摘要：本文结合湖北省鄂州市燕矶镇（包括走马湖及黄田湖、螺丝径湖等区域）整治工程地基加固实例，通过划分多个典型试验区的强夯置换试验研究确定施工参数，并对实验数据及结果进行探究讨论，以此验证强夯置换法用于该类填土地基的合理性，供类似工程参考。
关键词：强夯置换法；施工参数；效果分析
强夯置换法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压入地基，在地基中形成粒料墩并与墩间土形成复合地基，以提高地基承载力，减小沉降的地基处理方法[1-2]。强夯置换法广泛应用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基的处理[3]，加固效果良好、施工期短且经济，目前已用于公路、机场、房屋建筑等工程[4]，尤其在机场场道工程中，对道基沉降及不均匀沉降要求高[6]，在满足工程质量、工期、经济性前提下，有效地处理好软土地基显得尤为重要，所以在进行工程施工前，设计完善的试验段方案来使得施工更加高效、安全是有必要的，需要选取具有代表性的机场场道位置进行施工试验，控制试验参数数据，在分析数据同时调整施工方案，并使用静力探测以评估强夯置换的地基处理效果，来为后期施工奠定基础。同时刘悦强等[7]也认为关于强夯施工的规范尚不完善，应先划分区域作为试验段施工，以掌握技术参数，再大规模实施。由此，本工程设置4个强夯置换试验区，基于高能级强夯置换法加固填土地基，结合静力触探、静载荷等一系列试验对表层土体加固情况进行了研究并探讨了地基处理的加固效果。
1 工程概况
走马湖水系综合治理工程（机场配套工程）位于湖北省鄂州市燕矶镇（包括走马湖及黄田湖、螺丝径湖等区域），为保障航空都市区和未来机场防洪安全，拟实施花马湖水系改造，包括入江泵站扩建、退垸还湖及走马湖土石方工程等子项目，是保障航空都市区和未来鄂州机场防洪安全的基础性工程。
2 现场试验
2.1 强夯置换方案
道面区0~2m较孤立区域采用清淤置换，2~5.5m采用强夯置换，大于5.5m采用堆载预压。土面区和航站区工作0~3m较孤立区域采用抛石挤淤，对于软土厚度3~10m的区域，采用强夯置换地基处理方案，强夯置换墩强夯置换墩长度5m，同时至少应穿过淤泥土层（②-2层淤泥），坐落于压缩性较低的下部土层，确保工后沉降满足设计要求。局部土面区工作区软土厚度大于10m采用塑料排水板堆载预压方案，分为Q1~Q4四个试验段进行观测，主要以Q4区的监测结果进行评价，Q4区土工试验报告如下：
表1 Q4区土工试验土样报告
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2.2 强夯置换试验区平面布置
本次地基处理表层土松软，以致机械行走困难，所以采用场区内的同材质填料铺设施工垫层，并且要保证垫层厚度在能满足机械行走的情况下尽可能薄，因此通过试验段来确定施工垫层的铺设厚度。
强夯置换法软基处理施工按间排距5m 布置夯点，施工遵循“由内到外，隔行跳打”的施工原则完成全部夯点施工，具体强夯置换墩平面布置见图 1。
2.3 试验性施工参数
（1）强夯置换采用柱锤冲击成孔，分层填料分层冲扩挤密，从而达到挤淤排水加速固结的目的，强夯置换采用直径1.2m，重量约15t的柱锤，夯扩墩直径2.0m，采用梅花型布点，间距5.0m×5.0m。软弱土厚度2~3m时，采用2000kN•m强夯置换；软弱土厚度3~5m时，采用3000kN•m强夯置换；软弱土大于5m时，采用4000kN•m强夯置换；局部含有硬壳层或硬塑土夹层的区域相应提高1000kN•m能级。强夯置换为2遍点夯、点夯完成后进行1遍满夯，满夯夯击能为1000kN•m。
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○—第一遍点夯 ●—第二遍点夯
图1 强夯置换墩平面布置示意
（2）强夯强夯置换填料应采用级配良好的块石、碎石等硬粗颗粒材料，粒径10-30cm，粒径大于30cm的颗粒含量不宜超过30%，粒径小于10cm的颗粒含量不超过20%。
（3）强夯置换前应先根据实际现场情况铺设碎石层，便于夯机施工。施工需从四面各处同时施工，不可从一侧向另一侧顺序施工。具体施工步骤为：夯点放线、夯锤对正、锤柱夯击成坑起锤填料、推土机挖掘机集料填平夯坑、重新夯击成坑、完成夯击重复上述过程并进行第二遍点夯。施工完毕后，推平场地，采用单击夯击能1000kN•m进行满夯，锤印搭接不小于1/4。
3 试验检测
3.1 孔隙水压力监测
Q1试验段孔隙水压力累计变化最大值点出现在第一遍强夯期间，累计变化量为63.53KPa，在第一遍强夯中孔隙水压力下降为56.86KPa，随后整体变化平稳。
Q2试验段孔隙水压力累计变化最大值点出现在第二遍强夯期间，累计变化量为92.45KPa，第二遍强夯中在临近孔隙水压力测点附近强夯时会产生超孔隙水压，该区域的消散周期为两周左右。
Q3试验段孔隙水压力累计变化最大值点出现在第一遍强夯期间，累计变化量为70.24KPa，该区域孔隙水压力消散率大于70%后，开始第二遍强夯。第二遍强夯中在临近孔隙水压力测点附近强夯或有堆载时会产生超孔隙水压，该区域测点的消散周期为两周左右。
Q4试验段在第一遍强夯期间孔隙水压力累计变化最大值为98KPa，在第二遍强夯期间孔隙水压力累计变化最大值为118KPa，在临近孔隙水压力测点附近强夯或有堆载时会产生超孔隙水压，该区域测点的消散为两周左右。
可判断孔隙水压力消散期为7天左右，确定一遍点夯和二遍点夯的间隔时间为7天左右。
3.2 静力触探试验
强夯置施工前、后分别进行静力触探试验，强夯置换前做一次试验，强夯置换后3天、10天、15天、28天各做一次试验，确定夯前及夯后有效加固深度内土的压缩模量，以及强夯后下卧软土层的压缩模量。
根据静力触探数据结果分析，阻力强夯置换施工前填土地基表层的阻力极小，1号桩及2号桩处在1.6m深前静力触探值均几乎为0，1号桩施工后在0.8m处可达0.73MPa左右，随后迅速衰减，2号桩施工后在0.7m处触探值可达1.92MPa，随后也迅速衰减，说明夯击时加固效果在0.7m左右处叠加较多，对照土工试验得到的土样报告，可以判断出淤泥层在夯击效果叠加后较其他土层来说硬度表现应更加良好，加固效果更明显。除淤泥层土体之外，其他土层随着深度的加深阻力符合指数增长趋势。
3.3 静载荷试验及标准贯击试验
现场试验采用慢速维持荷载法使用电动油泵逐级加载，共分12级加载，第一级加载量为预估分级荷载的1/6，其后分级加至预估的极限承载力。每级加载后每第5、15、30、45、60分钟测读桩顶沉降量，以后每隔30分钟测读一次桩顶沉降量，每级荷载达到稳定标准后方可加下一级荷载。稳定标准为在每级荷载作用下，桩顶的沉降量连续2次在每小时内小于0.1mm（由1.5h内连续三次观测值计算）。Q4-1-33桩加载至1440kN，本级历时210min，累计沉降40.09mm，达到终止加载条件，故取其前一级1320kN为极限荷载，其承载力特征值为670kN。同时试验前后在试验区域分别进行标准贯入试验，主要检测影响深度内的强夯加固效果。测试深度在4.2m的测试结果显示4000kN•M强夯置换试验段锤击数在19-21击，加固效果明显。
3.4 取芯试验
在第二遍强夯后进行取芯，地质钻机下跟进套管进行钻孔取芯测试，取芯直径100mm，对芯样进行土工试验，得出相关力学指标，将其抗剪强度与压缩模量与强夯置换前土工试验的结果进行对比得出加固有显著效果。
3.5 沉降观测及固结度计算
强夯置换施工完成后在碎石垫层顶部布置软土层顶沉降观测点，上部土石方填筑完成后布置表面沉降观测点。
根据监测结果可初步评价得出3000kN•m和4000kN•m强夯置换处理软土深度可达3.5m~4m，所以选取3.5m处进行沉降量计算及固结度计算。
表2 固结计算数据
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经沉降计算复核，强夯置换处理深度按3.5m计算，最大工后沉降为310.56mm，依然满足要求。
4 结束语
在走马湖水系综合治理工程的试验段施工中，通过多种监测手段得知此类填土地基采用强夯置换加固方案可行且加固效果良好，体现出了强夯置换处理软土地基的意义所在，对航空都市区和未来鄂州机场防洪安全的基础性工程具有指导作用，且对同类型工程具有参考价值。
参考文献：
[1] 马士宾，刘昊杨，徐文斌等.桩板结构处理公路软土地基的数值模拟研究[J].河北工业大学学报，48（02）：73-77.
[2] 王炫中.公路施工过程中软土地基的处理探索[J].中国标准化，544（08）：79-82+85.
[3] 马健，姜爽，刘丽.高能级强夯置换处理软土地基孔隙水压力研究[J].施工技术（8）.
[4] 李惠玲，徐玉胜，胡荣华.强夯置换处理软土地基的现场试验研究[J].工业建筑，2012，42（10）：83-88.
[5] 马健，姜爽，刘丽.高能级强夯置换处理软土地基孔隙水压力研究[J].施工技术（8）.
[6] 秦磊.飞机荷载及地下水作用下机场道基的变形研究[D].郑州大学.
[7] 刘悦强.浅析强夯置换块石礅结合堆载预压法解决填海区软弱地基问题的处理方案[J].建设科技，2017（15）.
论文作者:王程亮
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/29
标签：孔隙论文; 水压论文; 地基论文; 荷载论文; 静力论文; 区域论文; 土层论文; 《基层建设》2020年第2期论文;