强夯置换法在大亚湾滨海大道的应用
2012-08-07
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。在强夯置换过程中，土体结构破坏，地基土体产生超孔隙水压力，但随着时间的增加，土体结构强度会得到恢复。粒料墩一般都有较好的透水性，利于土体中超孔隙水压力消散产生固结。本文将阐述强夯置换处理市政道路路基过程中的关键技术以及效果检测并对其进行综合评价
1、工程概述
滨海大道位于位于惠州市大亚湾石化片区南部，南邻大亚湾，属滨海台地，山前冲洪积平原。道路等级为城市主干道II级，双向4车道。现状天然地基承载力低，无法满足道路要求，需对路基进行处理。
2、场地工程地质条件
滨海大道市政工程位于大亚湾石化片区，根据工程勘察资料显示，区域的主要土层分布为：第1层人工填土层，灰色，松散，块石含量约55%，块径大多5.0~20.0cm，局部可达40.0cm，呈微风化状，成份为砂砾岩、砾岩，厚度1~2m；第2层为淤泥：呈层状连续分布于场区。深灰色、灰黑色，饱和，流塑，含少量有机质，具臭味，含少量贝壳碎片，局部夹微薄层线状粉细砂。层厚2.50～13.50m，平均9.41m。统计标准贯入试验5次，N=1.0～2.0击，平均1.4击。第三层为粉质粘土：呈层状或透镜状分布。褐黄色、灰色，可塑，土质均匀，含少量中粗砂，砂感强。层顶埋深10.30～12.30m，层厚0.90～2.60m，平均1.73m。统计标准贯入试验2次，N=7.0～11.0击，平均9.0击。第四层卵石：为第三系（E）碎屑岩风化残积土，土质以粉质粘土为主。
3、处理方案比选
本工程场地原状淤泥厚度4.0~5.0m，后吹填淤泥7.0~8.0m，形成现状软土层包括原状淤泥和吹填淤泥土层厚度约12m，淤泥和吹填的淤泥质土高含水量、高压缩性、低强度且欠固结，必须进行必要的地基处理，才能满足道路和管线的地基要求。
常用的吹填土软基处理方法可根据其颗粒组成、土层厚度及排水固结条件可大致分为两类，一类是物理的方法，通过对土体进行冲击或者使土体内出现压差，以此排出孔隙水,比较典型的是强夯法、堆载预压法、真空预压法以及基于真空预压法出现的真空动力固结法、高真空击密法等，还有换土垫层法、加筋法等；另一类是化学的方法，该方法就是在吹填土中添加外加剂，外加剂与土体中的物质成分发生化学反应，改善土体性质。比较典型的方法是深层搅拌法、粉喷桩法等。
搅拌桩复合地基方案可行，但需在北侧现状鱼塘区域设置隔堤或围堰，加固造价较高。碎石桩可存在原位强度不小于15KPa的软土层中使用，在本工程大部分地段淤泥层的不排水强度9.1KPa，施工成桩的可靠性存疑，同时处理后碎石桩的荷载承担比小，难以形成复合地基。堆在预压法、真空预压法受工期影响在本工程中不适用。综合考虑造价、工期及附近原材料开山石丰富等综合因素，最后采用高能量的强夯置换方案，置换材料为开山石。
4、不同夯击能时夯沉量与夯击数的关系
根据以往的经验，选择了夯击能为4000KN.m和5000KN.m两种夯击能进行试夯，以下为试夯结果：
4.1当夯击能为4000KN.m时
选取4个夯点试夯，其中锤重25000kg，落距16.33m，锤直径1.60m，锤高1.6m，收锤标准按最后两击平均夯沉量不大于15cm控制。根据试夯数据统计，平均夯击数24击，平均累计夯沉量12.02米、平均回填石料20.12立方米。A夯点夯击次数与夯沉量关系曲线。试夯情况看，场地隆起不明显，石料向周边挤出不多。
4.2当夯击能为5000KN.m时
选取3个夯点试夯，其中锤重25000kg，落距20.0m，锤直径1.60m，锤高1.6m，收锤标准按最后两击平均夯沉量不大于15cm控制。根据试夯数据统计，平均夯击数25击，平均累计夯沉量13.82米、平均回填石料23.24立方米。B夯点夯击次数与夯沉量关系曲线。
经试夯确定大面积强夯的施工参数，强夯置换单击夯击能为5000kN.m，桩位布置采用4.0x4.0m正方形布置，夯锤直径1.6m，夯锤重量在20～25t，夯点的夯击次数每点20～25击，最后两击平均夯沉量不大于1/10锤高，累计夯沉量大于13m。
5、强夯置换施工概况
强夯置换施工首先要确定强夯置换墩的深度。根据需要置换的深度，再确定夯击能和夯锤形式，夯击次数、夯沉量等其他施工参数可以通过试夯确定。
经试夯确定加固参数如下：
（1）、夯击遍数及夯点布置：均为点夯3遍，满夯1遍。设计第一遍点夯为8×8m正方形布置，第二遍8×8m正方形中心内插一点形成梅花形布置，第三遍点夯同样为8×8m正方形布置，三遍点夯最终形成4×4m正方形夯点。满夯夯点搭接施工，夯点搭接不小于1/4锤底面积。
（2）、夯击能及夯击数：点夯夯击能均为4000KN.m以上，每遍每点夯击数估计15-35击,两端夯击数较少，中部夯击数较多。满夯夯击能1500KN.m～2000KN.m，每点2击。
（3）、夯锤直径：点夯夯锤直径均为1.6m,满夯夯锤直径均为2.2-2.5m。
（4）、点夯收锤标准：
①、最后两击的平均夯沉量不大于150mm；
②、夯坑周围地面隆起不大于1/4夯沉量体积。
③、当发生①、②两种情况时，可采取多遍夯击及多阵夯击的方式直到达到①条收锤标准。
（5）、强夯施工间隙时间：每遍强夯后，土体内的孔隙水压力上升，为使孔隙水压力消散，下一遍夯击中土体的可压缩性加强，每遍点夯后，应留置一定时间让孔隙水压力消散。
6、加固效果检测
施工完成后，对强夯置换的施工效果采用钻芯法、载荷试验进行检验，地基土强度、地基承载力有较大幅度的增长。
钻芯法选取了三个夯点进行了三个钻探地质工作。本次钻探孔深内岩土层结构较简单，3个试验点上部强夯后人工填石层密度达到稍～中密状，层厚9.70～10.00m，平均厚度9.83m；人工填石层下伏均分布有流塑～软塑状淤泥层，层厚1.00～1.10m，平均厚度1.0m。
对强夯区还抽取P1、P2、P3三点的平板载荷试验。其中，P1点地基极限承载力≥240kPa，承载力特征值≥120kPa；P2点、P3点地基极限承载力＝270kPa，承载力特征值≥135kPa；三点均满足地基承载力特征值120kPa的要求。
夯后检测成果表明，强夯后土的地基承载能力的得到了明显提高，已能满足工程需求，实现了预期目标。
7、结论
随着城市道路建设的快速发展，强夯加固软土地基理论和实践发展也越来越快，在很多工程中取得了良好的效果。
（1）、在对软土路基进行加固具体采取哪种方案，却取决于地下水埋深、软土地质、工期要求、工程造价及其对周边环境所产生的影响等。
（2）、强夯置换法综合了强夯加固和复合地基的优点，不仅施工设备、工艺简单，适用范围广泛，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式。
（3）、值得注意的是，在进行强夯施工前，我们要对场地范围内其地下构筑物及各类地下管线位置和标高等分别进行查明，同时要采取相应措施，避免在强夯施工过程中受到破坏。
