强夯置换法在软基处理中的应用与分析

高勇哲 赵伟鹏

（中公交通监理咨询河南有限公司，河南 焦作 454150）

作为软土地基加固施工的主要技术之一，强夯置换法是通过夯锤冲击能向天然地基内强制性挤入大量具有良好物理力学性能的粗粒料，如碎石、块石及矿渣等，利用置换方式形成桩-土复合地基，以此满足地基加固的作用。相比其他加固方式，此方式施工更为便捷，其桩体还具备竖向排水通道的功能，也可充分挤密桩体附近土体。当前，可在淤泥质土、饱和黄土等地基加固施工中广泛应用。

1 强夯置换法的作用机理

1969年法国Menard技术公司首次提出强夯法这种地基加固技术，其通过重锤在8～20m落距下对地基土施加巨大冲击能力，从而达到增强路基土强度，减少土体压缩性及消除湿陷性黄土湿陷性的目的。此外，夯击能还可进一步增强土层的均匀性，减少工后差异沉降。自该项技术应用以来，多用于处理砂土、粉土、湿陷性黄土、素填土等地基。但对于具有较高饱和度的粘性土，因超孔隙水压力等问题，处理效果并不明显，特别是在淤泥质土处治中效果极不理想。为解决该问题，专家学者提出了强夯置换法，其技术原理为将块石、碎石等材料回填至夯坑内，利用夯击能将软土排开，最终形成砂石桩与软土复合地基。这种施工法可有效提升路基土的承载力与变形模量，而块石内的孔隙可为及时排出孔隙水提供良好的渠道，以此减少软土排水固结的时间。

2 工程概况

某公路工程全长12.31km，其中存有软基路段，本文以K17+425～K17+835段为试验段，总长度为410m，原施工设计图纸处理软土地基的方法为在淤泥层清基后，铺筑碎石垫层，随后在碎石垫层上安装塑排板机械，向下打设塑排板，但在对施工现场地形、地质及自然环境等因素综合考虑后，决定弃用原有设计方案，决定针对此软基路段，选用块石分层填筑，分上下2层即可，同样分2次强夯处治，按照塑排板深度，合理控制强夯处理深度，保证具有一致性，且处理范围同样为两侧坡脚线范围。经实地勘查发现，按力学性质划分，地表以下岩土层可简单分为5层，即淤泥层、淤泥质黏土、圆砾等。

3 强夯置换试验分析

1）单点强夯置换试验。根据设计要求先将淤泥装填好，随后抛填碎石，待门架与绳索调整好以后，在模型箱有机玻璃侧中心线位置设置1号半圆柱夯锤，每次夯击夯锤落距控制在50cm，以每秒钟3.16m设为撞击碎石层表面的速度。待完成每次单点夯击后，需做好各项记录工作。经试验可见，此次试验夯击次数为9次，在夯锤冲击作用下，碎石逐步挤入淤泥层，且带动土体，形成夯坑，具有不可恢复性。通过观测，伴随夯击次数的增加，夯坑深度随之改变，当夯击次数大于6次，夯坑深度变化产生改变，但整体趋于平缓，则表明此次夯击已与极限置换深度基本相近，此时深度为9.7cm。则表明在夯击能与垫层不变的情况下，即便夯击次数增加，也不会提升置换深度，只会增加施工时间、施工成本。

2）多点强夯置换试验。同样按照单点强夯置换试验设置各模型设备位置，参考施工技术资料，多点强夯置换试验中按照错点法进行夯击布排方式，待完成夯点1夯击作业后，按照1-2-3-4的顺序依次对其他夯点进行施工，且做好各项记录。此次试验共进行了四个夯点夯击施工，经分析可见，类似于单点强夯置换，在夯锤强大的冲击作用下，各夯点位置的淤泥土都出现了不可恢复的塑性变形，夯坑在前4次夯击过程中，夯深增加速度较快，但在夯击6次后，速度逐步下降，趋于缓和，此时四个夯坑深度都在8～9cm。因淤泥土具有流动性，在完成四个夯点施工后，夯点1已被挤实，由此表明经土体竖向、水平挤密可形成夯坑。

4 强夯置换法施工工艺及流程

1）强夯施工技术参数。（1）夯点布置及间距。按照正方形布设夯点，为4x4m，夯击遍数定为9遍。为保证夯击后地基夯实效果良好，且具有均匀性，可采用错点法作为夯击次排方式。（2）技术参数。于强夯置换效果而言，夯锤锤径、落距等工艺参数影响较大。为此，必须在施工前明确各工艺参数，本工程选用50T履带式强夯机，吊高位25m，通过三种锤径不同的夯锤进行施工。其中会按照现场实际情况对第4遍～第六遍做出适当调整，通过水泥锤对软土面特殊夯击，直到整个工作面形成匀值，保证不会出现差异沉降。

2）填料施工要点。（1）地基表层清理干净后，可根据设计图纸进行测量放线。（2）抛石处理原有场地，根据施工现场情况，可在4m以上控制抛石填筑厚度，1.5m为第一层填筑厚度，其他各层按50cm一层控制。（3）选取挖机投掷抛石。顺着中线连续向前施工，随后扩展至两侧。（4）通常可选用50cm粒径以下的片石作为抛填材料，不得存在土、植物根等杂质。

3）强夯施工要点。（1）场地清理干净后，保证其各项指标满足起夯面技术要求。（2）测量放线，并对工作区高程进行准确测量。（3）通过传感设备控制数据，待完成上述工序后，即可轻夯机械就位，根据技术规定，按照相应夯击能、夯击数进行施工。（4）待完成第一遍整平作业后，需再次对工作区高程进行测量。（5）按照上述步骤，重复施工，直至达到施工要求。

5 强夯置换施工问题及处理对策

1）偏夯。强夯置换施工中，常常会出现偏夯问题，其根本原因在于环境变化或人为操作等，这些因素的产生均会导致起重设备的夯锤无法准确对准夯点位置，从而出现偏差、偏夯情况。为解决及避免此类问题产生，可选择圆形夯锤，在每次夯击前，对夯点位置进行再次放线复核，且在15cm以内合理控制夯锤中心与夯点之间的位置差距，或者以夯点为中点，将夯位轮廓线准确划出，从而避免偏夯问题出现，提高夯锤位置的精确度。

2）歪夯。施工中因原路基存在不均匀强度情况，或夯击场地凹凸不平，或垫层压实度不足，均会在夯击施工之后，产生碎石墩垂直度偏离情况，从而产生歪夯等情况，甚至会严重影响夯击能，危害置换墩体。为此，要求做好每次夯击效果监测工作，及时处理歪夯问题，若问题较为严重时，可选择填料及时填平坑底，随后再次进行夯击施工。

3）地表过大隆起及翻浆。强夯施工的目的是充分挤出夯点附近的软土，若在施工过程中，夯击能过大，将会出现地表隆起开裂情况，或产生翻浆、冒泥问题。针对这种问题，需及时暂停夯击施工，待碎石铺垫到夯点附近之后，才能重新进行夯击施工。或通过增加填料投放次数的方式进行处理，但必须合理控制每次添加量。待重新进行夯击施工后，需对夯点之间的距离进行再次调整，保证满足施工要求。

6 结束语

综上所述，改革开放40多年，我国综合实力不断增强，加大了基础设施建设投资力度。公路工程建设是我国基础设施建设的重要组成部分，随着公路网的进一步完善，我国公路建设取得了突飞猛进的发展。随着公路建设规模的不断扩大，越来越多道路不得不修建在不良地基上，如软弱土层等。软土内具有较高含水量，且力学性能差，如施工不当极易影响路基稳定性，造成不均匀沉降，从而威胁公路施工安全。强夯置换法的应用，能够有效增强路基稳定性，提高承载能力，对公路工程建设质量提升意义重大。