强夯置换法在杂填土路基施工中的运用

向华

（无锡市锡山区重点工程建设管理办公室，江苏无锡 214101）

0 前言

笔者参与建设的高铁商务区胶阳中路新建工程项目，设计道路平面线形在 ZK0+600～ZK0+760、YK0+500～YK0+800 段需穿越原吼山采石场段。依据勘察设计部门提供的岩土工程勘察报告，上述两段地形地貌受破坏较严重，土层变化较复杂，原采石场经回填后，回填至标高一般为 6～7 m，中间局部为水坑，坑底标高约 2 m，右幅（YK0+600～YK0+800）上部为土堆，地势较高，标高一般约为15～18 m（相对回填高度约 10 m），现状填土为其它场地基坑开挖土，回填时间 1 a 以内，成分以粘性土含建筑垃圾（碎砖、水泥块），局部为碎桩等，上部零星有生活垃圾堆。

根据原施工图设计，此两段采石坑杂填土段采用压密注浆软基施工工艺，通过对 ZK0+600～ZK0+700 段施工过程的控制和监测，现场管理机构发现了以下问题：

（1）通过对压浆过程的全过程观测，不同桩位在大致相同的深度，压力表的示值始终无法处在一个相对稳定的窄压力区间，压力示值最大值达到 0.6 MPa，部分压浆管下沉阻力很小的桩位，压浆时压力表示值小于 0.2 MPa。

（2）尽管采取了先外围，后内部，相邻桩位跳打等成桩措施，但水泥浆外溢（冒）等现象依然十分突出。

（3）完成注浆施工的段落，通过对成型反压层的外观目测，表面无明显隆起等变形。

（4）通过对路基外侧边缘实际挖探的深坑观察，该路段地下水位较高，目测仅距反压层顶约1.5 m，水质略显黄褐色。该水质对水泥凝结的影响还需做进一步论证。

1 强夯置换法概念及方案设计

鉴于压密注浆法在试验段施工中出现的问题，现场管理机构组织了专家会议，经讨论，专家组否决了原设计方案，决定采用强夯置换法工艺对文中所述杂填土段进行路基处理。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002），所谓强夯置换法是指将重锤提到高处使其自由落下形成夯坑，并不断夯击坑内回填的砂石，钢渣等硬粒料，使其形成密实的墩体的地基处理方法。

结合专家会议意见，设计单位变更了原施工图设计，最终确定了如下杂填土路基强夯施工设计方案：

（1）首先在左右幅之间及左幅路基外侧设降水措施，抽取采石坑底部蓄水（尽量降低地下水位），以保证强夯效果。

（2）左幅 ZK0+600～ZK0+750 路段采用 50 cm 厚碎石强夯置换，强夯范围至路基坡脚向外 3 m；右幅 YK0+505～YK0+790 路段及右幅与山体之间路段，首先将现状高出原地面约 9 m 的杂填土挖除 7 m，利用该部分挖方作为左右幅之间绿化带内绿化用土（压实度≥87%），然后也采用 50 cm 的碎石强夯置换，强夯范围：北侧至内侧土路肩边线向北 30 m，南至吼山山体。

（3）根据现场实际情况及施工单位提供的强夯施工机械参数，单击夯击能按 3 000 kN · m 设计，夯锤重为 1.9 t，落距 16 m；强夯置换墩体采用 0.5 m厚碎石，粒径大于 30 cm 颗粒不宜超过全重的30%，墩间距可采用夯锤直径的 2.5 倍；采用梅花桩布置。施工时由外向内首先将 50 cm 碎石夯入地面，第一次完成后约 7 d 采用同样的方法进行第二次，根据沉降观测量决定是否进行第三次强夯，直至土体无明显下沉（最后两击沉降量≤200 mm）为止。

2 强夯置换法施工步骤及流程

2.1 强夯置换法施工步骤

强夯置换施工可按下列步骤进行：

（1）清理并平整施工现场，铺设一层厚度为 50 cm碎石施工垫层。

（2）标出夯点位置，并测量场地高程。

（3）起重机就位，夯锤置于夯点位置。

（4）测量夯前锤顶高程。

（5）夯击并逐击记录夯坑深度。当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，向坑内填料直至与坑顶平，记录填料数量，如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准完成一个墩体的夯击。当夯点周围软土挤出影响施工时，可随时清理并在夯点周围铺垫碎石，继续施工。

（6）按由内而外，隔行跳打原则完成全部夯点的施工。

（7）推平场地，用低能量满夯，将场地表层夯实，并测量夯后场地高程。

（8）25 t 以上吨位压路机碾压密实。

2.2 施工工艺流程

参照上述施工建议步骤，可总结绘制如下施工工艺流程图（见图1）。

图1 施工工艺流程图

3 强夯置换方案实施

3.1 降水

要保证强夯施工效果，降水是重要的保证措施之一。结合该项目填土的现状，填土时间短、填筑材料杂且含有建筑圬工材料，因此，该项目采用了管井降水方案。管井成井采用了带活瓣桩尖的钢管振动成井，内衬梅花开孔并做好反滤措施的UPVC 管，管径 300 cm，井深达到原采石坑底，沿路基坡脚范围外 3 m，间距 10 m 布置，其中左幅路基两侧布置，右幅沿远离山脚的路基外侧布置。成井后采用潜水泵抽水，连续降水时间 7 d 后，井内24 h 基本无积水，即开始强夯施工，在路基填土施工完成前，保证降水持续进行。

3.2 施工设备

施工设备的选择重点是对夯锤的选择，锤的直径过小，强夯时易将土层击穿，锤不易吊出，土易隆起；锤的直径过大，夯点碎石不能有效地夯入土体的有效置换深度内。对此，强夯深度宜控制在1.5～2.0 m 较好。依据设计确定的夯击功，该项目实施时选择了履带式起重机（带摩擦离合器），夯锤重 19 t，直径 2.2 m，夯锤落距 16 m。

3.3 方案实施过程简述

（1）因道路右幅现状堆土较高，而设计的夯击能量影响深度仅在 7 m 左右，因此首先对右幅的堆土进行了挖除，将左、右幅现状高程基本降至同一高度，挖除的土方沿右幅外侧堆放，除用作绿化填土外，兼具类似反压护道作用。

（2）铺设碎石垫层。降水基本达到要求后即开始碎石垫层的铺设，碎石应控制好粒径及含泥量，最大粒径不大于 30 cm，粒径大的可结合人工平铺于碎石垫层底部，碎石中的含泥量应不大于 20%，铺设时应利用挖掘机整平并夯拍碾压，保证铺设的碎石垫层表面平整，颗粒间嵌挤基本密实。

（3）夯点放样。根据设计确定的路基边坡度 1:3，路基强夯宽度为 29 m，采用 5 m 间距梅花型布设夯点，并用石灰对夯击点予以标识。夯点偏差不大于 10 cm。

（4）强夯施工。强夯从道路边线起，无论点夯还是满夯，都需采取由强夯区边向中间顺序施工。同一排的夯点采取间隔跳打，不可依次夯击。夯击时夯锤的气孔保持畅通，夯锤确保落地平稳，夯位准确，如出现错位或夯锤倾斜过大时，需将夯坑填平后补夯。施工过程中需对每一击单夯夯击能量（夯锤落距）、每次夯沉量等进行详细记录。根据对施工过程数据统计的整理，该项目强夯过程共实施 3 遍，其中点夯 2 遍、满夯 1 遍，每个点夯点计 5击/遍，第 1 击夯沉量 0.7～0.8 m，第 2 击夯沉量0.3～0.4 m，第 3 击夯沉量 0.2～0.3 m，第 4 击夯沉量 0.1～0.2 m，第 5 击-0.1～0.1 m（因处理范围位于锅底状基岩上方，部分杂填土厚度仅 2 m 左右，导致最后一击时出现了反弹），累计夯沉量1.2～1.8 m。

3.4 方案实施结果后评价

为了对强夯施工方案的实施情况进行科学评价，现场管理机构组织了标准贯入法密实度检测及工后沉降观测。

（1）标准贯入法回填土密实度检测。为了进行有效比对，在贯入点选择时，既随机在强夯范围内选了 4 点，又在强夯范围外选择了 2 点。检测结果表明：强夯范围内的点在 3 m 深度处及 5 m 深度处标准贯入试验数值 N 在 6～9 击之间，处理效果较好，承载力特征值达 150～180 kPa，7 m 深度处标准试验数值在 1～2 击，属松软状态；强夯范围以外的点，密实度较差，属松软状态，力学强度低，不经处理不宜利用。依据上述结果判断，强夯影响深度界于 5～7 m 之间，基本达到设计预计强夯影响深度。

（2）工后沉降观测。强夯面整平碾压后，开始进行 6%石灰土填筑，同步埋置沉降板，左、右幅各选取 2 个断面，每个断面埋置 3 点。部分观测结果如表1、表2所列。

表1 工后沉降观测结果一览表（一）

表2 工后沉降观测结果一览表（二）

综合分析上述沉降观测数据，随着降水施工的停止，强夯施工后约 2.5 个月，沉降趋于稳定，累计沉降量 50 mm 左右，路基稳定，符合设计及道路施工技术规范要求。

4 结语

施工实践表明，强夯置换法施工是处理特殊路基填土的有效方法，该方法不仅施工工艺简单，工程效果显著，而且体现施工的环保和节约。随着土地利用管控力度的加大和城镇化建设步伐的加快，越来越多的原城市建筑垃圾弃土点、堆放点可能纳入道路路线规划范围。在该项目中此方法的成功实施，为类似工程提供了借鉴。

[1] JGJ79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[2] 李浩，刘东甲，侯超群.强夯法对杂填土地基处理效果的实例分析﹝J﹞.合肥工业大学学报（自然科学版），2012，（6）.

[3] 桂跃，朱佩宁，杨花海，魏海.回填土地基强夯处理效果检验方法对比研究﹝J﹞.勘察科学技术，2012，（1）.