杨峰 刘帮
中交第二航务工程局有限公司
摘 要：本文结合珠海横琴新区中心沟防洪及景观工程项目，介绍了强夯置换法的施工工艺、处理效果。通过比选不同的地基处理方式，体现出强夯置换法的合适性。实践证明，在该地区软基处理采用强夯置换法效果良好，取得了显著的社会和经济效益。
关键词：比选、强夯置换法；地基承载力；动力固结
1引言
强夯置换法 （Dynamic replacement）是在强夯法的基础上转化而成的一种用于加固饱和软粘土地基的方法。强夯置换法的加固原理是利用重锤高落差产生的高冲击能将碎石、块石、矿渣等性能较好的材料夯入地基中，在地基中形成粒料墩，墩与墩间土形成复合地基，同时通过对土体结构的破坏，地基土体产生超孔隙水压力后，随着时间的增加，土体结构强度会得到恢复，且粒料墩较好的透水性，将使土体中超孔隙水压力消散产生固结，以此达到加强土体强度，提高地基承载力，减小沉降的目的。
2 工程实例
2.1工程概况
横琴新区中心沟南区防洪及景观工程项目，其上部结构为重力式挡墙结构，根据地质报告显示，渠底淤泥较厚，需要进行地基处理。由于该项目工期紧张，且处理后地基承载力仅要求≥80kPa。因此选用耗时较短、施工便捷、工程造价低等优点的强夯置换桩进行地基处理。
2.2工程地质
该工程其沿线地层主要以淤泥为主。基础下岩土层主要为淤泥层②-1，承载力特征值仅为30kPa～35kPa，属于高压缩性土层，力学强度低，且欠固结，存在抗滑稳定及沉降变形问题，不宜直接作为拟建排洪渠挡墙的基础持力层。其下覆为深厚②-2层淤泥、③层淤泥等软弱下卧层。由于淤泥层深度很大，该排洪渠在经过真空预压地基处理之后仍达不到设计承载力要求，且开挖时出现了局部区域隆起的现象。
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图1 典型钻孔柱状图
2.3地基处理方式比选
以下通过表1、表2、表3与广东沿海地区常用的水泥搅拌桩及高压旋喷桩两种普遍的淤泥地质地基处理方法进行经济性、工效、等强度检测时间等数据进行对比，可以明显突出强夯置换法的优点。
表1 三种地基处理经济性对比表
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注：①以上价格信息依据广东省相关市政定额测算。
表2 三种地基处理所需设备及工效对比
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注：①以上时间为打桩时间加移机时间大致估算。
通过对不同地基处理方式的比选，从上述表格中可以看出，在对相同面积的地基范围进行处理时，无论从经济性还是工期方面，强夯置换墩均具有较大的优势；在对含块石较多的地基进行处理时，水泥搅拌桩和高压旋喷桩难以完全达到设计深度，而强夯置换处理方式则具有较强的适应性。
3 施工工艺
3.1施工设计参数
根据设计图纸结合试夯总结要求，强夯置换墩按如下参数组织施工，详见下表3：
表3 设计参数表
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注：①夯击能=锤重*锤落距=290KN*21m=6090KN.m。
3.2施工顺序
场地平整至+0.5m，铺1m厚置换石料→测量放线定位→履带吊就位，将夯锤置于夯点位置→夯锤提至21m高，脱钩自由下落（根据地质情况起夯前几击可适当降低，以防提锤困难）→测量锤定高程，若坑底倾斜时及时将坑底整平→重复夯击补料→单墩夯击击数不少于30击或总夯沉量大于25m时停锤→将夯坑填平→移至下一夯点重复上述步骤→抽芯检测墩长，开挖检测墩径。
3.3场地平整
将强夯补强范围及周边2m场地平整至+0.5m，铺1m厚置换石料，如果承载力不够，可根据现场情况调整预先铺设石料厚度，铺填石料后场地高差小于20cm，整平后场地不被水浸泡。
3.4测量放线定位
根据设计强夯置换平面图墩位点，对每个墩位点进行放样，放好样后打入钢钎用油漆做好标记，并在强夯前进行复测。
3.5履带吊就位
履带吊就位后检查地基承载力是否能够达到正常工作要求，若出现履带吊倾斜、履带下陷情况应对地基进行加固处理（铺钢板、铺石等），履带吊就位正常后提锤至拟定墩位点，要求对中偏差小于10cm，对中时应让夯锤离开地面，以保证对中精准。
3.6强夯施工
（1）履带吊将夯锤提至预定高度，开启脱钩装置，夯锤脱钩自由下落，放下吊钩，每夯一锤测量一次锤顶高程，并记录；当坑底倾斜≥30°，造成夯锤斜歪时，应及时整平坑底;
（2）重复步骤1，当夯坑过深出现提锤困难，但无明显隆起，而尚未达到停锤标准时，宜将夯坑回填至与坑顶齐平后，继续夯击，回填时记录每次回填的块石量;
（3）停锤标准：单墩夯击击数不少于30击或总夯沉量不少于25m。
（4）每一夯点施工完成后及时将夯坑回填，并将隆起过高石料进行清理整平，用于下一夯点填料。
（5）夯孔施打采用隔孔分序跳打方式。按“隔行跳打”、“由内而外，先中间后四周”和“单向前进”的原则完成全部开点的施工，当隆起过大时隔行跳打，收锤困难时分次夯击。
4 施工注意事项
（1）在渠道范围内，夯击中可能出现夯锤没入淤泥情况，原因一可能夯击能量过大，使夯锤穿透了石料垫层；二是因为填料过薄。
（2）补料：当夯坑深度达到设计夯坑深度时，应停止夯击，待补料后继续夯实。补料应取墩位附近已铺填好的石料，不得从未夯部位取料，填料时如遇大石料，应填在夯坑正中间，周围辅以小石料以使级配良好，夯坑正中填料应尽量密实，避免架空。
（3）夯击顺序：跳夯。并按照“单向前进”和“先中间后四周、由内而外”原则完成夯点施工，当周边有建构筑物时，应由邻近建筑物由远及近施工。
（4）夯沉量测量：补料前进行夯沉量测量，如发现夯沉量较小则每击一测，以决定是否结束夯击。累计夯沉量大于设计墩长的1.5倍~2倍。
5 施工效果分析
（1）该项目地基经过强夯置换处理后，强夯置换有效深度平均达到8.1m，其地基承载力已超过80kPa，达到了设计要求。由于使用强夯置换法所带来的富余工期亦极大的减轻了后续上部结构施工的压力，并节约了施工成本。可见强夯置换法在浅层地基处理的运用中有非常显著的优点。
（2）强夯置换效果体现在两个方面，一是对土体的置换，将原来低承载力的淤泥层置换成块石混合复合地基，某种程度上可理解为非开挖方式下的抛石挤淤；二是增大土体压力，随着时间的增加排出土层中含有的空隙水，从而使土体产生固结，提高地基承载力。（在淤泥质土层中前者为提高承载力的主要效果）。
（2）设计强夯置换率为37%，由于扩孔的影响现场实际强夯置换率达到了40%左右，证明在该种地质情况下强夯置换工艺具有较强的适应性，在后续的基坑开挖中未发现渠底隆起、边坡滑移等现象，排洪渠主体施工得以顺利进行，说明强夯置换墩使得地基稳定性和承载力得到了很大的提升。
（3）置换墩并非呈现规则的圆柱体形状，随着深度的增加其断面面积也逐渐增大，两者不呈现明显的线性关系；到一定深度桩长和桩径便不再增加，强夯置换处于饱和的状态，实际上置换墩的体积比设计体积要大。
6 存在的问题
（1）强夯技术经济效果良好，但施工效率低、安全性差、设备落后、消耗和维护成本高，尤其是机械部件易损坏，降低了生产效率，目前还是没有一款专门的强夯机器能克服上述问题，在各种情形下仍保持较高的适应性。在实际施工中，不同地基含土质成分、深度不同，各项异性且均匀性较差，目前强夯采用统一的大能量级进行施工，容易造成不必要的浪费。在大面积地基处理当中，若能综合考虑土体成分、深度、覆盖面积及其上部结构的重要性等因素，分能量级进行强夯，则更加合理，减少工程造价。
（2）强夯施工中对周围环境所造成的振动和噪音是很大的，尤其当建筑离施工区域较近时，可能造成一定的破坏，如细微裂缝、抹灰脱落、位移沉降等，其影响程度随房屋建筑的高度增加。
（3）由于扩孔的影响，强夯置换墩实际直径较设计要大，所需要的石料也增多，增加了施工费用；且部分地质情况下，强夯达到一定次数后，置换墩长度不再增长，反而向外侧扩张，很难达到设计长度。
7 小结
目前越来越多的工程应用强夯置换法进行处理，既有民用建筑、工业建筑的地基，又有铁路、公路的路基等。强夯置换法还可以与其它的地基处理方法组合作为复合地基使用，扩大其适用范围。总之，强夯置换法利用其加固效果好、使用经济、施工简单等优点，及对各类土都具有十分良好的技术经济效果的特性，已被越来越多的使用在各类项目中。随着国家的工程建设开发，其理论研究、计算方法、施工工艺必将日渐完善，技术将越来越成熟。
参考文献：
[1]徐至钧，张亦农.强夯和强夯置换法加固地基.北京：机械工业出版社，2004：1-15.
[2]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）.中国建筑工业出版社