强夯置换法在地基处理中的应用

孙 刚

(太原市龙城发展投资有限公司，山西太原 030002)

1 强夯置换法作用机理

强夯置换法是一种比较成熟的地基处理工艺，其作用机理是使用吊升设备将很重的锤起吊至一定高度后，使其自由落下，产生巨大的冲击能量(锤重×起吊高度)，形成柱坑，在夯坑内不断填加碎石等粗颗粒材料，再次进行强夯，在对坑底及周边土体进行挤密的同时，在软土地基中形成大于夯锤直径的碎石墩，这种碎石桩不但有置换作用，而且有强夯挤密作用，从而形成柱墩、柱间土整体受力，大大提高了土体承载力。同时，由于土体的挤密孔隙水随着夯点逐渐扩散，从而大大增加了桩间土的强度，使整个地基土的承载力大幅增强。

2 工程实例

1)工程概况。

太钢加工厂冶金除尘灰资源化工程竖炉强夯区域位于太钢第一炼钢厂南侧，鱼雷罐检修车间东侧，建筑面积约11 000 m2，±0.000相当于绝对标高800.65 m。该处地段位于汾河流域东侧，土质主要属于粉质粘土层，且水位较高。为节约造价，缩短工期，设计时除了竖炉本体外的其余构筑物全部采用强夯置换进行地基处理。强夯能量级为3 500 kN·m。本次强夯区设计目标加固深度约为7 m，地基承载力特征值不小于200 kPa，夯点间距是按夯锤底面直径为2.5 m设计的，锤重不小于20 t。本设计夯点布置为等腰三角形布点，采用隔行隔点夯。待第一遍强夯点达到设计要求后，采用推土机进行场地回填整平，然后强夯机再倒至已回填区域进行第二遍点强夯，直至达到设计要求。最后一遍满夯，能量级1 200 kN·m，每点3击，纵横夯印搭接1/3锤底面直径。如此进行流水作业，至设计底标高。

2)强夯施工顺序。

打井降水→平整场地→测量放线→夯机就位→测量起吊高度→夯锤自由落体→测量夯坑高程→装载机填料→往复夯击，根据夯机次数及下沉量，完成一个夯点的夯击→跳打夯击，重复上述施工夯击→挖土取平场地标高→低能量满夯，将场地表面土体夯实。

3)打井降水。

由于施工场地水位较高，土体含水率较高，强夯受到很大影响，因此强夯前进行打井降水。考虑到强夯过程中对周边土体的挤密作用，降水井的布置距离强夯边点位大于5 m，并采用壁厚12 mm钢管井。

4)场地整平。

由于强夯机械自身较重，夯锤重达几十吨，场地要保证夯机的行走，同时，强夯时要保证场地的平整度，否则将影响强夯落点的垂直度。因此，强夯前采用推土机对场地进行整平，并进行压实。

5)测量放线。

场地清理整平完毕，进行测量放线，标出第一遍夯点位置，同时测出场地标高。

6)强夯施工。

由于工期紧张，本工程强夯分北部、中部、南部三个区域分段同时进行，共设置3台夯机。强夯时从中央向四周进行，隔点跳打。

a.根据需要的能量级确定落距，并在龙门架上做出标志。

b.在强夯过程中要随时检查夯锤排气孔情况，发现气孔堵塞要及时清理。

c.在强夯过程中，若出现偏心的情况，要及时进行调整，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。

d.强夯停打标准为:最后两击的平均沉降量，当单击夯击能不大于4 000 kN时沉降量不大于50 mm，若最后一击打完尚不满足50 mm夯沉量，则现场增加击数，直至满足要求。控制夯坑周围土体的沉降量。

e.冬季强夯时要清除冻土层，并在强夯完毕后进行覆盖。

f.认真做好相关记录。

g.为了减小对周围建筑物的影响，在强夯区域四周设减震沟，根据现场实际情况，强夯区域边线，西面距铁路仅3 m左右，东侧距综合管网2.5 m，北侧已到现有道路，为防止强夯施工对东侧管道造成影响，在东侧设置了1.5 m宽，深度4 m的减震沟。

3 加固效果分析

1)承载力。

施工结束后，实验检测单位对强夯实验点进行了检测，通过对单墩夯点进行静载检测，确定了地基承载力特征值为:fpk=220 kPa，检测结果证明，加固后地基已完全满足了设计要求。

2)沉降观测。

在所有建(构)筑物施工完毕后，运行过程中进行了沉降观测，经实测，沉淀池沉降最小为10 mm，最大为20 mm，远远小于规范要求的允许沉降量。

4 结论

1)由于强夯置换施工一般采用挤土置换法，由于锤底面积小，置换率低，而且容易使地面产生较大隆起，且置换深度有限。我们根据大量的工程实践，采用排土置换法，即在强夯置换前先挖一个直径略大于夯锤直径的坑，坑深3 m左右，然后向坑内填入碎石进行强夯置换，这样使用锤底静压力为30 kPa～50 kPa的夯锤，既可使置换深度达到5 m～6 m，而且使面积置换率大大提高，桩间土的隆起也大大减小。

2)强夯置换的影响深度应由置换桩的长度和桩下被加密的土层组成，前面的实例中软土层厚度为8 m，而置换桩的长度一般为7 m，根据沉淀池的沉降观测记录，其沉降非常小，由此可见，桩底的软土得到了加密，使其承载力、沉降变形均得到了一定的改善。

3)由于高饱和土所处的地域地下水位一般都比较高，为保证强夯置换的施工质量，前面的实例在强夯前已对施工区域及时降水作业，以保证土体合理的含水率。

5 结语

强夯置换法综合了桩基和复合地基的优点，在满足设计要求承载力的同时，大大加快了地基处理速度，且施工设备、工艺简单，适用范围广泛，而且具有效果显著、节省投资、节约材料和加固效果好等优点，是一种比较理想的地基处理方式。目前已被广泛应用于工业民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路铁路路基、飞机跑道等地基处理工程中。

［1］赵铭媛.谈强夯法在地基施工中的应用［J］.山西建筑，2012，38(6)：80-81.