强夯置换法在软土路基处理中的应用要点分析

引言

改革开放以来，我国交通基础设施建设力度越来越大。高速公路作为现代交通体系的重要组成部分，对于促进区域经济发展、提高交通运输效率、改善人民群众出行条件等方面具有重要意义。软土路基是高速公路建设中常见的地基类型之一，由于软土具有强度低、压缩性高、透水性差等特点，如果不进行妥善处理，很容易导致高速公路在使用过程中出现沉降、变形等问题。因此，做好高速公路软土路基处理具有重要意义。强夯置换技术施工简便，设备简单，可以用于各种类型的软土处理，具有显著的施工效果。

一、软土路基的危害

软土路基是指由软土或软土与其他土类共同组成的，在荷载作用下易产生较大变形的路基。在高速公路建设中，软基的存在往往会对工程造成不利影响，如增加路堤的沉降、引起路面结构的破坏等。因此，软基处理是高速公路建设中的一项关键工作。其危害性主要表现在以下几点：

1、路基沉降。由于软土的含水量高、压缩性大和强度低等特点，在受到荷载作用时，软土路基容易产生较大的沉降，进而影响高速公路的平整度，甚至会降低路面的使用寿命和行车的安全性。

2、路基变形。软土路基在受到外力作用时，容易产生剪切破坏和侧向挤出等变形现象，将会影响高速公路的稳定性，且对路面的使用性能造成严重影响。

3、路基失稳。在极端条件下，软土路基可能会发生整体失稳或滑移等破坏现象，从而威胁威胁高速公路的通行安全。

4、排水不畅。由于软土的透水性差，在受到荷载作用时，软土路基很可能会出现积水或渗流情况，不利于路基稳定。

5、延长工期。相比一般路基施工，由于软土路基需进行特殊处理，将加大施工难度，甚至会出现突发情况，进而造成工期的延长和工程成本的增加。

二、工程概况

某公路工程所处地质条件复杂，存在较厚杂填土，且极为松散，将大大加大施工难度。本路段软土路基段起讫桩号为 K53+495～K55+500 段，经钻探结果可知，地下水位为 0.60～0.80m ，因本路段自然地面以下存在大量饱和粉质粘土、粉土，具有较大含水量、孔隙比等。为提升路基承载力，经决定采用块石强夯置换加固法进行处理。

三、强夯置换的工作机理

强夯置换法的工作原理是基于高能量冲击对土壤的改良作用。在强夯过程中，重锤在自由落体运动下产生巨大的冲击力，这种冲击力作用于软基土，将产生强烈的压缩效应和冲击波。这种压缩效应能够增加土壤的密实度，改善其物理力学特性，提高地基的承载能力。

同时，冲击波在土壤中的传播会引起土壤的振动和液化现象，使土壤颗粒重新排列，形成更加紧密的土体结构。此外，强夯过程中还会产生剪切波和挤压效应，这些效应能够破坏土壤中的软弱结构面，使土壤颗粒重新组合，提高地基的整体稳定性。

在强夯置换过程中，置换是指通过强夯作用将软弱土层置换为更加坚实的土层。在强夯过程中，随着软土被压实，部分软土会被挤出，形成夯坑。然后，在夯坑中回填优质石料或砂土等坚实材料，形成置换体。这样，原来软弱的土层就被置换为了更加坚实的土层，从而提高了地基的承载能力和稳定性。

四、强夯置换施工方案

结合工程实际，最终决定采用块石强夯置换法进行施工。整体加固设计方案如下：

1、原路基处先将 1m 厚软土层挖除，换填同样厚度的块石层进行强夯置换处理。将路基坡脚外3m 设为处理范围，随后按照天然砂砾（0.3m 厚）+土工格栅（一层） + 天然砂砾（：0.7m ）的顺序进行铺筑，并一层一层碾压，最后进行路堤填筑。

2、强夯时，采用圆柱形夯锤，自重为15t，要求其各项参数均符合施工规定。

3、夯击可分 3 遍完成，前 2 遍均为点夯，采用 1500KN·m 夯击能。第 3遍为满夯，按照1/3 夯锤底面积进行相互搭接，800KN·m 为单击夯击能，每个夯点，夯击次数为5 击。

4、当最后两击夯沉量在 50mm 以下时，可确定夯点夯击次数，且控制在 8击以上。

5、根据设计要求， 5m 为加固深度，按 2m 为块石墩直径，则0.126 为复合地基置换率，要求在 2m 以内控制块石墩长度。

6、按照规定，需在 600mm 以内控制块石料最大粒径，且粒径在 300～600mm 的块石含量需控制在 50% 以上。

五、强夯置换施工技术要点

1、施工准备

在强夯置换施工前，需要对施工场地进行清理，清除表面的杂物、垃圾等，确保场地平整。根据设计要求，对场地进行测量放样，确定夯点的位置和间距。施工前，还要准备好强夯置换所需的材料，如碎石、砂等，并确保其质量符合设计要求。

2、机械就位

根据工程需要，选择适合的强夯机械，并确保其性能良好、安全可靠。将强夯机械放置在指定位置，调整机械的高度、角度等参数，确保机械处于正常工作状态。

3、夯击施工

根据测量放样的结果，确定每个夯点的位置，并做好标记。根据工程需要，选择适合的夯锤，并确保其质量符合设计要求。操作强夯机械，将夯锤提升到一定高度，然后自由落下，对地面进行夯击。根据设计要求，控制夯击的次数、能量等参数。根据要求本次强夯换填材料为块石，那么在夯击施工中，即可同时进行填筑于夯击施工，保持一致。随后将填料填筑到夯坑内，保证填筑高度满足设计要求。夯击次数可按照设计要求确定，为前2 遍均为点夯，后1 遍为满夯，根据要求，夯击数在8 击以上即可，结合具体情况，决定以15 击为准，最后2 击时，若夯沉量在 50mm 以内，根据现场实际情况，可暂停施工。

4、满夯施工

在每个夯点完成夯击后，进行满夯施工，对整个场地进行夯实。可以按800KN·m 进行满夯施工，保证夯击具有连续性，在满夯施工结束后，对场地进行质量检查，确保场地平整、密实。

六、强夯置换处理效果

在软基处理中，沉降量是一个关键指标，它直接反映了地基的稳定性和处理效果。强夯置换技术通过改善软基土的物理力学特性，能够显著减少地基的沉降量。为了准确监测沉降量，可采用精密水准测量法。在强夯置换处理前后，分别设置了多个沉降观测点，并定期对这些点进行水准测量，以获取沉降数据。通过对比分析处理前后的沉降数据，可以评估强夯置换技术的处理效果。在本工程中，经过连续3 个月的沉降及位移观测，可得结果如表1 所示。