【摘要】：强夯置换法，适用于高饱和度的粉土，软—流塑的粘性土等地基上对变形控制不严的工程，特别适用于抗剪强度极低的饱和软粘土地基，置换深度一般不超过8m，在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。强夯置换法主要用来提高土的强度，减少压缩性，改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性。 【关键词】：强夯置换 软土地基处理
前言：
强夯置换法是采用强夯法将粗颗粒料（如块石、碎石或其他粗颗粒材料）夯击到土层中形成柱状体，使置换部分强度大幅度提高，使天然土部分在排水固结作用和挤密作用下强度得到提高，从而使复合地基整体强度提高的软土地基处理方法。强夯置换法施工工艺简单，效果显著。2003年，我们在正阳路西扩盐田段软土地基施工中采用强夯置换法处理，取得良好的技术经济效果，深受领导和有关专家们的好评。
一、工程概况及地质条件 1.工程概况
正阳路西扩工程是青岛市城阳区总体规划的一部分，使
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城阳至青黄高速公路和滨海大道的主干道，使贯穿城阳区东西的交通主动脉。该工程按一级公路标准设计，设计车速60公里/小时，路基宽度27米。其中，K14+520—K18+332段（以下称盐田段）跨过羊毛沟、盐田、洪江河、虾池及墨水河，地质条件较差，路基上部地层为人工堆填土和海相沉积土，含水量大，压缩性大，属于软弱地层，除羊毛沟、洪江河分别设11×20、9×20米预应力混凝土空心板桥及沿线设12道涵洞外，软土路段必须进行地基处理。工程现场地形、地貌情况见照片1。
工程现场地形、地貌情况 照片1
2.地质地层情况
根据工程地质勘查报告，盐田段地基出举步维人工填土路基，高度为1—2.5米外，绝大部分路段表层填土厚度为0.5米，为软塑状亚粘土；其下为海相沉积层，亚粘土，软塑，局部夹粉细、中砂及淤泥质粘土，厚度一般为2—4米，局部沟槽处厚达8米；再下为陆相冲积层，亚粘土，硬塑，厚度为2.8—9.8米，局部缺失；再下为陆相冲积层，为砂土，中密局部为砂质粘土，厚度较薄，一般为1米左右；下伏基岩风化层，埋深一般在地表以下10米左右。
根据场地地质勘查综合分析，场地地层简单，上部为海相沉积软土，欠固结，压缩性高，强度低，厚度一般在2.5—4.5米，不可作为涵洞的天然地基持力层和直接填筑路基，
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必须进行地基处理。其下为陆相沉积、残积土，力学性质好，压缩性低，强度较高，再下为强风化安山岩，为不可压缩层。
盐田段路基填土高度一般为2—5米，地基处理的目的主要为提高浅层饱和软土层的承载能力，为小型结构物提供安全可靠的持力层，降低地基土的压缩性，减少路基沉降量，保证路基的稳定性。
二、地基处理方案
根据盐田段的地质条件，我们进行了多个方案比较： 1.排水固结法：是处理软粘土地基的有效方法，采用排水固结法可同时解决沉降和稳定问题。但盐田段大部分为淤泥质软土，由于淤泥土渗透性差,在附加应力下排水缓慢,使用排水固结法工期长，因此不宜使用排水固结法。
2. 振冲碎石桩：采用振冲碎石桩法可处理软土地基，但耗水量大，增加地基含水量，泥浆污染严重，易对周边虾池造成损害。
3.强夯置换法：
①强夯置换成桩同步发生，在强大的冲击振动作用下，地基土的挤密和消除液化效果好，碎石体的结构密实，并可通过控制置换量来调整夯后地基的均匀性；
②强夯置换对填料要求不高，可利用不规则的碎石、矿渣、煤矸石等，变废为宝节省投资；
③由于填料作用，可采取连续夯击工艺，并夯间距和置
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换体直径较大，施工速度比振冲碎石桩和一般强夯工艺快。
④强夯置换以加固为主，因此可处理任何较浅层、较软层地基，与排水固结法相比，固结时间可在瞬间完成，加固效果明显，技术可靠，不留后患。
经上述方案对比研究后，确定采用施工工艺简单、速度快、工期短、工程造价低、处理效果好的强夯置换法对地基进行处理。
三、强夯置换复合地基 （一）强夯置换施工工艺
按强夯工艺，现在地表夯成一定的夯坑，用碎石将其填满，再在原点夯击，反复进行夯填，直至填料量或夯击数达到预定数值。在地基中将会形成具有一定深度和直径的碎石柱体，与夯间土共同形成复合地基，达到地基快速固结、提高地基强度、降低地基沉降量的目的。强夯置换具有以下加固作用：
1.置换作用——以高强度地压缩性的碎石部分地代替了低强度高压缩性的软土；
2.排水作用——强夯时基土所产生的空隙水压力，可以通过碎石体消散；
3.挤密作用——碎石体形成的同时，夯间土被挤密。 （二）施工技术参数及要求 1.地基处理技术要求
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复合地基容许承载力应达到150Kpa；置换深度一般为4米，沟槽处软土层较厚适当加深。 2.施工参数选择
①垫层的厚度控制在1.3米范围内，盐田埂要清除与盐田齐平。铺设垫层的石块要严格控制粒径，要求控制在≤50cm范围内，且适当控制含泥量及粉料。在铺设垫层前，石块必须累积一定的数量，用推土机本着向前向两侧的原则箭头式铺开，并平整强夯作业面。（垫层的厚度，遇到池塘水位较深或上层淤泥较深塑性较大的情况，可根据实际情况确定垫层的厚度。）
②夯击参数的选择
根据被加固地基土性质，设计单夯能为3000KN.M，落距20米，锤重150KN，夯锤直径1.5M，底面积1.64M，接地静压力为91.4Kpa。为判定强夯效果并确定夯击参数，在现场进行了强夯试验，通过采用面波测试和地震影像测试方法对3个夯堆进行了跟踪检测，确定了一定的夯击数夯墩达到的深度、直径等数据，为强夯置换地基处理提供了可靠的依据。 试验夯墩测试情况详见表1。
通过多次强夯试验，确定现场施工参数为：单夯能为2000KN.M，落距13.5米，锤重150KN，圆柱形夯锤，夯锤直径1.5M、高1.2米以上，底面积1.64M，接地静压力为91.4Kpa。强夯置换锤头见照片2。
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试验夯墩测试情况表 表1
点号 实验1号桩 K18+712.76左4号桩 K18+695.46左3号桩 平均 碎石墩长度（米） 5．3 5．6 5．6 5．5 碎石墩 最大直径（米） 2．4 2．4 2．4 2．4 碎石体 波速（m/s） 396．2 418．8 385．0 400．0 横向膨胀 系数 1．6 1．6 1．6 1．6 强夯置换锤头 照片2
③夯间距的确定
夯墩横向、竖向间距均为4米，采用正三角形布点，布桩时横向两排要错开。
④夯击顺序
现场采取隔点跳夯、由内而外的顺序施工，以避免单墩投石量过大、夯击数较多形成的“大肚子”现象。根据地层情况每间隔一个或两个夯点夯成墩后，再夯中间夯点。夯区夯墩的投石量和夯击数保持基本一致，同时增加夯墩间地基土的休息时间，提高挤密效果。
⑤填料及夯击方式
填料采用粒径为5—6厘米的碎石或块径30厘米左右的石渣及较大粒径的石料，当夯坑深1.5-2.0米时，装载机填入碎石；每夯墩夯击数12击，每夯墩用石料大约10-20立方米；采用逐点连续夯击法。填料情况见照片3。
碎石级配情况 照片3
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3.地基处理范围
横向：路基宽27米，两侧放坡3米，坡脚以外2米，共计宽度37米；
纵向：大桥锥坡坡脚以外2米。 （三）强夯置换施工
1.施工准备：清理并平整施工场地，用片石石渣滚填至地表水以上，排干道路及两侧盐池内的水，按照夯点平面布置图进行定位放线，准确标出夯点位置，并测量场地高程。
2.施工操作：
每点夯击程序为：①起重机就位，夯锤对准夯点位置→②测量夯前锤顶高程→③将夯锤吊到预定高度→④拉开脱钩装置锁卡夯锤自由落下→⑤放下吊钩，测量锤顶高程（若发现因坑底倾斜造成夯锤歪斜，及时将夯底整平）→⑥重复步骤③至⑤，完成规定的夯击次数，完成一个夯点的夯击。
（四）普夯碎石垫层
强夯置换处理后，场地及时用推土机整平，分两层填筑厚度为50cm片石石渣，满夯两遍（夯击能1500KN.M，锤径2.5米），修筑路拱，再用25KJ以上的冲击式压路机振动碾压4至6遍，并测量夯后场地高程。强夯置换复合地基经普夯后，墩间土进一步挤密,加快了孔隙水压力的消散，使地基应力均匀，与先回填的碎石土形成一层厚度较大的、承载力较高的碎石垫层。普夯设备和锤头见照片5。
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普夯设备和锤头 照片4。
（五）施工注意事项
1．开夯前应检查夯锤重和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求；
2．夯击前应对夯点放线进行符合，夯完后检查夯坑位置，发现偏差和漏夯应及时纠正；
3．夯前应先将涵洞的位置预留出来，强夯时不予处理，在结构物外做施工便道；
4. 在施工现场必须预留出夯点回填料的位置，并准备足够的回填料，以保证强夯施工正常进行；
5.施工过程中详细记录各项参数和施工情况，检查每个夯点的夯击次数和夯沉量。
四、强夯置换复合地基的监测与评价
在正阳路西扩盐田段（K14+520—K18+332）强夯置换复合地基竣工验收时，为正确评价施工质量，准确计算该段复合地基承载力，我们采用了夯墩面波测试、地震影像测试，复合地基静载荷试验、重型动力触探试验、土工试验等多种方法对该段地基进行了检测和评价，检测结果为盐田段（K14+520—K18+332）强夯置换复合地基容许承载力为210Kpa，夯墩深度（长度）平均为5.1米，满足设计要求，强夯置换地基处理加固效果良好。静载荷试验见照片5。
静载荷试验 照片5
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结束语：
正阳路西扩盐田段用强夯置换法对地基土进行加固处理取得成功，节约了建设资金，取得了良好的经济效益，为城阳区西部虾池和盐田软弱地层的开发提供了宝贵的经验。
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