强夯置换在高速公路软基处理中应用

【摘 要】对高速公路软基中的处理技术有较多，本文通过结合某高速公路软土路基情况，提出强夯置换碎石桩处理技术，从分析该软基处理优势出发，详细系探讨其施工技术，提出相应的技术要点及其注意事项，从工程处理效果来提出其可行性，为同类工程提供参考借鉴。

【关键词】高速公路；软基处理；强夯置换；碎石桩

1 工程概况

本标段为皮口至炮台高速公路皮口至炮台段第三标段，本合同段路基宽度28.0m，其中行车道4×3.75m，左侧路缘带2×0.75 m（其中包括右侧路缘带0.5m），中央分隔带3.0m，土路肩宽2×0.75 m。行车道与硬路肩的横坡一般为2%，土路肩横坡为4%，中央分隔带缘石高出路面8cm，土路肩侧路缘石高出路面12cm。标段K37+260—K37+375、K37+720—K37+850、K38+370—K39+180为软土路段，其中K37+720—K37+850为渔民养虾池地段，K38+870—K39+180为水稻田地段，淤泥质粉质粘土分布在地表，深度一般为0—3.2米，局部最深处达到5.1米，软土层下为粉质粘土层或角砾层，物理力学性质较差。对本工程的软土地基采取强夯置换碎石桩处理，本工程计划12月8日开工，1月10日结束，总工期34天。

2 强夯置换成桩机理

强夯置换碎石桩是在夯坑内回填碎石，采用巨大的夯击能量将块石夯穿被加固土层并使块石沉底形成桩体，最终形成由碎石桩、桩间土及碎石垫层组成的复合地基。由于桩体的加密作用，地基中应力向桩体集中，使其分担了大部分基底传来的荷载；同时桩体的存在也使得土体中由于强夯引起的超孔隙水压力迅速消散，加快土体固结，提高土体抗剪强度。该地基处理技术优点在于设备简单、工艺简单、原理直观；而且应用范围广，加固效果好；需要人员少，施工速度快。但其同样存在一些缺点，就是该地基处理技术的施工震动大而且有噪音，在市区难以采用，需要现场试夯才能最后确定强夯参数。

3 试桩技术

在对本高速公路软基路段采取强夯置换处理开工前，我标段准备做5根试验桩。经过工程技术人员对现场路段位置的选择和取料地点现场考察，最终选取实验桩位置在K38+050～K38+100段，该段长50m，置换平均深度2.6m，填料来源于老爷庙取土场，已爆破完毕并取料样进行试验，符合要求，目前纵向施工便道已经开通，来料运输方便，施工所需的机械设备进场方便。通过试桩来认真记好成桩深度、压入的碎石量，以确定桩体在密实状态下的各项指标，以此作为设置碎石桩的控制指标。

4 强夯置换施工技术

本标段路基软土部分采用碎石桩强夯处理，共三段长570米，处理为深度2.2——5.1米，施工前首先做好施工的调查准备。在进行路基强夯置换处理前，技术人员做好施工放样，机械设备进行检修，符合施工条件，测量出夯前锤底高程。石料采用级配良好的块、碎石等坚硬颗粒材料。同时对于强夯置换碎石桩施工中材料选取，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％。本工程碎石桩采用级配良好的块、碎石等坚硬粗粒径材料，粒径不宜大于夯锤底面积直径的0.2倍，含泥量不宜大于10%，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%。材料采自瓦房店老爷庙料场。另外，在处理前应当对场地采取平整，清除路基范围内杂草、树根、耕种地等，做好临时排水系统，施工便道畅通。

（1）对于强夯置换起重设备和夯锤选择。强夯置换碎石桩设计有效加固深度为2.2～5.1m，夯击能采用为2000kNm，夯锤落距为10m。采取强夯置换施工根据以上要求选择强夯起重设备、夯锤及自动脱钩器。起重设备选择QU2O型履带吊车，zL-50型装载机，夯锤重2t，底面直径2.0m的平底圆形夯锤及相应的脱钩器，夯锤设置3个上下贯通的气孔，孔径为250mm，以减少起吊夯锤的吸力，减少夯锤着地前的瞬时气垫上拉力所造成的能量损失。

（2）采用强夯置换施工中应当确定出强夯置换深度，从工程实践效果表明，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。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，应加大第一锤夯击的总夯击能，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系数。

（3）桩式强夯置换法可采取三角形或者正方形来布置夯点，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面铺设1m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）采用强夯置换处理软土路基时应当注意，精确计算夯锤冲击力，严格控制起升高度。施工时碎石不得和泥土等杂物混合造成污染，施工过程中和施工完成后不得有重型车辆通过以免破坏桩头。

（5）强夯置换施工工艺。采用强夯置换碎石桩加固地基可采用锤击法法，各桩间距为400cm，呈等边三角形布置。强夯前在地面上铺一米厚碎石，利用夯锤冲击成孔，仔细记录下每次成孔深度，然后回填料石，反复夯击，直至夯实成桩，桩长等长软土厚度。成桩后，满夯所铺一米厚碎石，单点最后两击夯沉量不大于50mm。采取的强夯置换施工流程为：场地准备——桩位布点放样——强夯机就位——打桩——至设计要求要求深度——上料——重复——移位至下一桩孔。

（6）对置换成桩后的检验。成桩后对桩体和经过加固的桩间土进行检测，达到设计要求，证明强夯置换法适用于上述所说相似的地质情况。

5 结语

文章同于对某高速公路的软基采取强夯置换碎石桩处理技术，详细地探讨该技术在本工程中的具有应用情况，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。

参考文献

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