楊邊江

(新疆新紀(jì)元公路設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司)

1 強(qiáng)夯置換與強(qiáng)夯置換深度

1.1 強(qiáng)夯置換

強(qiáng)夯置換是一種地基加固方法，強(qiáng)夯置換法加固地基與強(qiáng)夯法不同，它利用重錘高差產(chǎn)生的高沖擊能將碎礫石等性能較好的材料強(qiáng)力擠入地基，在地基中形成一個(gè)一個(gè)的碎礫石墩。對墩周土體的作用同強(qiáng)夯法。在強(qiáng)夯置換過程中，土體結(jié)構(gòu)破壞，地基土體產(chǎn)生超孔隙水壓力。隨著時(shí)間發(fā)展，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)得到恢復(fù)。碎礫石墩有較好的透水性，利用土體中超孔隙水壓力消散產(chǎn)生固結(jié)。強(qiáng)夯置換法主要利用在地基中的碎礫石墩與墩間土形成的碎礫石墩復(fù)合地基，提高地基承載力和減小沉降?；谶@種原理和作用就能夠?qū)崿F(xiàn)碎礫石周圍土體共同形成一個(gè)性能良好的復(fù)合地基。強(qiáng)夯置換一般應(yīng)用于一些飽和軟土地基。新疆伊犁那拉提景區(qū)道路2007年第12合同段部分山區(qū)道路正是采用這種方法，處置中個(gè)別地段在施工現(xiàn)場柱錘第一次提擊，錘就陷進(jìn)飽和性素土里約3.6 m深，吊機(jī)提不起來，只好用挖掘機(jī)挖出柱錘的四分之一后，才提出柱錘。

1.2 強(qiáng)夯置換深度

在對強(qiáng)夯置換深度進(jìn)行討論時(shí)，首先暫忽略掉碎石柱體在垂直方向上的壓縮量，并設(shè)第i擊時(shí)的碎石柱體夯沉量為S，也就是置換深度的增量，從施工前已經(jīng)整平后的場地的原始地面算起至地面下的垂直距離，數(shù)值上就是所有夯沉量的累加值。目前的問題是在一個(gè)已確定的強(qiáng)夯置換參數(shù)下，如何能夠得到其最終所要達(dá)到的置換深度，換句話說，也就是在強(qiáng)夯置換設(shè)計(jì)時(shí)給定了最終置換深度。應(yīng)該如何來確定設(shè)計(jì)參數(shù)才能夠保證置換深度這一目標(biāo)更加容易實(shí)現(xiàn)，這要通過對土體的不同狀況進(jìn)行大量的試驗(yàn)來確定，這就是所探討的重點(diǎn)所在。

2 道路地質(zhì)

新疆伊犁那拉提景區(qū)的道路工程位于伊犁州2007年第12合同段，該路基屬于半挖半填式山區(qū)路基，半幅路面地層主要由素填土構(gòu)成，因此表現(xiàn)出來的特點(diǎn)就是厚度大、固結(jié)程度不夠，且由于該地區(qū)年降雨量較大，在長期承受荷載作用下，就會(huì)造成回填區(qū)域的半幅路面下沉破裂，同時(shí)其他回填區(qū)域的半幅路面也存在著類似的質(zhì)量隱患，為保證道路的安全正常運(yùn)營，就對這一路段進(jìn)行了地基處理?？紤]到回填區(qū)的回填土厚度較大，因此采用的是柱錘沖擴(kuò)樁處理，處理后地基承載力的特征值和變形模量就能夠有所保障;在一些回填土厚度較小的地方，采取強(qiáng)夯法進(jìn)行地基加固處理，同樣能夠有效保障路基的實(shí)際承載力和控制變形模量。

3 淤泥質(zhì)底層強(qiáng)夯時(shí)的三種力學(xué)特征

3.1 隆起高度

原地面和拋石的表面在夯擊能的作用下會(huì)產(chǎn)生表面隆起的狀況，且隆起的實(shí)際高度與表層的物質(zhì)有著直接的關(guān)系，根據(jù)在現(xiàn)場進(jìn)行的實(shí)際檢測發(fā)現(xiàn)，一般來說時(shí)表面隆起高度就保持在0.25左右，且水平方向上的寬度是大于錘底的半徑的。

3.2 強(qiáng)夯置換深度

在進(jìn)行拋石之前不管表層有沒有經(jīng)過有效的清理，土粒都會(huì)在夯擊能的巨大作用下被擠得離開原來的位置，而塊石則在夯擊能的作用下相互的擠壓密實(shí)形成一體，形成新的較大的塊石。在現(xiàn)場進(jìn)行開挖檢查發(fā)現(xiàn)，在塊石的空隙之間還是存在少量的原有土體，且其含水量基本上沒有發(fā)生太大的變化。這樣一種情況下，置換層的塊石之間密實(shí)度較大，底部因?yàn)閿D入砂質(zhì)淤泥層會(huì)形成一種新的持力層，這樣一種持力層的形成能夠有效地承受路基填土和行車載荷作用。

3.3 密實(shí)層高

塊石在置換層內(nèi)部多錘夯擊能量的作用下，不僅其自身能夠被擠壓密實(shí)，還會(huì)有一部分的塊石會(huì)嵌入到砂質(zhì)淤泥層內(nèi)，加之夯擊能量也會(huì)對淤泥層產(chǎn)生作用，降低其含水量，因此，最終其密實(shí)度會(huì)得到較大的提高。

4 強(qiáng)夯施工

4.1 強(qiáng)夯置換的目的

強(qiáng)夯置換的處置方法主要是通過柱錘或平錘的自由下落的巨大沖擊能和所產(chǎn)生的沖擊波反復(fù)夯擊地基土，在成孔及成樁過程中對地基土產(chǎn)生動(dòng)力固結(jié)作用，以提高地基土的承載力，降低壓縮性;通過充填置換作用，使土層的整體強(qiáng)度增加、沉降量減少，最終達(dá)到加固地基土的目的。

在這個(gè)過程中，置換塊體嵌入底層對于持力層密實(shí)度的提高和承載力的加強(qiáng)都是有著明顯的效果。地層經(jīng)過強(qiáng)夯置換后，一般就能夠達(dá)到工程所要求的力學(xué)相關(guān)指標(biāo)，需要關(guān)注的是在強(qiáng)夯前弄清楚地層實(shí)際的性能指標(biāo)，以此來對強(qiáng)夯相關(guān)的參數(shù)予以確定，這一參數(shù)包括置換深度、夯擊能、夯擊遍數(shù)、夯擊點(diǎn)、夯擊次數(shù)等。

實(shí)例中的處置路段內(nèi)回填土厚度大，采用柱錘沖擴(kuò)樁處理，處理后地基承載力特征值不小于160 kPa，變形模量不小于15 MPa;對回填土厚度較小(小于2 m)的地段，可采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基加固處理，處理后地基承載力特征值不小于150 kPa，變形模量不小于15 MPa。

4.2 點(diǎn)夯

強(qiáng)夯施工一般是先點(diǎn)夯后滿夯，進(jìn)行點(diǎn)夯的目的是保證沉降量符合要求，因此收錘標(biāo)準(zhǔn)一般也是按照沉降量來進(jìn)行確定的。點(diǎn)夯主要加固的是面層以下的地層，是強(qiáng)夯中一個(gè)重要的工序，能夠?qū)Ρ缓坏貙舆M(jìn)行擠壓、密實(shí)和排水。

實(shí)例中采用的柱錘高為2.5 m，錘直徑0.8 m，錘重10 t，點(diǎn)夯夯擊能在800～1 000 kN/m，樁間距為2 m左右，且呈梅花形布樁，孔內(nèi)填料采用砂礫石和粉土按5∶5混合，砂礫石最大粒徑不大于50 cm，設(shè)計(jì)置換深度為4 m。

4.3 滿夯

相較于點(diǎn)夯，滿夯的特點(diǎn)就是滿夯錘的直徑比較大，錘較重，其主要的作用就是對在點(diǎn)夯過程中沒有實(shí)現(xiàn)夯實(shí)的表面進(jìn)行重夯，以保證地面的平整。滿夯進(jìn)行的遍數(shù)一般不少于2遍，其具體的操作參數(shù)應(yīng)該根據(jù)試夯試驗(yàn)的結(jié)果來確定。在滿夯進(jìn)行之前還要先在地層表面鋪上一定厚度的碎礫石層。

實(shí)例中進(jìn)行滿夯的步驟為采用平錘直徑2.5 m，夯高1.0 m，夯重15.6 t，在已經(jīng)經(jīng)過點(diǎn)夯的表面鋪設(shè)30～50 cm的天然砂礫料，整平后再進(jìn)行滿夯，滿夯的要求為相鄰的兩夯間的沉降量之差在8 cm之內(nèi)。

5 置換深度檢測

對經(jīng)過強(qiáng)夯置換淤泥地層處理后的有效深度進(jìn)行最后的確定，一般有兩種較為成熟的方式可以采用，一是直接進(jìn)行探坑來檢測置換深度，也就是說，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況來選擇有代表性的地段，對其選點(diǎn)，然后用鉆探取樣的方法，就能直接得到置換深度;另外一種就是在條件允許的時(shí)候采用地質(zhì)雷達(dá)來對置換深度進(jìn)行檢測，在新疆伊犁那拉提景區(qū)道路的置換深度確定時(shí)采用的是前者。

6 現(xiàn)象及結(jié)論分析

在新疆伊犁那拉提景區(qū)道路建設(shè)中強(qiáng)夯置換加固軟地基的設(shè)計(jì)、施工與最后的成果表明:采用強(qiáng)夯置換加固法對道路軟土地基處理效果非常明顯，完全能夠達(dá)到工程上的相關(guān)要求，同時(shí)在砂質(zhì)淤泥層內(nèi)的一定深度處也產(chǎn)生了動(dòng)力固結(jié)，使得實(shí)際的強(qiáng)度又得到進(jìn)一步的提高。因此根據(jù)工程實(shí)際給出以下三個(gè)方面的結(jié)論:一是以波能傳播為理論基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)對強(qiáng)夯置換加固中的最終置換深度進(jìn)行計(jì)算是簡便實(shí)用、科學(xué)有效的;二是在進(jìn)行有效深度的確定時(shí)，最關(guān)鍵的因素在于考慮周圍土對波的吸收系數(shù)和實(shí)際施工的狀況;三是對這樣一種計(jì)算方法予以認(rèn)可，即其操作性強(qiáng)，簡單易懂，通過人工計(jì)算就可以得到相當(dāng)好的效果，因此可以直接為工程服務(wù)。

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