强夯置换法在高速公路软土地基处理中的应用

李德胜

（贵州路桥集团有限公司，贵州 贵阳550001）

0 引言

强夯置换法是在重锤夯实基础上发展而来一种动力加固地基的方法。它使用吊升设备将很重的锤提升到一定高度使其自由落下，利用冲击能重复夯击铺在软土表面的碎、砾石垫层，将其挤入软土层内，占据软土位置，起到置换作用，从而在一定范围内提高地基的承载能力，使其压缩性降低，同时改善地基的受力性能。多年的应用表明，该方法的适用性强，加固效果显著，可有效加固高速公路软土路基。

1 强夯置换加固原理

由强夯置换法施工原理可知，块石中的孔隙可为土中孔隙水的排除提供良好的通道，从而缩短了软土的排水固结时间，达到提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性土的湿陷性等目的。

2 施工范围及优缺点

强夯置换法是对强夯法的发展。强夯法仅用于处理砂土和碎石土地基，即主要适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基的处理，但对饱和度极高的粘性土，由于超空隙水压力的存在，处理效果不够显著，尤其是用以加固淤泥和淤泥质土地基。针对这类地基土，则采用强夯置换法，它可以有效解决饱和度极高的粘性土和淤泥质条件下的地基承载问题。

强夯置换法对处理3～7m软土层有一定的经济性及可靠性，其优点有：相对挖除换填可减少弃土占用耕地面积；减少砂石料用量；相对其他软土路基处理方式，成本较低、加固效果明显、操作简单；缺点是噪音和振动较大，不宜在人口密集的城市及居民区使用。

3 施工工艺

3.1 施工准备

现场勘察场地，并结合设计图纸，确定需要强夯置换部位。熟悉图纸等技术文件，编制详细的施工方案，进行技术安全交底。清除场地表土，满足填筑透水性材料的要求。施工机械、现场人员及材料齐备，具备开工条件。

3.2 垫层铺填及夯区整平

根据设计要求的置换厚度，选择合适的材料（对于路基来说一般是砂砾、碎石等透水性材料）铺筑垫层，并用推土机、平地机等对填料进行整平。

3.3 定位放线

现场用全站仪放样出中线、边线，并选择夯点，主夯点横纵向间距均为6m，副夯点每两个主夯点间布置一个，用白灰标注夯点，以便寻找。

3.4 参数确定

（1）夯击能的确定

根据工程所需的夯击能和选定的锤重，可确定相应的夯锤落距。开工前，应检查夯锤的质量和落距。施工过程中，落距应通过钢丝绳长度锁定控制，并在钢丝绳上做出落距标志。施工过程中对夯锤落距的偏差一般要求控制在30cm以内。

（2）夯点间距及布点形式

强夯置换布点形式应根据基础形状和宽度按照梅花形布置。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。

（3）标高控制

开工后，首先对施工场地进行清理、整平。在标出夯点位置后，对夯点逐个进行夯前标高测量。待强夯整平结束后，一定要确保夯后标高达到设计标高位置。

3.5 试夯

（1）施工前，应先对设计提出的强夯参数或其他替代方案进行试夯。根据设计单位初步确定的参数提出试验方案，在施工现场有代表的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工。

（2）通过试夯，以验证本工艺加固处理的可行性，确定最佳夯击能、最佳夯击数、夯坑间距、间隔周期、地面变形量以及填料的最优级配要求和填料量等参数，用于指导大面积的施工。

（3）强夯置换夯点的夯击次数除应通过现场测试确定外，应满足两击的平均夯沉量符合规范及设计要求，且地基承载力满足设计要求。

（4）经检测满足要求后，提交强夯置换试验段报告，经批复后用于指导大面积施工。

3.6 全面强夯施工

根据试夯结果，确定夯击参数，并据此进行大面积强夯施工，直至最后两遍的沉降量满足设计要求。

3.7 平整场地并再次强夯

对强夯后的夯点填筑适量透水性材料，布置夯点在整个段落满夯一遍，再次整平碾压，并结束该段落的强夯置换工作。

一般认为，为减弱强夯置换过程中对土层的挤压和隆起效应，置换点可采用2、3 遍交叉布置，每遍呈正方形或排与排之间交错布置，最后再进行满夯。满夯的目的是加固地基表层的密实度。从大面积复合地基受力性状的合理性来看，经过2～3 次置换施工后，置换点呈梅花形或正方形布置比较合理，而以前者更好。夯击点的间距应根据要达到的承载力大小和原状土的抗剪度确定，必要时采取较小的间距。

4 控制要点

4.1 填料控制

对于强夯置换法，整体置换法宜采用级配良好、最大粒径不超过1m、结构密实、不透淤泥、抗剪强度高的块石或石渣；桩式置换法宜采用级配良好、粒径大于0.3m 的颗粒含量不超过30%、抗剪强度高的块石、碎石、石渣、建筑垃圾等粗颗粒材料。

4.2 机械控制

确保夯锤对准夯点中心，控制夯锤的落距及下落平稳性。提升夯锤后应回填夯坑至原地面高程。若有倾斜夯坑，则应及时填平，使夯击能向深处传递，减小水平向损失。

4.3 技术控制

认真记录每一击的夯沉量和周围土的隆起量，当隆起量大于0.25倍的夯沉量时，应停止夯击。以“软土地基不破坏上部土体结构”为原则，做到：夯坑周围土体没有明显隆起；夯坑深度不会造成提锤困难；前一击的夯沉量大于后一击。

土体含水率对强夯效果有很大影响。一般在施工中将含水量控制在最佳含水量的98%～102%。可以采用砂垫层、袋装砂井、塑料板排水法等排水措施，降低孔隙水压力。

强夯施工，必须严格按照试验确定的技术参数进行控制。夯击深度应用水准仪测量控制。每夯击一遍后，应测量场地平均下沉量，然后将夯坑填平，方可进行下一道夯实，施工平均下沉量必须符合设计要求。强夯时，首先应检验夯锤是否处于中心，若有偏心，应采取在锤边焊钢板或增减混凝土等办法使其平衡，防止夯坑倾斜。夯击时，落锤应保持平稳，夯位正确。如错位或坑底倾斜度过大，应及时将坑整平，予以补夯后方可进行下一道工序。强夯结束后表层会有0.4～0.5m厚的扰动层，属于薄弱层，强夯结束后铺筑垫层用压路机碾压。

4.4 安全控制

强夯地点在距离建筑物较近时，应采取必要的防震措施，比如设防震沟，具体的设计尺寸由现场试验决定。高速公路路基两侧设隔离沟，防止强夯置换损坏周边农田。

4.5 质量检测

强夯施工结束后，等待一段时间后对加固地基进行质量检验。除进行现场荷载试验检测承载力和变形模量外，采用超重型或重型动力触探测验置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变换；置换粒料墩的直径和深度还可采用地质雷达检测。

5 结语

强夯置换法是对强夯工艺的发展和加强。该工艺有地基加固效果较好、施工工艺简便、造价低等特点，在今后的高速公路工程中将会被更加广泛的应用。

[1] 赵一哲，高云涛，周继彤.强夯置换法加固软土路基的工程实践[J]. 辽宁省交通高等专科学校学报，2006，（3）：23-24.

[2] 徐建军，郑文军，吴光熊.武广客运专线软弱地基强夯置换的试验研究[J].路基工程，2007，（4）：67-68.

[3] 郭文东. 强夯置换法加固填土地基的试验研究[J].工业建筑，2006，（S1）：12-13.