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。

2、施工机械宜采用带有自动脱钩装置的履带式起重机或其他专用设备。

3、当场地表土软弱或地下水位较高，夯坑底积水影响施工时，宜采用人工降低地下水位或铺填一定厚度的松散性材料，使地下水位低于坑底面以下2m。

4、施工前应查明场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等，并采取必要的措施，以免因施工而造成损坏。

5、当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备会产生有害的影响时，应设置监测点，并采取隔振或防振措施消除强夯对邻近建筑物的有害影响。

6、强夯置换施工可按下列步骤进行：
1) 清理并平整施工场地，2) 标出夯点位置，并测量场地高程；3) 起重机就位，夯锤置于夯点位置；4) 测量夯前锤顶高程；5) 夯击并逐击记录夯坑深度。

6) 按由内而外，隔行跳打原则完成全部夯点的施工；7) 推平场地，用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程；8) 铺设垫层，并分层碾压密实。

7、施工过程中应有专人负责下列监测工作：
l) 开夯前应检查夯锤质量和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求；2) 在夯击前，应对夯点放线进行复核，检查夯坑位置；3) 按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。

8、施工过程中应对各项参数及情况进行详细记录。

十一、质量检测标准
强夯法处理地基的质量检验采用标准贯入试验检测，具体见表。

表中质量检测标准为检测参考值（34层埋深较深，质量控制标准根据试验段现场情况确定），实际施工中应根据现场试验段试验情况适当调整，检测值与检测频率均应根据试验段试验结果进行验证，如有可能采用CPT进行验证。

强夯质量检测标准参考值表
十二、结束语
强夯法适用于处理碎石土、砾土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。

强夯置换法，当对变形控制不严时，可用于处理高饱和度的粉土、流塑软塑的黏性土等地基，具有加固效果显著、工期短、费用低等优点。

因此，强夯置换墩的加固原理，相当于强夯、碎石墩、特大直径排水井三者之和。

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