強夯置換法在軟基處理中的應(yīng)用與分析

高勇哲 趙偉鵬

（中公交通監(jiān)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(shù)之一，強夯置換法是通過夯錘沖擊能向天然地基內(nèi)強制性擠入大量具有良好物理力學(xué)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(fù)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?jǐn)D密樁體附近土體。當(dāng)前，可在淤泥質(zhì)土、飽和黃土等地基加固施工中廣泛應(yīng)用。

1 強夯置換法的作用機理

1969年法國Menard技術(shù)公司首次提出強夯法這種地基加固技術(shù)，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(dá)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(shù)應(yīng)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(zhì)土處治中效果極不理想。為解決該問題，專家學(xué)者提出了強夯置換法，其技術(shù)原理為將塊石、碎石等材料回填至夯坑內(nèi)，利用夯擊能將軟土排開，最終形成砂石樁與軟土復(fù)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(nèi)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(jié)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(shè)計圖紙?zhí)幚碥浲恋鼗姆椒樵谟倌鄬忧寤螅佒槭瘔|層，隨后在碎石墊層上安裝塑排板機械，向下打設(shè)塑排板，但在對施工現(xiàn)場地形、地質(zhì)及自然環(huán)境等因素綜合考慮后，決定棄用原有設(shè)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(cè)坡腳線范圍。經(jīng)實地勘查發(fā)現(xiàn)，按力學(xué)性質(zhì)劃分，地表以下巖土層可簡單分為5層，即淤泥層、淤泥質(zhì)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(jù)設(shè)計要求先將淤泥裝填好，隨后拋填碎石，待門架與繩索調(diào)整好以后，在模型箱有機玻璃側(cè)中心線位置設(shè)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(shè)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(jīng)試驗可見，此次試驗夯擊次數(shù)為9次，在夯錘沖擊作用下，碎石逐步擠入淤泥層，且?guī)油馏w，形成夯坑，具有不可恢復(fù)性。通過觀測，伴隨夯擊次數(shù)的增加，夯坑深度隨之改變，當(dāng)夯擊次數(shù)大于6次，夯坑深度變化產(chǎn)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(shù)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(shè)置各模型設(shè)備位置，參考施工技術(shù)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(yè)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(jīng)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(xiàn)了不可恢復(fù)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(jīng)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(shù)參數(shù)。（1）夯點布置及間距。按照正方形布設(shè)夯點，為4x4m，夯擊遍數(shù)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(shù)參數(shù)。于強夯置換效果而言，夯錘錘徑、落距等工藝參數(shù)影響較大。為此，必須在施工前明確各工藝參數(shù)，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(xiàn)場實際情況對第4遍～第六遍做出適當(dāng)調(diào)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(xiàn)差異沉降。

2）填料施工要點。（1）地基表層清理干凈后，可根據(jù)設(shè)計圖紙進行測量放線。（2）拋石處理原有場地，根據(jù)施工現(xiàn)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(xù)向前施工，隨后擴展至兩側(cè)。（4）通?？蛇x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(zhì)。

3）強夯施工要點。（1）場地清理干凈后，保證其各項指標(biāo)滿足起夯面技術(shù)要求。（2）測量放線，并對工作區(qū)高程進行準(zhǔn)確測量。（3）通過傳感設(shè)備控制數(shù)據(jù)，待完成上述工序后，即可輕夯機械就位，根據(jù)技術(shù)規(guī)定，按照相應(yīng)夯擊能、夯擊數(shù)進行施工。（4）待完成第一遍整平作業(yè)后，需再次對工作區(qū)高程進行測量。（5）按照上述步驟，重復(fù)施工，直至達(dá)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(xiàn)偏夯問題，其根本原因在于環(huán)境變化或人為操作等，這些因素的產(chǎn)生均會導(dǎo)致起重設(shè)備的夯錘無法準(zhǔn)確對準(zhǔn)夯點位置，從而出現(xiàn)偏差、偏夯情況。為解決及避免此類問題產(chǎn)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(fù)核，且在15cm以內(nèi)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(zhǔn)確劃出，從而避免偏夯問題出現(xiàn)，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(chǎn)生碎石墩垂直度偏離情況，從而產(chǎn)生歪夯等情況，甚至?xí)?yán)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(jiān)測工作，及時處理歪夯問題，若問題較為嚴(yán)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?jǐn)D出夯點附近的軟土，若在施工過程中，夯擊能過大，將會出現(xiàn)地表隆起開裂情況，或產(chǎn)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?；蛲ㄟ^增加填料投放次數(shù)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(diào)整，保證滿足施工要求。

6 結(jié)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資力度。公路工程建設(shè)是我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，隨著公路網(wǎng)的進一步完善，我國公路建設(shè)取得了突飛猛進的發(fā)展。隨著公路建設(shè)規(guī)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(nèi)具有較高含水量，且力學(xué)性能差，如施工不當(dāng)極易影響路基穩(wěn)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(yīng)用，能夠有效增強路基穩(wěn)定性，提高承載能力，對公路工程建設(shè)質(zhì)量提升意義重大。