淺談柱錘強(qiáng)夯置換法地基處理的施工控制

朱飛鴻

[摘要]強(qiáng)夯置換法在實(shí)際工程中已得到了大量的應(yīng)用，此種地基處理方法，工藝簡單、速度快，但在我國還未形成比較完善的計(jì)算方式，所以在工程建設(shè)前，需要結(jié)合區(qū)域的具體情況，建立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)區(qū)域來對施工方式進(jìn)行合理的監(jiān)測，全面保證其可行性和穩(wěn)固性，為后續(xù)的整體施工提供幫助。本文結(jié)合工程實(shí)例，對柱錘強(qiáng)夯置換法在軟土路基加固處理中的應(yīng)用進(jìn)行了分析研究，具有一定的參考意義。

[關(guān)鍵詞]強(qiáng)夯置換；柱錘；軟土路基；施工控制

文章編號：2095 - 4085（2018） 08 - 0081 - 03

強(qiáng)夯置換法主要是利用重錘自由下落的力量，將粗骨料夯入軟土地基的持力層中，從而起到地基加固的作用。強(qiáng)夯置換法以其施工機(jī)具易操作、取材方便、施工簡單、速度快、工期短、節(jié)約資金等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地用于加固軟土地基，特別在沿海地區(qū)大面積填海造地工程中得到了廣泛應(yīng)用。強(qiáng)夯置換的加固效果與地質(zhì)條件、夯擊能量、施工方法、置換材料等有關(guān)。

強(qiáng)夯置換的加固方式主要是利用重錘，先將石塊擊碎，再利用排水以及擠密的效果來提升材料之間的密實(shí)度，加強(qiáng)其堅(jiān)固性。也就是說強(qiáng)夯置換方式，主是通過改變材料的置換深度以及墩下的加密范圍來提高結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性，進(jìn)而保證建筑地基的強(qiáng)度和質(zhì)量。

1 工程概況（圖1）

中化泉州石化專用線項(xiàng)目所在地區(qū)位于福建省泉州市惠安縣輞川鎮(zhèn)和東橋鎮(zhèn)轄區(qū)，湄洲灣外走馬埭圍墾內(nèi)，線路全長3. 042km。本次地基處理范圍為DK2+400～DK3 +154.5段，長754.5m，寬度為32.6～51.5m，采用柱錘強(qiáng)夯置換法進(jìn)行處理。本項(xiàng)目場區(qū)大部分屬濱海沖海積平原地貌，素填土和軟土是全線最主要的特殊性巖土，也是本工程最主要的工程地質(zhì)問題。

1.1素填土

區(qū)內(nèi)素填土為石化廠區(qū)新近填筑，稍濕～潮濕，主要為黏土、粉質(zhì)黏土、砂土，厚0.0～3.5m，工程地質(zhì)條件較差，工程施工時(shí)需對其處理加固。

1.2軟土

軟土在場地內(nèi)廣泛分布，具有天然含水量高、孔隙比大、高壓縮、抗剪強(qiáng)度低、承載力低、透水性弱等不利工程性質(zhì)。主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，深灰色、青灰色，軟塑～流塑，厚2.5～10.Om，其上部為新近填筑的素填土，下部為砂土和粉質(zhì)黏土。對路基穩(wěn)定和工后沉降不能滿足要求的地段，應(yīng)對地基進(jìn)行加固處理。

1.3柱錘強(qiáng)夯置換碎石墩施工工藝（圖A）

1.4第一遍8000kN.m能級柱錘強(qiáng)夯置換

夯點(diǎn)間距為3. 5m，正三角形布置，夯錘直徑為1.2m，收錘標(biāo)準(zhǔn)為最后兩擊平均夯沉量不大于200mm。在強(qiáng)夯置換施工過程中，夯坑填料堅(jiān)持“少喂料，喂好料”的原則，每次填料厚度不超過夯坑深度的2/3，填料量以施工不吸錘、不丟錘為原則。

1.5第二遍3000kN.m能級平錘強(qiáng)夯

夯點(diǎn)為第一遍點(diǎn)原點(diǎn)加固夯，夯錘直徑為3.Om，收錘標(biāo)準(zhǔn)為最后兩擊平均夯沉量不大于50mm，施工完成后根據(jù)設(shè)計(jì)墩頂標(biāo)高整平場地。

1.6第三遍平錘滿夯，能級為2000kN.m

一點(diǎn)兩擊，夯錘直徑3.Om，夯印要求搭接1/3面積，滿堂處理。

1.7建立完善的內(nèi)部質(zhì)量控制和保障體系

為確保工程施工質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)建立健全質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)，制定質(zhì)量責(zé)任制，在項(xiàng)目實(shí)施的各個(gè)階段，制定相應(yīng)的質(zhì)量保證措施。建立文件化質(zhì)量管理體系，包括形成文件的質(zhì)量方針和質(zhì)量目標(biāo)、質(zhì)量手冊、程序文件、施工組織設(shè)計(jì)、施工技術(shù)方案、作業(yè)指導(dǎo)書、相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等，以及質(zhì)量保證計(jì)劃。

1.8加強(qiáng)對“技術(shù)規(guī)范”和“控制標(biāo)準(zhǔn)”學(xué)習(xí)

項(xiàng)目部應(yīng)組織與強(qiáng)夯置換工藝相關(guān)的技術(shù)規(guī)范的學(xué)習(xí)，掌握強(qiáng)夯置換法質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)：

（1）強(qiáng)夯置換施工的錘重、錘底面積、落距、夯點(diǎn)布置、夯擊遍數(shù)、夯擊數(shù)、最后兩擊的平均夯沉量均符合設(shè)計(jì)要求。

（2）起夯面標(biāo)高、起夯面以下一定深度范圍內(nèi)土體的含水量均符合設(shè)計(jì)要求。

（3）強(qiáng)夯地基允許偏差項(xiàng)目滿足要求。

1.9加強(qiáng)對原材料的試驗(yàn)進(jìn)場控制

墩體材料可采用塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅(jiān)硬粗顆粒材料，粒徑大于300mm的顆粒含量不宜超過全重的30%。施工過程中，應(yīng)建立嚴(yán)格的原材料進(jìn)場管理制度，劃分合格區(qū)、待檢區(qū)、不合格區(qū)，合理堆放，以“源頭把關(guān)、過程控制、精細(xì)管理”為原則，確保所進(jìn)材料質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

1.10施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量管控

強(qiáng)夯置換法工藝雖然簡單，但施工全過程應(yīng)有專人負(fù)責(zé)監(jiān)測工作：

（1）開夯前應(yīng)檢查夯錘重量和落距，以確保單擊夯擊能量符合設(shè)計(jì)要求；

（2）在每遍夯擊前，應(yīng)對夯點(diǎn)放線進(jìn)行復(fù)核，夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差和漏夯應(yīng)及時(shí)糾正；

（3）按設(shè)計(jì)要求檢查每個(gè)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)和夯沉量，并形成完整的施工記錄。強(qiáng)夯置換地基處理為隱蔽工程，施工過程中必須認(rèn)真檢查施工過程中的各項(xiàng)測試數(shù)據(jù)和施工記錄，若不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)夯或采取其他有效措施；

（4）碎石墩施工結(jié)束后，路堤進(jìn)行填筑前，設(shè)置沉降觀測設(shè)備，進(jìn)行沉降觀測。

2 強(qiáng)夯碎石墩地基處理成果的質(zhì)量檢測分析

根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，表明對路基工程的軟土地基采用柱錘強(qiáng)夯置換法是合理有效的，其加固效果分析如下。

（1）強(qiáng)夯置換施工過程中的各項(xiàng)測試數(shù)據(jù)和施工記錄均符合設(shè)計(jì)要求。

（2）地基質(zhì)量檢驗(yàn)是在強(qiáng)夯施工后間隔28d進(jìn)行的，以此確保檢驗(yàn)的有效性。

（3）質(zhì)量檢驗(yàn)方法主要是原位測試試驗(yàn)，通過采用平板載荷試驗(yàn)檢測承載力，采用重型圓錐動力觸探試驗(yàn)檢查置換墩體著底情況及密度隨深度的變化。本次檢測工作包括8個(gè)靜載點(diǎn)及8個(gè)重型圓錐動力觸探點(diǎn)，試驗(yàn)結(jié)果如下。

1）經(jīng)處理后，有效加固深度為5.5～ 10. 7m，均符合設(shè)計(jì)要求。

2）處理后其承載力選取其中兩點(diǎn)來說明，其成果見表l，P～S曲線如圖2、動力觸探曲線如圖3所示，加載至最大荷載300kPa時(shí)，P～S曲線平緩，沉降較均勻，無明顯陡降點(diǎn)，地基承載力特征值值大于等于150kPa，與處理前相比有了顯著提高，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 柱錘強(qiáng)夯置換施工若干問題的思考

本工程中采用柱錘強(qiáng)夯置換工藝，工藝簡單、速度快，處理后的地基，經(jīng)檢測各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)施工中也出現(xiàn)了若干問題，可為后續(xù)類似工程提供參考。

3.1石料粒徑問題

本工程為降低造價(jià)而所采用石料為開山石，未經(jīng)過生產(chǎn)線統(tǒng)一加工，為天然級配，根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)料觀察，65%左右的石料粒徑分布在20～30cm，25%左右的石料粒徑分布在30～50cm，其余10%為碎石或者大于50cm的塊石，為間斷級配。石料粒徑整體偏大，而施工所采用柱錘直徑為1.2m，落錘后，錘底受力不均勻，出現(xiàn)“偏錘”、“倒錘”等現(xiàn)象，導(dǎo)致夯坑直徑增大，且夯坑周圍隆起嚴(yán)重，普遍隆起1～1.2m，增加了后期場地整平費(fèi)用。結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，對柱錘強(qiáng)夯置換法所采用石料粒徑控制標(biāo)準(zhǔn)，提出以下幾點(diǎn)建議。

（1）墩體材料級配不良或塊石過多過大，均易在墩中留下大孔，在后續(xù)墩施工或建筑物使用過程中使墩間土擠入孔隙，下沉增加。故石料級配應(yīng)為連續(xù)級配，粒徑≥300mm的石料應(yīng)盡量少。（2）石料的最大粒徑不宜大于夯錘直徑的1/3，石料的粒徑應(yīng)與夯錘的直徑、高度相匹配，且應(yīng)考慮夯點(diǎn)間距的影響。（3）為保證所形成墩體的完整性并避免較大的隆起量，應(yīng)適當(dāng)增加填料的次數(shù)而每次填料量不宜過多。

3.2夯點(diǎn)布置及能級優(yōu)化

本工程采取“隔排跳打”的方式進(jìn)行施工，施工過程中經(jīng)常遇到第1排、第3排夯點(diǎn)點(diǎn)施工完成后，施工第2排點(diǎn)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)夯6～8錘就收錘的假象，少數(shù)點(diǎn)夯點(diǎn)擊數(shù)增加至30錘左右夯沉量也不再增加的現(xiàn)象，其主要原因是夯坑石料外擠嚴(yán)重，且不均勻，施工質(zhì)量過程控制難度大。針對夯坑石料外擠嚴(yán)重的問題，主要措施。

（1）如前1問題所述，嚴(yán)格控制石料粒徑，可能會增加石料成本。（2）增大夯點(diǎn)間距，但根據(jù)規(guī)范，強(qiáng)夯置換墩間距應(yīng)根據(jù)荷載大小和地基土的性質(zhì)選定，當(dāng)滿堂布置時(shí)可取夯錘直徑的2～3倍。夯點(diǎn)間距也不宜過大，否則軟基中夯間土加固效果差。（3）在夯點(diǎn)間距不變的前提下，改變設(shè)計(jì)參數(shù)。即在“隔排跳打”的前提下，第1排及第3排按正常能級施工完成后，增大第2排點(diǎn)的能級，比如本項(xiàng)目中由8000kN.m提高至lOOOOkN.m，第一遍點(diǎn)采用“組合能級”施工，且提出“單點(diǎn)錘擊數(shù)”及“最后兩擊平均夯沉量”的雙控標(biāo)準(zhǔn)，確保工程質(zhì)量。

3.3“滿夯”優(yōu)化

柱錘強(qiáng)夯置換在主夯及原點(diǎn)加固夯施工完成后，再進(jìn)行滿夯，錘印搭接。滿夯施工主要存在以下幾點(diǎn)問題。

（1）因錘印要求搭接，施工過程中不便于放點(diǎn)。（2）滿夯施工并不形成施工記錄。（3）由于土性的差異，滿夯施工后場地并不平整，且表層土密實(shí)度差異大。

針對上述問題，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)地表土的性質(zhì)，改滿夯為沖擊碾壓或振動碾壓，提高表層土的密實(shí)度，在表層形成一個(gè)“硬殼層”，提高地基承載力，且壓實(shí)后能有效減輕雨季場地被浸泡的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4場地標(biāo)高的控制

強(qiáng)夯置換時(shí)地面不可避免要抬高，特別在飽和粘性土中，根據(jù)有限資料，隆起的體積可達(dá)填人體積的大半，這主要是因?yàn)檎承酝猎趶?qiáng)夯置換中密度改變較粉土少，雖有部分軟土擠入置換墩體空隙中，或因填料吸水而含水量降低，但隆起的體積還是可觀的，應(yīng)在試夯時(shí)仔細(xì)記錄，做出合理的估計(jì)。

4 結(jié)語

針對軟土路基采用了柱錘強(qiáng)夯置換法處理方案，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，該方法是有效可行的，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。另外，由于柱錘強(qiáng)夯置換法目前在理論上仍有一些問題不夠成熟，還有待進(jìn)一步研究。在使用柱錘強(qiáng)夯置換法處理軟土路基時(shí)，必須結(jié)合具體情況因地制宜，采用合適的施工參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]阮昆，田志武，王會成，強(qiáng)夯置換法處理軟土地基的應(yīng)用研究[J].交通科技，2012，（04），

[2]張長輝.強(qiáng)夯法在填海地基處理中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，（13）.

[3]毛洪錄，張興成，王昊.強(qiáng)夯置換法加固濕軟地基現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑，2012，（10）.

[4]徐玉勝，趙有明，強(qiáng)夯置換法處理軟土地基的設(shè)計(jì)參數(shù)研究[J].鐵道建筑，2009，（02）.

[5]李惠玲，徐玉勝，胡榮華.強(qiáng)夯置換處理軟土地基的現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，2012，（10）.

[6]于俊光，王秀利，淺析強(qiáng)夯置換法在實(shí)際工程中的應(yīng)用[J].科技信息，2010，（21）.