强夯及强夯置换技术在软基处理中的应用

新近阐述了强夯及强夯置换法加固地基的原理、主要设计参数及施工工艺，以南埔路道路工程软基处理实例说明了强夯法的应用效果。

强夯法，又称动力固结法，是反复将夯锤提到高处使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实的地基处理方法。强夯置换法是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。

强夯技术具有经济易行、加固效果显著、设备简单、施工便捷、施工周期短、节省材料、适用范围较广等优点，在地基处理中广泛被采用。

强夯及强夯置换法的主要设计参数

1.地基加固机理

强夯法加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土中的孔隙减少，土体变得密实，从而提高地基土强度；然而，用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利溢出，待超孔隙水压力消散后，土体

固结。

强夯置换桩的作用机理类似于碎石桩。通过置换挤密形成碎石墩，构成复合地基，提高地基承载力，降低了地基的沉降。同时，碎石墩具有较好的透水性，有利于超孔隙水压力消散，加快了地基的固结和土体强度恢复。

2.有效加固深度

有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又是反映处理效果的重要参数。一般可按下式估算有效加固深度：。其中，H 为有效加固深度，m；M 为夯锤重，t；h 为落距，m；a为系数，须根据所处理地基土的性质而定，对软土可取0.5，对黄土可取0.34～ 0.5。目前，国内外尚无关于有效加固深度的确切定义，但一般可以理解为：经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。在缺少经验和试验资料时，《建筑地基处理技术规范》JGJ79—2002中建议可按表6.2.1 预估。

3.夯锤与落距

夯锤可用砼及铁制作，夯锤形状现多为圆形，锤重宜取100～250 kN。夯锤宜设若干个排气孔，孔径宜取250～ 500 mm，过小易堵孔，丧失排气作用。

落距应从实际夯击面算起至夯锤底面止，但为了有效利用夯击能，应合理确定夯击面高程。夯击面过高，夯击能浪费在表层，持力层加固效果减弱；夯击面过低，则地下水位过高，增加施工难度，同时也往往使基础底面位于受面波和剪切波的干扰而形成的表层松动区内。根据工程经验，夯击面的高程应确定在建筑物相对高程+0.00m至+0.50m范围内。由于强夯过程中产生的面波和剪切波的影响，地基表层2.0 m

左右深度范围内的加固效果反而不如其以下区域。

单击夯击能为夯锤和落距的乘积。一般夯击时最好锤要重和落距要大，则单击能量大，夯击击数少，夯击遍数也相应减少，加固效果和技术经济较好。强夯的单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并可通过试验确定。

4.夯点布置与间距

夯点需有一定间距，使冲击时夯坑产生冲剪，在夯坑底形成一挤压加固区，为使所产生的挤压力受周围土约束，侧面应不隆起，因此侧面应有一定间距的不扰动土，不能一夯挨一夯。由于夯点间距大，夯点间需增设夯点以加固未挤密土，故需增加遍数，这种分遍实际上是夯点分批夯击。

夯击点位置可根据基底平面形状，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点问距可取夯锤直径的2.5～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点问距可适当减小。对处理深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。

5.垫层

对软弱饱和土或地下水很浅时，常需在表面铺设砂砾石、碎石垫层，厚0.5～1.5 m，以形成一覆盖压力，减少坑侧土隆起，使坑侧土得到加固，也有利于机械作业。垫层厚度不宜过小，过小不起作用；也不宜过厚，过厚时在锤底形成大的垫，扩散动应力，减少下部软弱土的加固作用。

工程实例

1.工程概况

南埔路位于南埔电厂一期贮灰库南侧，设计长1.67Km，里程号K0+000～K1+670，本工程全线采用计算行车速度40km/h的城市Ⅱ级次干道的标准建设，双向4车道，24m路基宽度。

路基基础软土主要为②淤泥层，淤泥层厚度在3.0m～10.1m之间，是天然路基的主要压缩层。淤泥土的特点是含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低，自然条件固结速度慢，在上部荷载作用下将产生较大沉降量，影响上部结构稳定。因原施工便道实施时采用抛石挤淤处理，使得软基处理工艺选择受较大限制，经多方案比较论证，采用强夯方案。

2.施工工艺

（1）施工方案选取

南埔路软基进行分段处理，其中淤泥深度0～7m的路段采用抛石挤淤+强夯施工。淤泥深度7～9m路段采用碎石强夯+块石置换。软基处理路段处理完毕后回填砂至现有便道处理后的同等标高后再次进行强夯施工。

1）7～9m的软基施工方案（K1+160～K1+280、K1+560～K1+670）

先回填碎石垫层至+0.8m。第一遍点夯夯击能为2000kn.m，锤直径为2m，桩位间距为5m*5m正方形布点，回填料采用碎石，夯击数为10击。然后在第一遍点夯的基础上进行第二遍有效置换，第二遍置换锤径为1.35m，夯击能为2000kn/m，夯击数为15击，回填料采用块石。

2）5～7m的软基施工方案（K0+460～K1+160、K1+280～K1+560）

首先从便道往外逐渐赶淤抛石抛至+0.4标高，然后采用夯击能为3000kn.m，布点间距为6m*6m的梅花点分两遍进行强夯施工，每遍击数为8击；再回填碎石至+0.8m标高，之后再以1000kn.m的夯击能进行1/4的搭接满夯处理，满夯击数为1击。

3）3-5m抛石挤淤段处理方法（K0+105～K0+460）

首先从便道往外逐渐赶淤抛石抛至+0.4标高，然后采用夯击能为2000kn.m，布点间距为6m*6m的梅花点分两遍进行强夯施工，每遍击数为6击；再回填碎石至+0.8m标高，之后再以1000kn.m的夯击能进行1/4的搭接满夯处理，满夯击数为1击。

4）现有便道的处理方法

现有便道清表30cm，软基处理段回填砂至清表后便道同等标高，后进行新旧路基第三遍强夯处理，处理方法为锤径为2.5m、夯击能为2000kn.m、点夯间距为6m*6m的梅花布点分两遍，收锤标准为最后两击平均沉降量不大于15cm，之后再以1000kn.m的夯击能进行1/4的搭接满夯处理，满夯击数为1击。

（2）工艺流程

抛石挤淤+强夯施工：场地排水、清理杂物→抛石挤淤至+0.4m高程两遍强夯、坑位片石回填→碎石铺设至+0.8m高程→满夯→回填砂至清表后便道标高→新旧便道强夯→新旧便道满夯碎石强夯+块石置换：场地排水、清理杂物→回填碎石至+0.8m高程碎石强夯、坑位回填→块石置换→回填砂至清表后便道标高→新旧便道强夯→新旧便道满夯

（3）强夯施工控制要点

1）试夯：在正式施工前作强夯试验，以校正各设计施工参数，考核施工设备的性能，为正式施工提供依据。试夯应有单点及小片试区，必要时应有不同夯击能的对比，以提供合理的选择，使方案更趋完善、合理。

2）上场的施工机具检查：吊车、夯锤（重量、直径）、自动脱钩装置及辅助施工的推土机、碾压机、水准仪。

3）夯实过程的记录及数据：夯锤落距、夯击能大小、夯点位置、每个夯击点的每击夯沉量、场地隆起及下沉记录、附近建筑物的变形监测；满夯前根据设计基底标高，考虑夯沉预留量并整平场地，使满夯后接近设计标高。

4）对每个夯点的最后一遍夯击及满夯，应控制最后二击的贯入度符合设计或试验要求值。

5）在饱和软弱土地基上施工，应保证吊车的稳定，因此有一定厚度的砂砾石、块石等粗粒料垫层是必要的。

6）注意吊车、夯锤附近人员的安全，为防止飞石伤人，起锤后，人员应在10 m 以外并带安全帽，严禁在吊臂前站立。

7）强夯及强夯置换桩质量检测，根据实际工程情况，采用合理的检测方法。

质量检验

为了评价地基处理效果，进行了抛石挤淤强夯及强夯碎石桩质量检测试验，检测方法：瑞雷波断面检测、钻芯取样、重型动力触探法；检测数量：瑞雷波按南埔路每100m一断面3个点共取15个断面45个检测点位检测，钻芯取样按段共随机抽取26个强夯点位，重型动力触探法检测K1+307管涵段强夯地基5个点位。

1.瑞雷波断面检测、钻芯取样

选取其中5个强夯点位数据作为桩体深度参考：

根据上述表格三方数据对比，强夯原始记录、瑞雷波数据基本符合钻芯取样实测数据，对整个工程软基处理具有指导意义；瑞雷波判断抛石体厚度虽存在一定的误差，但却能较好地判断出挤淤程度。通过15个断面45个点位的瑞雷波检测，按设计工艺施工，软土地基下部可完全挤淤。

2.重型动力触探法

地基承载力计算公式y=35.96x+23.8（y地基容许承载力Kpa，x重型触探击数），因此试验每贯入土层10cm的锤击数N63.5≥5击/10cm时，地基容许承载力特征值 ≥200Kpa。

K1+307涵洞段5个点位重型动力触探法试验数据：

根据测点J-1～5现场试验数据显示，每贯入土层10cm的锤击数N63.5均>5击，地基承载力特征值均>200Kpa，因此地基承载力满足设计要求。

结语

工程实践证明，强夯及强夯置换法可有效加固饱和淤泥质软土地基，大幅提高地基土的承载力；施工简便，过程易控制，工期短，费用低，有明显的经济和社会效益。到目前为止，因强夯法还没有一套成熟和完善的理论和设计计算方法，所以针对不同的地质情况，工前强夯试验及施工经验尤为重要。

（作者单位：中交上航局航道建设有限公司）

作者简介：李永吉（1988—），男，助理工程师。