强夯法在软土地基处理中的应用探讨

1 振动挤密砂桩在软土地基处理中的应用探讨

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摘 要：结合工程实践经验，详细地探讨了振动挤密砂桩施工技术在软土地基中的处理工艺，同时结合工程实例来进一步探讨该工艺的技术要点，从工程实践效果表明，该方法具有桩体密度大、充盈系数高、加固效果显著等优势，值得同类工程所参考。

关键词：振动挤密砂桩；软土地基；地基处理

1． 引言

振动挤密砂桩法通过以振动荷裁将砂压入软土地基中，形成直径较大的密实砂桩，从而提高软土地基的抗剪强度，减小沉降量，加速软土地基的固结，提高地基的稳定性。其对于处理软土地基具有较好的处理效果，以下将深入探讨其该软基处理工艺。

2． 振动挤密砂桩法处理软土地基的原理

从工程试验等表明，振动挤密砂桩法通过振动荷裁将砂压入软土地基中，形成直径较大的密实砂桩，从而提高软土地基的抗剪强度，减小沉降量，加速软土地基的固结，提高地基的稳定性。振动挤密砂桩法，对于松散砂质土和软弱粘性土，其加固目的和效果是有所不同的。

结合工程实践，对于松散的砂质土，松散砂质土受振动、挤密双重作用之后，孔隙比减小至临界孔隙比之下，从而可有效地防止砂土地基受地震或其他动荷载影响时产生液化；提高地基的抗剪强度；显著地减少压缩沉降量。对于软弱粘性土，砂桩与软粘土形成复合地基，提高软土地基的抗剪强度和承敦力；可起到防止滑动破坏的作用；砂桩可造成应力集中，因而可减少软土地基的固结沉降；砂桩体成为软土地基中良好的垂直排水通道，因而可加速饱和软土地基的固结，缩短软土地基的稳定时间；因此，振动挤密砂桩法，具有广泛的实用价值。从土质条件来说，除上述的松散砂质土和软弱粘性土地基之外，还可应用于人工填土和泥炭土地基的挤密加固。从工程对象来说，除用于加固油罐地基，各种堤坝的地基以及各种堆场地基等之外，还可应用于船坞、飞机跑道等地基加固处理。

3． 振动挤密砂桩施工技术

施工机具采用履带式砂桩机、砂料装载机、空气压缩机、振动锤(机)、下端带有活门的桩管、减振器、上砂料斗、压缩空气罐(风包)等。结合工程实践经验，对于振动挤密砂桩施工应当按下列顺序进行施工：

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　

・２９８・　工程科技　浅谈强夯置换在登沙河软土地基处理工程中的应用　傅亮张雪峰　（大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司，辽宁大连１１６０００）　摘要：结合实际，谈谈强夯置换在登沙河软土地基处理工程中的应用。　关键词：强夯置换；软土地基；作用机理　１概述　强夯法是２０世纪６０年代末、７Ｏ年代初首先在法国发展起来　的，国外称之为动力固结法，以别于静力固结法。它一般是通过　８￣３０ｔ的垂锤采用８－２０ｍ的落距对地基施加强大的冲技能，在地基　土中形成冲击波和动应力，使地基土压密和振密，以加固地基土，达　到提高强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土　的湿陷性的目的。强夯法经过近３Ｏ年的发展，现已广泛应用于工业　民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路铁路路基、飞机跑道等地基处理工　程中，逐渐成为地基加固的首选方法。　但是对于饱和粘性土地基，强夯效果不显著，也不稳定，一直是　强夯加固的禁区，影响了这种优秀的加固方法的进一步推广应用。　今年来针对饱和粘性土地基，在强夯法的基础上发展了强夯置换　法，该法利用夯击能将碎石、矿渣等材料强力挤入地基，在地基中形　成碎石墩，并与墩间土形成复合地基，提高地基承载力和减少沉降。　２强夯置换法作用机理　强夯置换加固地基的原理是指用强夯法加固高饱和度粘性土　及粉土时，在夯坑内不断填加石块、碎石、或其它粗颗粒材料，强行　夯人并排开软土，在软土地基中形成大于夯锤直径的碎石墩，这种　碎石桩一方面有置换作用，使建筑物荷载向桩体集中；另一方面是　强夯加密作用，在对碎石强夯过程中，通过碎石向下的不断贯入，会　使碎石桩下的土层受到冲击能的影响，从而得到加密，另外碎石桩　有一个向四周的侧向挤出，也使桩侧的土层得到了加固；再一方面，　碎石桩也起到了一个特大直径排水井的作用，由于强夯法加固细颗　粒土时，是通过冲击能的作用使地基土压缩并产生裂隙，增加排水　通道，使孔隙水顺利逸出，随着孔隙水压力的消散而提高土体强度。　但是饱和细颗粒土由于土中粘粒含量多，粒间结合力强，渗透性低，　孔隙水压力消散缓慢等原因，加固效果不显著且不稳定，所以工程　界普遍认为，在强夯处理这类地基时必须给予排水的路径。而强夯　置换法夯入软土中的碎石桩在夯实并挤密软土的同时也为饱和土　中的孔隙水的排出提供了顺畅的通道，加速了软土在强夯过程中和　夯后的排水固结，提高桩间土的强度。　３工程实例　３．１工程概况　登沙河先进制造产业园位于大连市金州区登沙河镇境内，距大　连市中心５６ｋｍ。登沙河先进制造产业园位于黄海盐大澳海域，西南　部是登沙河人海口，南与城山头接壤，东临里长山海峡。　桂林路位于登沙河先进制造产业园北侧，桂林路为东西走向，　工程西起滨河路，东至济南路，道路红线宽度４０米，道路全长　３１０２．３２５米。大连理工大学设计院根据大连登沙河临港工业区的委　托，进行桂林路施工图设计。　３．２地质情况　该场地地形起伏较大，整个场地相对高差１３．０３ｍ。场地地貌为　海滩地貌。场地内没有断裂构造通过。不良地质作用不发育，岩溶不　发育。　一、钻探揭露深度范围内，地层自上而下为：　（１）素填土（Ｑ４ｍ１）：黄褐色，人工近期回填，稍湿一湿，松散，欠　固结，主要由石英岩、片麻岩碎石及砂土组成，硬杂质粒径２－１０ｃｍ，　含量２０％左右。该层分布全场地。层厚１．３—５．２ｍ，层底埋深　１．３—５．２ｍ，层底标高一１．４４—１２．７７ｍ。　（２）淤泥（Ｑ４ｍ）：为海积成因，灰黑色，很湿，软塑一流塑，主要　由淤泥组成，见有贝壳等有机质，淤泥干强度较大，遇水变软，韧性　高，该层分布连续。层厚１．１—５．７ｍ，层底埋深３．６－１０．４ｍ，层底标高　－６．４５－８．７１ｍ　（３）强风化片麻岩（ＡｒＤｇｎ）：灰褐色，太古宙沉积变质岩，细粒鳞　片变晶结构，片麻状构造，主要矿物成分为长石、石英、角闪石、云　母，软岩，破碎，岩体基本质量等级Ｖ级，岩芯呈碎块状。钻探揭露层　厚１．１—３．９ｍ，钻探揭露层底埋深４．６—１２．８ｍ，揭露层底高程一８．　０５—１０．２７ｍ。　二、承载力评价　（１）素填土：该层做重型动力触探原位测试３０次，锤击数３—４　击，根据野外对该土层的鉴别并结合规范，综合确定其为松散土层。　（２）淤泥：该层做Ｎ型标贯原位测试９次，锤击数３—４击，锤击　数经数理统计修正后锤击数标准值为３．１５击，另据６组土样测试　结果：其天然含水率为４８．０５，地基承载力容许值ｆａ０＝５８．９ｋｐａ根据　野外对该土层的鉴别和以往建筑经验，综合评定其地基承载力容许　值ｆａ０＝５０ｋｐａ，压缩模量Ｅｓ＝１．９９Ｍｐａ。　（３）强风化片麻岩：该层做重型动力触探原位测试２４次，锤击　数９—１０击，根据野外对该岩层的鉴别和以往建筑经验并结合规范，　综合确定其地基承载力容许值ｆａ０＝３２０ｋｐａ，变形模量Ｅ０＝２５Ｍｐａ。　３．３软土地基处理　根据地质勘察报告的内容可以看出，桂林路大部分路段处于软　土地基上，需要进行软基处理。根据素填土和淤泥层的厚度初步决　定采用的方法是强夯法。　根据素填土和淤泥层的厚度我们初步拟定采用２遍点夯一遍　满夯的处理方式。点夯夯击能采用２０００～３０００ＫＮ・ｍ、满夯采用　１０００ＫＮ・ｍ的夯击能；夯点采用正方形布置，夯点间距为４米。施工　前选取Ｋ０＋４００～Ｋ０＋７００做为试验段进行试夯来确定合适的夯击能　和夯点间距。在试夯现场发现夯锤在一击的时候就陷入土中达２－３　米，夯锤拔出困难的情况。　试夯后与地勘单位现场进行沟通，研究地勘报告发现，本地区　地貌为海滩盐田，钻探时为冬季并没有发现地下水位，而施工期为　６月份，很可能是地下水位上升使得淤泥层含水量增加，淤泥层就　便的松软。在经过反复的讨论及专家建议下，我们决定采用强夯置　换的方法：在夯击能和夯点间距不变的情况下，在原有的素填土上　添加５０ｃｍ碎石垫层，然后进行点夯，同时往夯坑内添加碎石填料，　反复添加石料大概４～５次后，下沉量基本控制在合理的范畴内，再　进行下一个夯点的试夯。最后在试验段全部做完后再进行一遍满　夯，夯击能为１０００ＫＮ・ｍ，夯印搭接１／３。施工参数：夯锤重：１３．５ｔ，夯　锤直径：２．２ｍ，落距：１５．０ｍ，单击夯击能为：２０２５ＫＮ・１／１；平均桩体直　径为：２．６ｍ，面积置换率为：０．３２。　加固效果分析：施工结束后，检测部门对强夯置换地基进行了　检测，分别采用了载荷试验确定了碎石桩的承载力特征值为：　ｆｐｋ＝５００ＫＰａ，桩间土的承载力特征值为：ｆｓｋ＝１５０ＫＰａ，采用重型动力　触探对碎石桩的着底及密实情况进行了检测，Ｎ６３．５＝２６击，检测结　果证明，加固后地基已完全满足了设计要求。　沉降观测：在整个场地完工后，进行了加载试验，并进行了沉降　观测，经实测，沉降最小为３０ｍｍ，最大为６２ｍｍ，远远小于规范要求　的允许沉降量。　现在桂林路道路及管网已经施工完毕，各项竣工指标都通过国　家相关认证。　４结论　强夯置换法综合了强夯加固和复合地基的优点，且施工设备、　工艺简单，适用范围广泛。此法不仅用于市政工程、房建工程，同时　也适合于大型场地基础等工程，而且具有速度快、效果显著、节省投　资、节约材料和加固效果好等优点，是一种比较理想的地基处理方　

建材发展导向２０１０年０７月　路桥・航运・交通　

论强夯法在某市政道路软基处理中的应用　

卢国华　

摘　要：通过笔者多年来对市政道路工程中软基处理工作的实践和认知，本文主要结合某工程实例，对强夯法在该工程中软基处理　有关问题进行简要的分析。　关键词：市政道路；软基处理；强夯法　

１前言　

强夯法实用于多种土性地基，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，具有效果明显、经济易　行、设备简单、节约三材等优点。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。但近年来强夯加固软土地基　理论和实践发展很快，积累了不少经验，在很多工程中取得了良　好的效果，其中有强夯结合袋装砂井综合处理法、强夯置换法处　

理软土地基等新措施，本文笔者就针对某市政道路工程探讨强　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。　

２工程概况　

该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、松散一稍密，厚度１．０～２．Ｏｒｅ；　⑦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、松散一稍密，厚约０～８ｍ；④　

残积层，为黄一灰黄色砂质黏性土、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Ｉｅ＝１．６６，塑性指数　Ｉｒ＝２４．８，孔隙比ｅ　＝２．０１３，压缩系数ａ＝２．２４７ＭＰａ～，竖直向固结系　

数ｃ、　０．７９２￣１０％ｍ２／ｓ，水平向固结系数ｃ　＝５．０１９ｘｌ０－３ｃｍ２／ｓ，内摩　

擦角书＝６．４ｏ，凝聚力ｃ＝６．２ｋＰａ，容许承载力『　０］＝４０ｋＰａ。　根据估算，在不作软基处理情况下路基极限填土高＝１．８６ｍ