软土路基处理中强夯置换法的应用与分析

董晓宁 王文龙

摘 要：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。为此，采用科学、合理的处治方法对软基加固至关重要。强夯置换法是一种高效、便捷的软基处理技术，可促使周围土体挤压密实，减小孔隙率，提高土体强度。

关键词：软土路基;强夯置换法;作用机理

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。按照强夯置换方式划分，可将其分为2大类，即桩式置换与整式置换，桩式置换法具备散体材料桩加筋、挤密、置换、排水等特点，同时又具备强夯加固动力固结效应，可大幅提升地基承载力，减少地基变形，相比强夯法，在较高塑性指数的高含水量软黏土中应用更为广泛。

整式置换法多应用于深度在4～10m的淤泥或淤泥质土内，整式置换通常可在淤泥层底较硬土层上挤压石料，从而达到承重、稳定骨架的目的。

2 工程概况

某公路工程全长25.5km，路幅宽度为26m，双向四车道。道路沿线地质条件较差，路基上部地层为软弱地层，具有含水量大、压缩性大等特点，不可作为天然路基，必须对软弱地层进行加固处理，改善地基土的工程特性，达到道路设计的需要，设计处理后的复合地基承载力特征值不小于150kPa。

3 地质条件分析

经工程地质测绘及钻探揭露，道路区内分布地层为第四系全新统机械、人工抛填的素填土（Q4ml）、第四系残坡积粉质黏土（Q 4el+dl）和侏罗系中统沙溪庙组的（J2s）砂岩和泥岩组成，现由新到老分述如下：

第四系全新统：1）机械、人工抛填的素填土（Q4ml）：浅褐～浅褐黄色，成份由泥岩碎块石、粘性土及少量建筑垃圾和生活垃圾组成。硬质物约占50～70%，粒径2～30cm，最大厚度达10.3m，结构松散～稍密、稍湿，均匀性差，属机械、人工抛填形成，填龄约1年。2）粉质黏土（Q4el+dl）：褐黄色～褐灰色，成份由粘粒、粉粒组成，韧性及其干强度中等，摇震无反应，呈硬塑状，该层厚度不均，分布于整个场地素填土层以下。侏罗系中统沙溪庙组基岩，下伏于第四系素填土、粉质黏土之下，由砂岩和泥岩组成。3）泥岩：紫红色，主要矿物为黏土矿物，呈泥质结构，中厚层状构造，含砂质团块，泥岩强度低，易软化，抗风化能力差。强风化泥岩厚约1.00～2.0m，风化裂隙发育，岩芯呈破碎、碎块状。中等风化泥岩较完整，岩芯呈柱状。该层分布于整个场地，为场区内主要岩层。4）砂岩：灰褐色～灰白色，主要矿物为长石、方解石、石英、白云母等，呈中粒结构，中厚层状构造。强风化砂岩厚约1.00～2.00m，风化裂隙较发育，岩芯呈碎块～短柱状。中等风化砂岩强度较高，岩芯较完整，呈柱状，该层分布于整个场地，为场区内主要岩层，与泥岩呈互层状分布，局部分布较厚。

4 软土路基处理中强夯置换法的施工技术要点

1）清表并平整施工场地。施工前，应使用挖掘机或推土机清除地表腐殖土、草皮、树根。清表深度为原地面以下30cm，清表完成后平整场地，由于场地太湿，为了保证机械正常运作，安全施工，在试验段摊铺50cm砂砾垫层，然后进行碾压。2）测量放样。依据导线点放出夯击的夯点位置，用白灰线标示出夯点中心位置。本试验段夯点间距4.5m，采用等边三角形布置，处理宽度为42.5m，夯点数为550个。测量夯点处原地面标高。3）机械就位。起重机就位，夯锤对准夯点位置。在夯锤进场检验时已准确称量出夯锤重量，测定出锤底面直径和锤高。4）夯击施工。用水准仪测量夯前锤顶高程，并做好记录。然后吊钩挂住夯锤。将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩器，夯锤脱钩自由下落，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，记录填料数量，如此重复直至最后两击夯沉量小于50mm，强夯深度达到4.5m时停夯，完成一个墩体的夯击。当夯点周围软土挤出影响施工时，可随时清理并在夯点周围铺垫碎石，继续施工;填料采用不易风化的开山碎石，强度大于30MPa，一般粒径30～40cm，最大粒径不大于50cm，含泥量小于10%。按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击。5）满夯施工。在规定的时间间隔后，按上述步驟逐次完成全部夯击遍数，最后再以低能量满夯，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，低能量满夯的搭接不得小于四分之一夯锤直径，依次连续夯击，使地面均匀平整，标高一致。

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。4）“橡皮土”的处理。“橡皮土”的产生很大原因在于软基内粘性土具有较大含水率，且呈饱和状态;或因两次夯击时间相隔过短;或孔隙水压消散不及时等。为解决上述问题，需设置好排水设施，保证快速将土地内的水排出，保证土体固结效果。若仍无法有效解决，可选择挖除换填法进行施工处治。

6 结束语

综上所述，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。作为公路的主要构成成分，路基是路面的基础及公路的承重主体。若路基具有较高天然含水率，将大大增加路基填筑的压实难度，出现路基失稳问题。为此，必须选用科学、合理的治理方法对软土路基进行有效处理。通过强夯置换技术处理软土路基，可降低土体含水率，提高压实度，保证整体施工质量。

参考文献

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