顏遠(yuǎn)超

（中交四公局第二工程有限公司，北京 100176）

1 工程概況

G60 滬昆高速公路項(xiàng)目中，龍宮服務(wù)區(qū)設(shè)置于貴州省安順市幺鋪鎮(zhèn)。本標(biāo)段起訖樁號為K1950+720 ～ K1952+009.475，總長度1.289475km。根據(jù)現(xiàn)場勘察結(jié)果得知，主線右幅服務(wù)區(qū)的地質(zhì)條件特殊，含大量軟土路基，存在大量淤泥堆積現(xiàn)象，分布廣、厚度大。因此，立足于工程實(shí)際情況，選擇強(qiáng)夯置換法，以消除淤泥帶來的不良影響。

2 強(qiáng)夯法地基加固機(jī)理

強(qiáng)夯加固施工中，在夯錘的作用下處理地基，由于存在沖擊荷載，該處地基土將出現(xiàn)動(dòng)力反應(yīng)，土體具有非彈性性質(zhì)，從而可達(dá)到加固土體的效果。從強(qiáng)夯加固地基的基本特點(diǎn)來看，其集加密、固結(jié)與預(yù)加變形于一體，通過重錘自由下落的方式，可實(shí)現(xiàn)勢能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)該裝置接觸地面時(shí)，部分動(dòng)能會基于聲波的形式向外擴(kuò)散，但更多的是通過動(dòng)能的形式對土體產(chǎn)生影響，即出現(xiàn)自由振動(dòng)現(xiàn)象，有助于排出土體中的空氣，達(dá)到土體有效重塑的效果[1]。從加密流程來看，可分為4 個(gè)環(huán)節(jié)，具體如圖1 所示。

圖1 強(qiáng)夯加密示意圖

第一階段：存在于土體中的顆粒以隨機(jī)的方式排列，各團(tuán)塊表現(xiàn)出各向同性的基本特點(diǎn)。第二階段：土體中的顆粒通過隨機(jī)以及定向兩種方式緊密排列，若采取的是隨機(jī)排列的方式，可將土中空氣順利排至外界。第三階段：所有組織單元都通過定向的方式聚集于一體，團(tuán)塊中顆粒排列方式有兩種，即定向以及隨機(jī)，可達(dá)到有效排出空氣的效果。第四階段：所有團(tuán)粒顆粒都處于完全定向排列狀態(tài)，發(fā)生持續(xù)性強(qiáng)夯作用，致使所有的土顆粒都呈現(xiàn)出定向排列的特點(diǎn)，且伴隨明顯的垂直向壓縮變形現(xiàn)象，其明顯超出水平擠壓變形。

從土體的構(gòu)成來看，主要有固相、液相以及氣相3種形式，受強(qiáng)夯作用，在此過程中土體中的氣體將被有效擠出，因此固相和液相都會形成飽和土，向地基土施加重錘后，可高效排水并使得土體達(dá)到有效固結(jié)狀態(tài)。作為非飽和土，對其采取強(qiáng)夯處理時(shí)，夯擊能量將形成波與動(dòng)應(yīng)力，彼此之間發(fā)生循環(huán)作用，使得土骨架表現(xiàn)出塑性變形現(xiàn)象，以達(dá)到提升土體密實(shí)度的效果，有助于降低土體壓縮性，整體強(qiáng)度相對較大。

3 施工方案

（1）施作強(qiáng)夯置換墩，該結(jié)構(gòu)直徑1.2m，實(shí)際處理過程中置換墩平均直徑至少為1.4m，采取正方形布置方式，彼此間距均控制為2.5m，共分為短墩與長墩兩種形式。制作時(shí)，短墩由塘底施工，高程-0.5m；長墩由塘岸高程施工，高程1.1m。結(jié)束置換后，通過填石的方式處理頂面。

（2）所用夯錘重量20t，正常情況下單次夯擊能量為3000kN·m，各夯點(diǎn)間距為2.15m×2.15m，各點(diǎn)均夯擊1 遍，每遍操作2 次。

（3）挑選合適的夯料，較為可行的是級配優(yōu)良的塊石與碎石，嚴(yán)格控制粒徑＞30cm 的顆粒，此部分需在總重的30%以內(nèi)。

（4）置換墩施工時(shí)容易對已經(jīng)運(yùn)行的線路造成干擾，因此在實(shí)際施工作業(yè)時(shí)，靠近既有線路的長墩遵循的是由內(nèi)向外的施工原則，而與既有線路較遠(yuǎn)的短墩則采取的是由外向內(nèi)的工藝流程，且施工中做到打一跳一。

（5）結(jié)束滿夯施工作業(yè)后，向施工區(qū)域填筑碎石，所形成的墊層厚度為0.5m，并為之采取振動(dòng)壓實(shí)處理措施，施工中所用的振動(dòng)壓路機(jī)自重需達(dá)到140kN 以上，產(chǎn)生的激振力至少為200kN，同一區(qū)域至少操作6 遍。

（6）展開現(xiàn)場試夯作業(yè)，基于此方式確定各夯點(diǎn)的合適夯擊次數(shù)，嚴(yán)格控制單墩夯沉量，該值至少要達(dá)到墩長的1.5 倍，同時(shí)要滿足最后兩級夯沉均值＜50mm的要求。

（7）注重質(zhì)量檢測，選取置換墩總量的1%，為之引入地質(zhì)雷達(dá)掃描的方式分析施工質(zhì)量。在所有的檢測樣本中，要求置換墩著底數(shù)量至少為該值的95%，否則需補(bǔ)夯。

4 施工技術(shù)

做好施工前的試夯作業(yè)。此環(huán)節(jié)選取的置換墩總量應(yīng)為40 根，從中確定合適夯擊參數(shù)，如單次夯擊次數(shù)、操作流程等，關(guān)于試驗(yàn)過程中置換墩的布置情況，具體內(nèi)容如圖2 所示。

圖2 試夯置換墩平面布置

經(jīng)試驗(yàn)后，針對已有的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)整，具體內(nèi)容如下：（1）夯錘重量20t，任何一次夯擊的落距應(yīng)為10m，單次夯擊能2000kN·m，為確保夯擊質(zhì)量，前幾次夯擊時(shí)允許略微降低夯擊能，否則會出現(xiàn)夯錘陷入深度過大的情況。（2）確定收夯標(biāo)準(zhǔn)：分析單墩累積夯沉量，該值至少要達(dá)到設(shè)計(jì)墩長的1.5 倍。（3）選擇合適的夯料，較為可行的是塊石、碎石等。（4）夯擊過程中檢驗(yàn)夯沉深度，若該值臨近錘高，需暫停夯擊作業(yè)，向其中填料夯平后再次恢復(fù)強(qiáng)夯。為避免機(jī)械陷入的問題，短墩作業(yè)前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，填筑的夯料厚度至少為1.0m。（5）施工所用的夯錘需要拴上鋼絲繩，主要目的在于夯錘陷入深度過大時(shí)可以將其有效拔起。

結(jié)束試夯作業(yè)后，需利用地質(zhì)雷達(dá)加以檢測，明確置換墩的著底情況。整個(gè)檢查工作所涉及的置換墩總量為8 根，除了試驗(yàn)區(qū)周邊的4 根外，還需包括內(nèi)部置換墩4 根（具體為第1 遍與第2 遍夯點(diǎn)各2 根）。在確保無誤后正式施工作業(yè)，具體流程如下：（1）短墩場地的填筑工作，向該處填入夯料并使得該部分厚度達(dá)到1.0m，準(zhǔn)確標(biāo)出第一遍短墩的具體位置。（2）將施工所需起重機(jī)轉(zhuǎn)移到指定位置，調(diào)節(jié)夯錘，使其與置換墩達(dá)到中心對齊的狀態(tài)。（3）準(zhǔn)確測量錘頂高程。（4）完成夯錘的起吊作業(yè)，使其達(dá)到指定高度，無誤后脫鉤并自由下落，此時(shí)需安排專員測量錘頂高程并將其完整記錄。（5）基于步驟。（4）多次施工作業(yè)，結(jié)束一個(gè)置換墩的夯擊處理。（6）基于步驟（2）～（5）重復(fù)施工，結(jié)束各短墩的施工作業(yè)。（7）現(xiàn)場適配推土機(jī)，在其作用下推平場地，給予一段時(shí)間使得超靜孔隙水壓力完全下降，經(jīng)測量后準(zhǔn)確標(biāo)出第2 遍短墩位置，基于步驟（2）～（6）多次施工作業(yè)。（8）引入地質(zhì)雷達(dá)法分析各檢測墩的著底情況，符合設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)入到后續(xù)施工環(huán)節(jié)。（9）繼續(xù)填筑片石，使其與長墩墩頂高程相平齊，標(biāo)出第1 遍長墩的具體位置。（10）基于步驟（2）～（8）多次施工，并對長墩展開質(zhì)量檢驗(yàn)。（11）結(jié)束所有置換墩施工作業(yè)后，需對其采取低能量滿夯的方式處理長墩頂面，使其足夠平整后再回填碎石，形成的墊層厚度為0.5m，現(xiàn)場適配振動(dòng)壓路機(jī)，在其作用下進(jìn)一步壓實(shí)。結(jié)束地基處理工作后，需在墊層頂面設(shè)置沉降板，此方式可滿足后續(xù)沉降觀測要求。選取16組觀測數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上通過雙曲線法加以分析，得知總沉降為11.95cm，相較于設(shè)計(jì)要求所提出的30cm 而言明顯偏小，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 設(shè)計(jì)及施工注意事項(xiàng)

（1）軟土地基的特殊之處在于穩(wěn)定性不足，強(qiáng)夯置換法是較為典型的處理方法，但實(shí)際結(jié)果表明，若缺乏合理的控制措施，依然會出現(xiàn)大幅度工后沉降現(xiàn)象。對此，施工之前的試驗(yàn)尤為關(guān)鍵，所選擇的試驗(yàn)區(qū)應(yīng)具有代表性，從而得到合適的夯擊工藝參數(shù)。

（2）嚴(yán)格控制夯料質(zhì)量，其中粒徑超過30cm 的顆粒需控制在總重的30%以內(nèi)；一旦出現(xiàn)夯料粒徑偏大的情況，實(shí)際夯實(shí)過程中將使得夯錘出現(xiàn)歪斜等問題。

（3）強(qiáng)夯置換法的應(yīng)用效果取決于置換與排水兩個(gè)方面。為全面提升排水效果，所用夯料應(yīng)具有優(yōu)良的級配，因此諸如碎磚塊等具有優(yōu)良吸水性的材料較為可行，在確保排水效果的同時(shí)還能夠控制施工成本。

（4）考慮到軟土約束力小的基本特點(diǎn)，施工中易出現(xiàn)置換墩橫向位移明顯偏大的情況，且該值將明顯超出豎向位移，對此需要控制單次夯擊能量，使其在3000kN·m 以內(nèi)，尤其要注重前幾次的夯擊能，避免夯錘陷入過深。

（5）結(jié)束地基處理后給予足夠時(shí)間，即靜置期，主要目的在于提升排水效果，控制工后沉降[2]。

（6）施工現(xiàn)場預(yù)鋪夯料，此部分厚度需達(dá)到1.0m，以便為機(jī)具的高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供支持。

（7）強(qiáng)夯施工存在安全距離，這一指標(biāo)主要與加固土體、夯擊能等因素有關(guān)，從現(xiàn)階段行業(yè)狀況來看，并未針對安全距離作出明確的說明。具體至本工程，由于置換墩周邊存在鐵路，二者最小間距為5m，經(jīng)施工作業(yè)后對區(qū)域內(nèi)的各項(xiàng)要素加以檢查，得知既有線路并未受到影響。因此，在類似工程中，需控制好置換墩的位置，其與土工結(jié)構(gòu)物的間距至少為5m，并通過試驗(yàn)的方式加以驗(yàn)證。

6 結(jié)束語

軟土地基易對施工作業(yè)造成不良影響，基于強(qiáng)夯置換法可有效提升地基穩(wěn)定性，為高速公路整體質(zhì)量提供保障。但強(qiáng)夯置換法對技術(shù)水平提出較高要求，實(shí)際施工中需要做好地基處理工作、選擇合適的夯錘等，從多個(gè)角度提升該技術(shù)的應(yīng)用效果，為高速公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展提供支持。