强夯置换淤泥地层的有效深度研究

杨边江

(新疆新纪元公路设计有限责任公司)

1 强夯置换与强夯置换深度

1.1 强夯置换

强夯置换是一种地基加固方法，强夯置换法加固地基与强夯法不同，它利用重锤高差产生的高冲击能将碎砾石等性能较好的材料强力挤入地基，在地基中形成一个一个的碎砾石墩。对墩周土体的作用同强夯法。在强夯置换过程中，土体结构破坏，地基土体产生超孔隙水压力。随着时间发展，土体结构强度会得到恢复。碎砾石墩有较好的透水性，利用土体中超孔隙水压力消散产生固结。强夯置换法主要利用在地基中的碎砾石墩与墩间土形成的碎砾石墩复合地基，提高地基承载力和减小沉降。基于这种原理和作用就能够实现碎砾石周围土体共同形成一个性能良好的复合地基。强夯置换一般应用于一些饱和软土地基。新疆伊犁那拉提景区道路2007年第12合同段部分山区道路正是采用这种方法，处置中个别地段在施工现场柱锤第一次提击，锤就陷进饱和性素土里约3.6 m深，吊机提不起来，只好用挖掘机挖出柱锤的四分之一后，才提出柱锤。

1.2 强夯置换深度

在对强夯置换深度进行讨论时，首先暂忽略掉碎石柱体在垂直方向上的压缩量，并设第i击时的碎石柱体夯沉量为S，也就是置换深度的增量，从施工前已经整平后的场地的原始地面算起至地面下的垂直距离，数值上就是所有夯沉量的累加值。目前的问题是在一个已确定的强夯置换参数下，如何能够得到其最终所要达到的置换深度，换句话说，也就是在强夯置换设计时给定了最终置换深度。应该如何来确定设计参数才能够保证置换深度这一目标更加容易实现，这要通过对土体的不同状况进行大量的试验来确定，这就是所探讨的重点所在。

2 道路地质

新疆伊犁那拉提景区的道路工程位于伊犁州2007年第12合同段，该路基属于半挖半填式山区路基，半幅路面地层主要由素填土构成，因此表现出来的特点就是厚度大、固结程度不够，且由于该地区年降雨量较大，在长期承受荷载作用下，就会造成回填区域的半幅路面下沉破裂，同时其他回填区域的半幅路面也存在着类似的质量隐患，为保证道路的安全正常运营，就对这一路段进行了地基处理。考虑到回填区的回填土厚度较大，因此采用的是柱锤冲扩桩处理，处理后地基承载力的特征值和变形模量就能够有所保障;在一些回填土厚度较小的地方，采取强夯法进行地基加固处理，同样能够有效保障路基的实际承载力和控制变形模量。

3 淤泥质底层强夯时的三种力学特征

3.1 隆起高度

原地面和抛石的表面在夯击能的作用下会产生表面隆起的状况，且隆起的实际高度与表层的物质有着直接的关系，根据在现场进行的实际检测发现，一般来说时表面隆起高度就保持在0.25左右，且水平方向上的宽度是大于锤底的半径的。

3.2 强夯置换深度

在进行抛石之前不管表层有没有经过有效的清理，土粒都会在夯击能的巨大作用下被挤得离开原来的位置，而块石则在夯击能的作用下相互的挤压密实形成一体，形成新的较大的块石。在现场进行开挖检查发现，在块石的空隙之间还是存在少量的原有土体，且其含水量基本上没有发生太大的变化。这样一种情况下，置换层的块石之间密实度较大，底部因为挤入砂质淤泥层会形成一种新的持力层，这样一种持力层的形成能够有效地承受路基填土和行车载荷作用。

3.3 密实层高

块石在置换层内部多锤夯击能量的作用下，不仅其自身能够被挤压密实，还会有一部分的块石会嵌入到砂质淤泥层内，加之夯击能量也会对淤泥层产生作用，降低其含水量，因此，最终其密实度会得到较大的提高。

4 强夯施工

4.1 强夯置换的目的

强夯置换的处置方法主要是通过柱锤或平锤的自由下落的巨大冲击能和所产生的冲击波反复夯击地基土，在成孔及成桩过程中对地基土产生动力固结作用，以提高地基土的承载力，降低压缩性;通过充填置换作用，使土层的整体强度增加、沉降量减少，最终达到加固地基土的目的。

在这个过程中，置换块体嵌入底层对于持力层密实度的提高和承载力的加强都是有着明显的效果。地层经过强夯置换后，一般就能够达到工程所要求的力学相关指标，需要关注的是在强夯前弄清楚地层实际的性能指标，以此来对强夯相关的参数予以确定，这一参数包括置换深度、夯击能、夯击遍数、夯击点、夯击次数等。

实例中的处置路段内回填土厚度大，采用柱锤冲扩桩处理，处理后地基承载力特征值不小于160 kPa，变形模量不小于15 MPa;对回填土厚度较小(小于2 m)的地段，可采用强夯法进行地基加固处理，处理后地基承载力特征值不小于150 kPa，变形模量不小于15 MPa。

4.2 点夯

强夯施工一般是先点夯后满夯，进行点夯的目的是保证沉降量符合要求，因此收锤标准一般也是按照沉降量来进行确定的。点夯主要加固的是面层以下的地层，是强夯中一个重要的工序，能够对被夯地层进行挤压、密实和排水。

实例中采用的柱锤高为2.5 m，锤直径0.8 m，锤重10 t，点夯夯击能在800～1 000 kN/m，桩间距为2 m左右，且呈梅花形布桩，孔内填料采用砂砾石和粉土按5∶5混合，砂砾石最大粒径不大于50 cm，设计置换深度为4 m。

4.3 满夯

相较于点夯，满夯的特点就是满夯锤的直径比较大，锤较重，其主要的作用就是对在点夯过程中没有实现夯实的表面进行重夯，以保证地面的平整。满夯进行的遍数一般不少于2遍，其具体的操作参数应该根据试夯试验的结果来确定。在满夯进行之前还要先在地层表面铺上一定厚度的碎砾石层。

实例中进行满夯的步骤为采用平锤直径2.5 m，夯高1.0 m，夯重15.6 t，在已经经过点夯的表面铺设30～50 cm的天然砂砾料，整平后再进行满夯，满夯的要求为相邻的两夯间的沉降量之差在8 cm之内。

5 置换深度检测

对经过强夯置换淤泥地层处理后的有效深度进行最后的确定，一般有两种较为成熟的方式可以采用，一是直接进行探坑来检测置换深度，也就是说，根据现场的实际情况来选择有代表性的地段，对其选点，然后用钻探取样的方法，就能直接得到置换深度;另外一种就是在条件允许的时候采用地质雷达来对置换深度进行检测，在新疆伊犁那拉提景区道路的置换深度确定时采用的是前者。

6 现象及结论分析

在新疆伊犁那拉提景区道路建设中强夯置换加固软地基的设计、施工与最后的成果表明:采用强夯置换加固法对道路软土地基处理效果非常明显，完全能够达到工程上的相关要求，同时在砂质淤泥层内的一定深度处也产生了动力固结，使得实际的强度又得到进一步的提高。因此根据工程实际给出以下三个方面的结论:一是以波能传播为理论基础来实现对强夯置换加固中的最终置换深度进行计算是简便实用、科学有效的;二是在进行有效深度的确定时，最关键的因素在于考虑周围土对波的吸收系数和实际施工的状况;三是对这样一种计算方法予以认可，即其操作性强，简单易懂，通过人工计算就可以得到相当好的效果，因此可以直接为工程服务。

[1]杨光煦.强夯挤淤的原理、方法及工程实践[J］.建筑技术，1992，(1).

[2]刘惠珊，饶志华.强夯置换的设计方法与参数[J］.地基基础工程，1996，(2).

[3]曾庆军，李茂英，李大勇.强夯置换深度的估算[J］.岩土工程学报，2002，(9).

[4]刘玉卓.公路工程软土处理[J］.地基基础工程，2003，(3).