換填，換填材料為素土和石渣，換填平均深度約為3m，換填面積約31499m2，其中挖除軟土91872m3，回填石渣15312m3，回填素土76560m3。

原設計地質情況：根據地勘資料顯示，地面表層主要為黏土：黃褐，濕軟塑黃褐色、褐色、局部黑褐色，濕，切面光滑，韌性較低。表面雜草較多，含少量有機質土，工程性能差，下伏灰黃色粉質黏土及基巖。

2 原設計情況

此段軟基原設計換填3m（其中2.5m素土，0.5m石渣），平均填土高度為11m。

3 現場實地情況

此段路基平均填土高度為11m，此段路基原地表為水稻田，土質為淤泥，常年積水，根據現場查勘情況，本區域表層主要為主要為黏土：黃褐，濕軟塑黃褐色、褐色、局部黑褐色，濕，切面光滑，韌性較低。根據現場鉆孔取樣資料，此段淤泥厚度為1.8～4m不等，且此段常水位較高，換填2.5m素土后長期受地下水浸泡，路基整體穩定性較差，經與業主、設計、監理單位現場查勘，會商結果為此段落內軟基處理采用強夯置換方案。

4 強夯置換方案

4.1 強夯置換簡述

強夯方式：整體式強夯置換，主要是采用強夯機將片石整體打入軟基中，其原理相當于整體換填。

4.1.1 加強深度

強夯的加強深度沒有具體的規定，可認為：經強夯處理后，地基強度、變形等參數滿足設計要求規定范圍。根據CECS 279-2010《強夯地基處理技術規程》，強夯的加強深度可按照下式進行預估：

式中：

H——有效加固深度（m）；

M——夯錘重（t）；

h——落距（m）；

α——系數，須根據所處理地基土的性質而定，對軟土可取0.5，對黃土可取0.34～0.50。

因強夯的加固效果影響因素較多，因此，強夯的加固深度應根據現場試驗確定。在試驗前，根據CECS 279-2010《強夯地基處理技術規程》，可根據表1進行預估。

表1 強夯有效加固深度表

4.1.2 夯錘和落距

單擊夯擊對粗粒土可取1000～3000kN·m/m2，對細粒土可取1500～4000kN·m/m2，一般采用的落距是8～25m。

4.2 施工方案

根據地質資料及夯擊區土樣，根據經驗及計算資料，初步確定施工參數，具體如下：

強夯初步方案：平均填筑片石3m厚，先進行主夯、然后副夯、最后滿夯一整套工藝。在施工完一遍夯擊后，軟土層厚度低的地方不再填補片石，軟土層厚度高的地方再補充片石，填補片石完成后再進行整平碾壓。主夯和副夯夯擊能量均采用1600kN·m，滿夯夯擊能量采用800kN·m，夯擊次數由實際夯擊次數與夯沉量關系而定，最后兩擊平均夯沉量小于5cm。夯擊點按照正三角形布置，處理寬度至路堤坡腳外3m處，主、副夯夯點間距為6m，滿夯重疊1/4夯錘面積。

圖1 主、副夯夯點間距

4.2.1 加強深度

主夯、副夯加強深度：

其中，軟土地基a取值為0.5m，夯錘重16T，夯點間距為9.5m。

根據地勘資料，此段軟基下地基承載力1.5～5.5m以下均能滿足設計要求，強夯處理對此段路基進行加強。根據鉆探資料，軟土地基下地質情況較好，可以作為持力層。

滿夯有效加固深度：

其中，軟土地基a取值為0.5m，夯錘重16T，夯點間距為5.0m。

4.2.2 夯點間距計算

主夯與副夯中的距離按照夯錘直徑的3倍控制，夯錘直徑為2.6m，夯點間距為6m滿足要求，正三角形布置，主、副夯夯點呈梅花形布置，能夠有效對地基進行加固，滿夯重疊1/4夯錘面積。

4.2.3 強夯施工線路

夯擊時順序為先夯擊中間部位，再夯擊兩側部位，這樣可使軟基向兩側擠壓，可及早消散、及早板結，提高夯后質量。

圖2 強夯施工夯擊順序路線圖

4.2.4 夯沉量測設

為準確得知夯沉量，反映夯沉量與夯擊次數等曲線關系，需測量前后夯擊產生的沉降差，每夯擊一次測量一次數據，在夯擊次數完成后，再測量一段時間數據，然后對測量數據進行分析，看強夯后是否存在上拱現象。

圖3 強夯后高程變化表

根據以上數據強夯后1-3d因應力釋放有小的起拱，但整體不大，且觀測15d內數據較為穩定，因此，在強夯后7d左右便可進行下一步施工作業。為確保應力消散，主、副夯完成后時間間隔7d后方可進行滿夯施工。

圖4 標高變化趨勢線

沉降差測量時為避免強夯震動影響觀測精確度，在測量時水準儀架設在距離夯擊點約80～100m處。

4.3 強夯（主夯）效果

根據設計圖紙，此段路基填筑片石厚度3m，根據圖紙要求，最后兩此夯擊完成后沉降差小于5cm。根據現場實測數據，主夯、副夯夯擊12～15次后可達到最后兩擊沉降差小于5cm的要求，滿夯夯擊6～8下能達到沉降差小于5cm的要求。經測量夯坑平均深度為1.7m。

從現場實測數據中選取3組數據進行分析，從數據分析得，夯擊每次沉降差都在減小，在夯擊12～15次后沉降差滿足要求，可夯擊密實。

圖5 單次夯擊沉降關系圖

4.4 沉降及位移觀測方案

圖6 總沉降差與夯擊次數圖

為保證軟基處理地基穩定性，在路基填筑過程中需進行沉降觀測及位移觀測，沉降觀測點埋置在軟基較厚地方，位移觀測點埋置在強夯區域外1m處。在路基填土過程中每3d進行一次觀測，在填筑完成后每7d進行一次觀測，根據實測數據進行穩定性分析。

沉降觀測點及位移觀測點按以下標準進行設置：

①觀測斷面：沉降板1塊，位移邊樁2根，布置于全軟基路段。每隔50m一個觀測斷面。

②觀測頻率：施工期間每三天觀測1次。路基填筑完成后，第一個月1周1次，2～3個月內2周觀測一次，3個月后每月觀測一次，半年后每月觀測一次，完成后交驗后停止觀測。（圖7）

圖7 沉降觀測斷面及平面布置圖

沉降觀測：沉降觀測板在軟基處理后，路基填筑前埋設完畢。沉降板底座采用50cm×50cm×0.5cm的鋼板，測桿為鋼管，最底部的測桿與沉降板焊為一體。套管為直徑較大的鋼管（防止擠壓變形），路基高程不斷升高，測桿與套管需不斷接長，每節長度一般為100cm，為預防施工過程中機械碰撞，在套管外面貼反光標志，以做警戒。埋設時，沉降板底槽平整，其下鋪設砂墊層。

位移觀測：位移邊樁在軟基處理前埋設完畢，位移樁采用鋼筋制作，長度不小于1.0m，直徑為2cm，樁頂克十字絲用作對中，開挖埋設深度不小于0.9m，四周用混凝土澆筑固定。位移觀測點布置于強夯區域外1m處。

5 承載力計算

5.1 路堤自重應力情況

根據路基荷載應力分布情況，路基整體荷載在強夯頂面處的應力為：根據《路橋施工計算手冊》（人民交通出版社，周水興、何兆益、鄒毅松等編著，2001.5出版），地基內任一深度Z對應點M處的垂直應力σz是由地基的自重和路堤荷載組成。

γ—土的有效重量，kN/m3；

σ′z—路堤填土荷載在深度Z處產生的附加應力，kPa；

取Z=0，即強夯頂面處應力深度；

K—應力系數；

q—填土荷載，等于填土的重量與填土高度乘積；

根據土的性質及查表可知，γ=18.7kN/m3，應力系數K取值0.5，路堤填土高度h=11m；

圖8 地基中任意點垂直應力圖

5.2 強夯作用后地基承載力情況

軟土地基在強夯置換后承載能力整體提高，參考《強夯作用下地基承載力的預測研究》（天津市津勘巖土工程有限公司，高梓旺，2012），對強夯后地基承載力進行計算：

式中，P為強夯后地基承載力，kPa；N為點夯擊數；W為點夯擊能，kN·m；

N取值14，W取值1500kN·m

路基應力σ=205.7kPa＜P=341.8kPa，強夯后地基承載力滿足要求。

6 結束語

通過強夯置換整個施工過程，我項目軟基處理采用強夯置換施工工藝滿足設計和施工要求，適應與我合同段現場實際情況，能夠安全、連續、高效的完成軟基處理，按照以上施工工藝，完全可以滿足設計施工要求，并做到外美內實，此工藝在類似項目中可大力推廣指導軟基施工。