强夯置换法在软弱地基中的处理技术研究
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【摘 要】本文通过结合某建筑工程软基提出采用强夯置换法对其采取软基处理，提出该处理技术在工程中的实施，通过软基处理效果来分析强夯置换法在软基处理中的优势，推广其在同类工程应用。
1．引言
强夯置换法通过在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，采用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩。因为石墩的高强度，因此其与周围软土形成复合地基后可显著地提高地基承载力，减小沉降变形。而且块（碎）石墩中的空隙为排出软土的孔隙水提供了良好的通道，有效地缩短软土排水固结时间。从较多的工程案例综合比较，强夯块石墩及块石垫层在复合地基方案中是可行的。强夯块石墩及块石垫层复合地基法，采用巨大夯击能量将块石夯穿淤泥层并使其沉底形成墩体以加固淤泥层，再在墩顶铺设块石垫层形成复合地基。因地制宜，就地取材，其所用的材料块石可在机场附近的山上开采。
2．强夯置换法处理软基加固机理
桩式强夯置换是通过采取强夯而成的夯坑用于桩孔，然后在桩孔充填各种散体材料，再进行一次强夯，从而使桩孔中的材料得到压实，而且与周围土形成符合地基。一般对于桩式强夯置换所成的桩孔尺寸为直径2m、深度达3～6m。如果通过在桩孔中再加入钢筋，则可以有助于地基应力向桩体集中，可使得桩承受大部分上部传下来的荷载；而且桩的存在使得土体中的孔隙水压得到消散，从而有助于加固土体，提高了土体的抗剪强度等，从而提高了复合地基承载力。
通过采取桩式强夯置换后，地基出现从上到下三个不同的区域。其中上部区域为桩式置换区，该区域是由散体材料和桩周围土体组成复合地基。由于桩径较大则置换率较高，从而有效地提高地基承载力。显然，这区域是桩式强夯置换的重点区域。接下是压密区，该区域在强夯作用下而形成冠形挤压区，这区域的的土体得到有效的压缩，密度从而得到有效提升，使得土体成为持力层。而且散体材料的加入以及形成排水通道，促进了土体的排水固结效果，这效果从实践情况来看，要比普通强夯法效果明显。最下部区域为强夯影响区，该区域的土体同样受到强夯作用，而且随着时间长久，该区域土体强度也得到有效的提高。
3．强夯置换应用技术
对于工程软基中采取桩式置换采取施打夯孔，从工程实践来看，夯孔的施打应当采取隔孔分序跳打方式，以某工程为例，该工程采用圆柱形夯锤按夯点的布置和夯击顺序夯出夯坑，每个夯孔的深度控制在1.5-2.0m，第一夯遍至控制深度后，在夯坑内充填石渣，石渣最大粒径小于30cm；将夯坑填满后再进行第二次夯击，在夯坑深度又出现1.5-2.0m时，通过灌填石渣至地面，再夯击第三次，将夯坑夯击1m左右深度后，再用石渣充填平地面后用振动辗辗压三遍。夯击时，第一、二遍每夯点夯击6击左右，第三遍夯击3击，并以最后一击夯沉量不超过5cm为控制值。
（1）对于桩式强夯置换施工中材料选取，应当满足桩体可以通过依靠自身骨料的内摩擦角和桩间土的例限来维持桩身的平衡。因此，所选取的材料首先应当要求具有较高的抗剪性能，适宜选取级配良好的石渣等粗颗粒骨料。同时，为了能有效地确保桩体的整体性、密实性以及透水性，充填材料的最大粒径适宜小于1/5的夯锤底面直径，而且要求材料中的含泥量应当小于10％。
（2）采取桩式强夯置换施工过程中，对于强夯置换深度的大小与强夯置换的夯击能量和夯锤的底面积应当密切相关。工程中，对于单击夯击能量越大，则强夯产生的有效影响加固深度也越深，强夯挤密区域也越大，夯坑深度相应也较深。而且，在一定强夯范围内，通过提高单点夯击能，则能有效地提高置换加固的效果。从工程试验效果也表明，对于该方法中夯击能越大，置换深度越深；在单击夯击能与置换次数相同的情况下，强夯置换深度与第一次置换夯坑的深度成正比，即要获取较深的置换深度，应加大第一退夯击的总夯击能，以获得较深的夯坑深度。另外，随着强夯置换次数的不断增多，散体材料桩的桩径和置换深度及强夯挤密区都增大，但置换深度和强夯挤密区的增大较桩径的变化更显著。显然通过增加置换次数，同有效地改善软土地基承载性状，同时减小沉降变形。从工程实践经验情况来表明，对于一般工程中可采用3—5遍的置换次数，对于地基承载力要求高，或者置换深度要求较深时，则应当采取较大的置换遏数。
（3）在夯击能量和地质条件一定的情况下，夯坑夯击深度同单位底面积的夯击能量与单位面积锤底静压力密切相关，也即与夯锤底面积有关。夯锤底面积越小，对地基的楔入效果和贵人力就越大，夯击后获得的置换深度就越深。因此，强夯置换与普通强夯相比，宜采用锤底面积较小的夯锤，一胶夯锤底面直径宜控制在2m以内。
（4）桩式强夯置换法可采取三角形或者长方形来布置夯点，对于夯点间距可根据置换土体的性质以及上部结构的形式而再进一步确定。从工程实践效果来看，夯点距离一般取1.5-2.0倍的夯锤底面直径，对于土质较差、要求置换深度较深及承载力要求较深时，则夯点间距适当加密。对于一般堆场，水池、仓库、储罐等地基，夯点间距可适当加大些。为了有效地防止夯击时吸锤现象，强夯时击穿事故、防止夯坑内涌进淤泥或水，强夯置换前宜在软土表明铺设2m以上的碎石垫层，同时也利于强夯机械在软土表上的行走。
4．工程实例
某工程堆料场面积约50万m2，设计年堆存处理、运输铁矿石和其他冶炼用原料量约615万t共有堆料场8块，每块而积3.8—4.1万m2，其中矿石堆料场地面设计荷载为325kN/m2，混匀料场地面设计荷载为310kN/m2。原料场地面回填整乎后要增加地面荷载约26kN/m2，所以天然地基显然不能满足使用要求，必须进行地基处理。经研究确定采取强夯置换法对该工程采取地基加固处理。
5．沉降观测与加固效果
本工程共设置沉降观测标21个（其中永久性沉降标9个），观测仪器用N-2水准仪，达到二等水准的观测水平。从观测结果看，完全能满足差异沉降小于1/1000、弯沉盆差小于5cm的要求。通过对强夯置换法采取现场施工试验后，在特定的地质条件下，通过采用强夯置换加固地基，人工杂填土和淤泥土层的设计方案在技术上是可行的，而且具有客观的经济效益。通过试验结果表明，强夯块石墩和块石垫层复合地基加固效果明显，可以达到结构对地基承载力和变形的技术要求。考虑垫层密实和地面夯沉两部分，设计要求道槽填挖方计算时考虑平均预留夯沉量为35cm，即土基标高＝设计道槽标高-65cm，实测土基标高平均3.61m比设计土基标高平均3.43m抬高约18cm，仅此一项节约山皮土6.6万吨，节约资金250万元。
6．结语
文章通过结合某软基工程施工实例，通过对该软基采取强夯置换法施工技术，从工程实践效果表明，采用强夯块石墩及块石垫层复合地基综合加固，人工杂填土和淤泥土层的设计方案在技术上是可行的，经济上是合理的，可值得为同类工程所推广。
参考文献
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