高速公路软土路基处理方案(强夯置换)

软基处理（强夯置换）

王蕊

摘要：我国高等级公路的软土地基处理中，常用的方法有粉喷桩、砂垫层法、竖向排水法、加铺土工织物、碎石桩、深层搅拌、强夯等。本文章主要讲述强夯置换。此方法长久以来通过与新科技的接触，更准确的计算软基处理时所需要的相关数据。达到处理方法的优化并且节省了资源。

一、成因与问题

（一）软土路基的成因

路基强度及稳定性与路基干湿状态紧密相关。由于路基低、路面宽、排水设施不好，水稳定性差使得雨水和生活用水向路基内渗透使地下水位升高，经常处于潮湿状态，导致路基软化。

（二）软土路基在公路中的危害及常有的问题

(1)勘察设计不详细或不准确，应该作软基处理的地段未作处理设计，此类现象不少。

(2)早知是软土地基，却未做好软土地基处理，造成路堤失稳或危及线外建筑物。工例有：汕头磊口大桥引道．由于高填土引起线外土地隆起，民房受损．路基难以稳定，只好增加桥梁长度，建成后一段时间，仍然出现锥坡不均匀下沉，又做了处理。

（3）虽然作了软土地基处理，但是措施不力，施工不当造成路堤失稳。珠海南屏桥引道，虽然

软土采用砂并结合分级加裁预压处理，路堤填土高度7m，南岸砂井施工完成后，仅填土到2.5m高(第一级加载)时就发生破坏，北岸在第三级填土完成时发生破坏。填土完成也发生破坏。经开挖分析，原因是地质资料不准确，填土速度过快，后加的反压护道又阻塞了砂垫层的排水通道。最后采取了挖深边沟排水，用袋装砂井和铺土工布进行修复。

（4）堆料不当，未按规定分层填筑，填土过快，碾压不当，造成路堤失稳。新会虎坑、大洞桥的引道，原设计对软基都作了袋装砂并结合砂垫层加固处理，由于投资限制，大部分路段的处理被取消。有几处路堤发生滑塌现象，通车后整个路段不均匀沉降。主要原因是堆料不当，未按规定分层填筑，也未作施工观测，填土过快，碾压不当。

(5)扰动“硬壳层”或填筑不当，使“硬壳层”遭受破坏，导致路堤失稳。有的地区甚至认为，有“硬壳层”存在的软土地基，宁可不作软土地基特殊处理，利用扩散应力作用采取预压以保持填筑路堤的稳定。但若勘察、利用工作做得不好，则达不到顶预想的效果。

（6）由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用，引起桥台发生变位以至损坏。在软土地基上的桥台由于台背填土引起软土层发生较大的沉降，对桥台及桩基础产生纵向推挤向河中方向和负摩擦力作用，轻则使桥台发生位移或下沉，重则损坏桥台危及桥墩，这种现象尤以轻型桥台为甚。主要问题是：台背填土引起桥台向桥跨方向发生水平变位；先做桥台，后做锥坡及台背填土；锥坡没有按设计图纸做足，台背填土时把轻型桥台推坏；由于负摩擦力作用，引起桥台下沉。

二、软土路基处理方法的比选和优化

（一）比选

软土路基处理方法按处理深度分为浅层处理和深层处理。浅层处理的深度≤3m，因此拟处理的软土路基属于浅层处理的范围。浅层处理施工工艺简单，投资少，是施工中经常采用的方法。浅层处理一般有换填法、晾晒法、垫层法、动力固结法、加筋法、灌浆法、排石挤淤法和爆炸排淤法。换填法通常用于软土路基分布范围较小，深度≤2m的情况，换填料可视具体情况用适宜材料，因此初步决定采用开挖换填法处理。

（二）优化

原路基为粘土填筑，若采用砂、砂砾等材料换填，虽然保证了自身的强度和稳定性，但此类材料具有透水性，其内部的干湿变化，会引起四周路基土的软化或二次固结，导致路面的不均匀沉降等病害。土经改良后不但强度提高，还能呈现出板体性和一定的水稳定性，弥补了上述材料的不足。

三、软土地基处理方法沉降处理，稳定处理

沉降处理包括加速固结沉降和减少总沉降量两方面。加速固结沉降可采用加载预压、竖向排水和挤实砂桩等方法。减少总沉降量可以采用换填好土、石灰（水泥）桩、挤实砂桩等方法。

稳定处理可以采用换填土、挤实砂桩、石灰（水泥）桩等措施增加抗滑阻力。各种加速固结沉降措施都有助于促进软土层强度的增长，慢速或分期填筑路堤可以达到阻止地基强度降低的目的。五、强夯置换的原理和总体的设计思路

（一）原理

强夯置换是强夯用于加固饱和软粘土地基的方法。强夯置换法的加固机理与强夯法不同，它是利用重锤高落差产生的高冲击能将碎石、片石、矿渣等性能较好的材料强力挤入地基中，在地基中形成一个一个的粒料墩，墩与墩间土形成复合地基，以提高地基承载力，减小沉降。

（二）总体设计思路

1、强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其运用性和处理效果。

2、强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上，深度不宜超过7m。

3、墩体材料可采用级配良好的块（片）石、碎石、矿渣等坚硬粗颗粒材料，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%。

4、强夯置换法的单击夯击能应根据现场试验确定。夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且应同

时满足下列条件：

1) 墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长；

2) 累计夯沉量为设计墩长的1.5～2.0 倍；

3) 最后两击的平均夯沉量不大于下列规定值:

当单击夯击能小于400kN·m 时为50mm；当单击夯击能为4000～6000kN·m 时为l00mm；当单击夯击能大于6000kN·m 时为200mm；

4) 夯坑周围地面不应发生过大的隆起；

5) 不因夯坑过深而发生提锤困难。

5、墩位布置宜采用等边三角形或正方形。对独立基础或条形基础可根据基础形状与宽度相应布置。

6、墩间距应根据荷载大小和原土的承载力选定，当满堂布置时可取夯锤直径的2～3 倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.5～2.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.1～1.2倍。

7、墩顶应铺设一层厚度不小于500mm 的压实垫层。垫层材料一般采用水稳性好的砂、砂砾、石屑、碎石土等。当与墩体材料相同时，粒径不宜大于100mm。

8、强夯置换设计时，应预估地面抬高值，并在试夯时校正。

9、强夯置换地基的变形计算应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定。

六、总体施工步骤

1、强夯锤质量可取10～40t，其底面形式宜采用圆形或多边形，锤底面积宜按土的性质确定，锤底静接地压力值可取25～40kPa，对于细颗粒土锤底静接地压力宜取较小值。锤的底面宜对称设置若干个与其顶面贯通的排气孔，孔径可取250～300mm。强夯置换锤底静接地压力值可取100～200kPa。