强夯法在软土地基处理中的应用探讨

交通建设　蠢莉国蒜晦　２０１３年４月　【文章编号】１６７３—００３８（２０１３）１２—０２６２—０２　强夯法在市政道路软基处理中的应用研究　包东文　（福建城建建设有限公司）　摘要：本文笔者结合多年工作实践经验，主要针对某市政道路工程强夯结合袋装砂井如何处理饱和软黏土的有关问　题进行简要的分析，供同行参考。　关键词：道路工程；软土地基；袋装砂井；处理方法；强夯法　１前言　近年来，随着我国城市道路建设的快速发展，采用强夯法加　固地基、处理软土地基在很多市政工程中取得了良好的效果。强　夯法实用于多种软土性地基，例如：碎石土、砂土、低饱和度的粉　土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等，都具有明显的效果。但对于　饱和软黏土，由于其含水量高、渗透性差，当受到强烈冲击时，不　能迅速排水，因而孔隙水压力上升快，消散慢，使坑周土体强度　降低。因此，一般认为软黏土地基不宜采用强夯法处理加固。现　根据其施工情况，谈谈笔者的一点体会。　２工程概况　某市政道路工程，该工程地区软土属高含水量、低强度、高压　塑性的超软弱黏土。地层自上而下为：①人工填土，色杂、松散～　稍密，厚度１．０　２．Ｏｍ；②海陆交互相沉积层（软土层），为淤泥，淤　泥质粉质黏土，夹淤泥质细砂，灰黑色，饱和，流塑，松散，该层层　底埋深３　１５ｍ左右；③冲积层，杂色，花斑状粉质黏土，可塑，灰　黑色淤泥质粉质黏土，饱和、流塑及灰黑色中砂层，饱和、松散　稍密，厚约０～８ｍ；④残积层，为黄　灰黄色砂质黏性土、硬塑为　主，为花岗岩残积土，厚约０～６ｍ。天然含水量ｗｏ＝７３．２％，液性指　数ＩＬ＝１．６６，塑性指数Ｉｐ＝２４．８，孑Ｌ隙比ｅ　＝２．０１３，压缩系数ａ：　２．２４７ＭＰａ～，竖直向固结系数Ｃｖ＝Ｏ．７９２￣１０－３ｃｍ２／ｓ，水平向固结系　数Ｃｈ＝５．Ｏ１９ｘｌＯ－３ｃｍ２／ｓ，内摩擦角　＝６．４ｏ，凝聚力ｃ＝６．２ｋＰａ，容许　承载力［Ｏ＇ｏ］＝４０ｋＰａ。　根据估算，在不作软基处理情况下路基极限填土高＝１．８６ｍ　左右。　根据路基软基稳定控制、工后沉降控制、路面结构的基底强　度要求必须对软基采取处理。而道路的施工期只有８个月，软基　的实际预压时间只有５个月左右。所以采用的软基处理方案满　足该工程特点要求。　３施工方案　３．１选择合理的处理方法　常用的软土路基处理方法有清淤换填、袋装砂井（插塑板）、　强夯法、真空预压、碎石桩、搅拌桩、ＣＦＧ桩等多种。　袋装砂井（插塑板）加预压排水固结方法需预压，一般固结的　时间较长（１８０　３６０ｄ），工后沉降较大；同时本工程所处的位置距　河口非常近，受潮汐影响水位变化大，由于微薄砂层的存在，与　附近河水水力联系密切，排水固结效果不甚明显。特别是有些地　・２６２・　段地层上部分布杂填土（如原已填鱼塘地段），地基采用此方法　处理困难。　对桥头路堤，由于填土相对较高，工后沉降要求不大于　０．１ｍ，可采用复合地基处理。对于软土厚度小于１５ｍ的桥头路基　采用水泥搅拌桩，大于１５ｍ的地段采用ＣＦＧ桩处理。该处理方　法效果好，亦不需预压，但工程造价较高，不能广泛采用。　袋装砂井（插塑板）加强夯法：它通过设置竖向排水体系（袋　装砂井），并结合静荷载（填土堆载）和动荷载（强夯夯击能），使　得地基土在较短时间内完成大部分固结沉降，减少工后沉降并　迅速提高承载力；此外，还可通过对地基的预震作用，有效地消　除砂土液化、基坑开挖涌砂现象；有利于地下管线的开挖埋设。　通过对不同处理方法的对比，并结合周边已建工程的实例及　效果，对于软土埋深小于８ｍ的地段，采用了动力固结（强夯加袋　装砂井）作为一般软土路基的处理方法之一。对于上部分布杂填　土软基，则单纯采用强夯法处理。　３．２作用原理　强夯法加固非饱和土的过程，就是土中的气相被挤出的过　程。而对饱和土，传统的固结理论认为，在快速加荷条件下，孔隙　水无法瞬间排出，所以是不可压缩的，但无法解释饱和土在强夯　后产生的明显较沉降。Ｌ・梅耶动力固结理论认为：　（１）强夯中土的渗透系数是随时间变化的；　（２）强夯中饱和土孔隙水具有压缩性；　（３）强夯中饱和土有局部液化现象；　（４）强夯中饱和土有触变现象。　所以在重复夯击作用下土体中产生裂纹，土中部分吸附水变　成自由水，随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量不　断增长。　单纯的强夯由于竖向裂缝的产生并非规则的和连续贯通的，　因而在孔隙水和气体排除过程中并非很畅通，这就造成在施工　过程中孔隙水压力消散缓慢，从而影响到加固的效果和施工进　度，效果不佳。采用排水固结法结合强夯，当土体受到冲击荷载　时，土中孔隙水压力增加，孔隙水可渗透到袋装砂井中，沿袋装　砂井直接排到地表，这样缩短了排水距离，加速了孔隙水压力的　消散过程和地基沉降的发展，而达到加固的目的。　３－３设计参数　

２０１１年第１期　铁道建筑　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　７７　

文章编号：１００３—１９９５（２０１１）叭一００７７—０４　

强夯置换法处理软土地基的模型试验研究　

徐玉胜，赵有明，高明显　

（中国铁道科学研究院，北京　１０００８１）　

摘要：通过在室内建立与实体模型存在相似性的小比例尺寸模型，运用模型试验研究了一定条件下夯击　

过程中置换体的发展规律，分析了夯锤直径、夯击能量与置换深度的关系，探讨了夯击过程中夯点附近　

地面变形规律以及超静孔隙水压力变化规律，对研究强夯置换法处理软土地基的机理有重要的意义。　

关键词：强夯置换模型试验置换深度机理　

中图分类号：ＴＵ４１１；ＴＵ４７１．８文献标识码：Ａ　

强夯置换是近年来在夯法的基础上发展起来的一　

种适用于处理高饱和度、低透水性、低强度、高压缩性　

软土的地基处理方法。强夯置换法采用在夯坑内回填　

块石、碎石等粗颗粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯　

置换墩。强夯置换法具有加固效果显著、施工期短、施　

工费用低等优点，目前已用于堆场、公路、机场、房屋建　

筑、油罐等工程，效果良好　。　刘天韵　、黄海　］、郭文东　、任继荣　、李炜　

东　、苏文峰等　通过现场试验和工程实例对强夯　

置换机理进行了研究和阐述，得出了一些有益的结论。　

但由于现场试验成本大、受工期影响等原因，针对不同　

强夯参数对置换效果的影响等方面的研究很少，至今　

尚未形成系统性结果，强夯置换法的参数设计还高度　

依赖经验和现场试验。　

而室内模型试验可以选择多种试验参数并且可以　

方便地取得试验数据，同时可以低成本地进行系列试　

验。韩文喜等　。　通过室内模型试验对强夯法的机理　

进行了研究，但到目前为止，尚未有人通过室内模型试　

验对强夯置换法机理进行研究。本文针对深圳地区软　

土的特性，在室内建立与实体模型存在相似性的小比　

例尺寸模型对强夯置换法处理软土地基机理进行了尝　

试性研究，以期结合数值模拟给出针对强夯置换法的　

强夯法在地基处理中的应用

摘 要：自从改革开放以来，我国建筑业发展迅速。本文通过实际工程分析，论述了地基处理中的一种重要方法——强夯法。并探讨它在实际工程中的运用。

关键词：强夯法；地基处理；实际运用

中图分类号：tu47 文献标识码：a

一、前言

强夯法处理地基是上世纪六十年代末法国梅纳尔技术公司首先创立的，该方法将80~400kn重锤从落距6~40m处自由落下，给地基以冲击和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。强夯法常用来加固碎石、砂土、粘性土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基土。

二、工程概况

本工程位于某市口岸加工园区，能级6000kn.m强夯，地形整体为北高南低，地表高程变化在1051.5-1071.8米之间，场地自然坡度小于3%，由于局部地段已经完成场地平整工作，施工条件较好。拟建场地在地貌上属山前冲洪积扇的顶部。

勘察揭露的地层除拟建场地南部的人工填土外，均为第四系全新统冲洪积成因地层，现将各区地层情况叙述如下：

第一层砾砂（q4al+pl）：杂色，颗粒主要矿物成分长石、石英质，混粒结构，混少量圆砾，天然状态下呈稍湿、中密状态；

第一层（1）层湿陷性粉土（q4al+pl）：黄褐色-棕褐色，含云母，土质不均一，局部与粉砂互层，该层局部夹有粉质粘土薄层，混少量砾砂；

第一层（2）层细砂（q4al+pl）：黄褐色，颗粒主要矿物成分为长石、石英质，天然状态下呈稍湿、中密状态；

第二层砾砂（q4al+pl）：杂色，混粒结构，股价颗粒为圆砾，充填粗砂，局部混少量碎石，颗粒矿物成分为长石、石英质，天然状态想成稍湿-湿，密实状态。在该区分布连续。勘察在30米深度范围内未揭穿该层；

第二层（1）（q4al+pl）：黄褐色，颗粒主要矿物成分为长石、石英质，天然状态下呈稍湿-湿、密实状态。该层厚度变化在0.8-3.4米，层底标高为1039.39-1056.16米；

三、强夯施工参数

强夯能级6000kn.m，采用正方形布点，夯点间距为6m x 6m，分三遍施工，主夯点两遍，满夯一遍。

瓣　公路　

强夯法处理软土地基　

音速公路软土地基的处理有多种，如　同预压沉降、换填、粉喷桩、塑料排　

水板法等　结合大庆至广州高速公路深州　

至大名（冀豫界）段第十四合同段软基处　

理，介绍强夯在软基处理上应用。　

强夯原理及适用范围　

公路软土地基的孔隙比较大，含　

水量较高．承载力较低，在处理荷载特　

别是长期荷载作用下，土的沉降变形较　

大　极易破坏其路基的稳定性并影响行　

车质量。强夯原理在于通过重物夯击对　

软土施以强大的外部作用力．减小土的　

孔隙比．排除孔隙水．降低含水量　软　

土在排水固结后结构得到改善．承载力　让提高，承受外界荷载时土的沉降量较　

小．从而提高路基的稳定性。强夯适用　

于含水量较高的粘性土、湿陷性黄土地　

基施工，此外还可用于碎石、砂土及人　

工填筑地基施工。　

强夯所用机械设备　履带式起重机　

一般采用起重能力１５Ｔ以上的履　带式起重机，具有行走方便、稳定性好　

等优点。起重机要有一定的起重高度，　

多在１０～１４ｍ。锤吊到最高点时夯击设　

备重心较高，为防止落锤时臂杆回弹．　可采用增加钢管支撑桅杆等安全措施．　

防止夯击时臂杆后仰、设备倾覆。　

夯锤　夯锤采用钢材制作　实际施工中　

多用厚钢板作外壳．内部焊接骨架后　

灌浇砼制成。夯锤底面形状以圆形见　

多．也可为方形。夯锤中设置若干个地　

径２５ｃｍ左右上下贯通的通气孔，以排　除锤入夯坑时坑内空气．减小空气阻　

力，保持夯锤平衡，保证夯击效果。　

锤底面积宜根据土质确定，锤径一般　

２ｍ左右，底面积３—４ｍ　。大广高速　

按照设计图纸所示位置及要求对ｌ级非　

自重湿陷性黄土＋软弱土地基进行强夯　

１　５００ｋＮ．ｍ处理，采用的直径２．３ｍ、锤　

重１３．０４ｔ．落距为１２．０ｍ可以满足其夯　

击能的要求：一般采用脱钩夯锤。　

施工工艺　

平整场地　地表清除２００ｍｍ种植土．并检　

查是否有埋置生活垃圾．如有要彻底　

清除。　

拆除的旧建筑物基础要清除到地表　

以下３００ｍｍ　并分层夯实至原地表。