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摘要：福建华电储运有限公司罗源湾港区可门作业区码头扩能工程后方堆场地基处理，施工区域内普遍有高含水量的淤泥层以及夹杂块石层，故采用强夯置换法进行斗轮机地基加固处理，本文详细介绍强夯置换法的施工原理和施工控制效果分析与应用。
关键词：强夯置换;地基加固;施工原理;效果分析
1、强夯置换法原理
强夯置换是用于加固饱和软粘土地基的方法，适用于高饱和度的粉土与软～塑流塑的粘性土等地基上工程。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。
2、工程概况
2.1工程地质情况
福建华电储运有限公司罗源湾港区可门作业区码头扩能工程，地质主要成分为棱角状毛石，粒径一般在20～60cm，个别达300cm，毛石岩性以中～微风化花岗岩为主，少量为凝灰熔岩，层厚4.80～22.90m。填土下的淤泥层厚度层厚4.40～23.80m，层顶高程-18.45～2.78m。地质钻孔CK4地面标高+3.0m，覆盖棱角状毛石厚6.02m，淤泥层厚度层厚20.94m，层顶高程-3.02m，层底高程-17.92m。淤泥层以下为坡积砂质粘性土。
2.2斗轮机基础石料落底不足情况分析
斗轮机基础采用抛石挤淤的施工工艺，由+11m平台进行抛石，石料落底要求为-5m，由于地质条件复杂，根据钻探检测结果，斗轮机基础北侧区域130m的石料落底未达到设计标高情况进行分析：（1）抛石挤淤区地质情况复杂，且北侧有前期弃淤泥时修筑的临时便道（石料），致使北侧淤泥通道堵塞;（2）斗轮机基础检测落底最浅处均为设计的泥石交界以西位置，（按设计文件），此区域不属于抛石挤淤区，故石料落底不足-5m深度。
3、斗轮机基础强夯置换处理施工
本文详细介绍了8000kn.m强夯置换处理方案配合挖孔排淤的施工过程，施工结束后进行了钻探检测，对钻探结果及施工情况进行了分析，总结出了强夯置换的影响深度和强夯施工的控制要点，为今后的类似工程提供了参考依据。
3.1方案选取
根据钻探检测结果，针对斗轮机基础北侧区域130m石料落底未达到设计标高，在斗轮机基础两侧已经形成堆场，且201堆场已经在使用，如开挖换填，将破坏已形成的堆场，如直接进行强夯置换，周边无淤泥通道，影响强夯置换的效果。
考虑以上问题，为保证已形成堆场的结构安全和强夯置换的效果，经四方专题会议决定采用8000kn.m强夯置换处理方案配合挖孔排淤（注：强夯置换锤不同于一般的夯锤，其形状为细长异性锤，单位面积夯击能特别大，主要参数为：直径：1.5M左右，高度：3.5M左右，锤重：约40T。）拟在现场块石未落底到设计标高的区域，选取块石落底较浅处的位置，挖除块石至淤泥外露，形成排淤孔，同时将斗轮机基础面层石料挖除至+3.0m标高，减小石料覆盖层厚度，以提高强夯置换的置换深度，设法使块石落底到设计标高。强夯挤出的淤泥通过排淤孔排出，并由挖机和自卸车配合清运走。
3.2强夯置换施工工艺流程
施工准备→测量放样→挖出填石面层至+3.0m→布置夯点→开挖排淤口→强夯置换施工→挖除淤泥→钻探检测。
3.3强夯置换施工过程控制
（1）处理区域的划分。根据现场的实际情况和斗轮机基础检测报告，将斗轮机基础强夯处理段划分为A、B、C、D、E、F、G共7个区域，把A区作为典型试夯区进行典型试夯施工，目的是通过试夯，确定强夯最佳施工参数（强夯的间歇时间，点夯最小击数，最后两击平均夯沉量，总夯沉量等），并根据试夯的结果确定施工方案，再用于后面几个区域的处理。
（2）测量放线：用全站仪对斗轮机北侧130m处区域进行放样，待开挖完成后再放出每个区域的边界样和开挖淤泥口，设立标志标示出落底较浅处的施工边线。
（3）挖除面层回填开山石：依据北侧130m区域放线点，将斗轮机北侧130m的石料开挖至+3m，开挖坡度为1：1，考虑强夯时对两侧的影响造成滑坡，斗轮机+3m标高的宽度为20m。开挖的块石堆放斗轮机南侧，以便强夯置换使用。
（4）排淤口开挖：根据测量放线的排淤口位置，用挖掘机开挖至-1m，开挖时遇到淤泥隆起，立即停止开挖，强夯置换施工时，排淤口不出泥，其它区域的隆起，将隆起处做为强夯置换的排淤口。
（5）夯点布置：仍按照设计要求不变：每遍点夯间距为5×5m，采用正方形加插销的布置型式，夯点间距示意图如下。
图1 夯点正方形加插销的布置图
（6）点夯施工：点夯施工流程：清理并平整施工场地→标出夯点位置，并测量场地高程→起重机就位、夯锤对准夯点位置→测量夯前锤顶标高→将夯锤吊到预定高度脱钩自由下落进行夯击，测量锤顶标高→夯击并逐击记录夯坑深度（当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，向坑内填料直至与坑顶平，记录填料数量）→重复以上工序，完成第一遍全部夯点的夯击→用挖掘机将夯坑填平，测量场地标高→在规定的间隔后，按上述程序完成第二遍夯击。
设备要求及夯能控制：要求采用70～100吨履带吊机，配吊臂支撑桁架。夯前通过实测夯锤吊高，固定脱钩装置的拉拽钢丝绳，使夯锤吊到规定高度时自动脱钩下落。
沉降监测、夯击次数控制与记录：点夯过程中，用水准仪测量每击的沉降量，累计夯沉量，计算回填石料的数量是否满足理论要求，用双指标（理论回填石料和最后两击夯沉量）来判断是否收锤。
（7）挖除强夯置换的淤泥。强夯时，在排淤孔旁边配置一台挖掘机，将点夯过程中排淤口的拱起淤泥进行开挖，装上自卸汽车运输至工程场地外弃方。
3.4强夯置换施工质量控制要点 （1）严格控制夯点测放位置，允许偏差为±5cm;
（2）严格控制夯锤就位，允许偏差为±15cm;
（3）严格控制场地整平高差≤±15cm;
（4）严格控制夯坑回填石料（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%。有适当的级配，不得采用风化石）;
（5）严格控制夯击能，强夯前需要校核落距;
（6）下雨天不宜进行强夯，采取抽排水等措施将夯坑内或场地积水及时排除，地下水位较高影响施工时，采取井点降水等措施降低地下水位;
（7）夯锤起吊不平时，应采取措施纠正，当坑底倾斜度≥30°时，整平再夯;
（8）根据各夯点的石料层厚度，采用水准仪控制各夯点的置换至深度，并根据土石方平衡法进行计算，按照各区域的面积和石料层平均厚度，计算各区域置换的石料量，依据计算的石料量来控制是否收锤。
4、8000强夯置换施工情况汇总
接第18页
4.1强夯置换施工过程中统计的各项参数见下表。
表1：强夯置换施工过程中统计的各项参数表
通过统计表中各项参数的分析，单孔平均夯沉量满足方案要求，实际填入石料大于方案要求的数量，强夯置换施工方案基本落实到位。
4.2强夯置换施工结束后钻探检测结果
（1）钻探检测点位平面布置图
图2
表2：检测孔位石料落底深度统计见下表
5.强夯置换效果分析
（1）通过本次强夯置换，将落底深度均处理至-5.0m的标高，基础石料落底的加固效果明显。
（2）强夯置换影响深度为8m（工作面标高+3.0，平均石料落底标高-5.0m），落底深度均在-5.0m的范围，满足设计承载力要求。
（3）本次强夯置换施工效果达到标准的原因是施工过程中重视试夯参数情况，对后续作业区起到重要作用，施工中做到控制回填石料质量与夯沉量数据监控，同时合理布置排淤口及夯点布置，从而使本次石料落底达标。
（4）对于软土地质（淤泥层）情况复杂的工程，选用8000kn.m的大夯能进行强夯置换配合开挖排淤口进行地质加固处理也是比较少见，并且收到良好效果。
6、结语
（1）采用强夯置换法加固软土地基的方法是可行的，该方法具有设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节省材料等优点，能有效加固软弱地基，减少软土层沉降和整体工程后期沉降，提高软土层的承载力。
（2）强夯置换法处理地基的施工，涉及到地质情况、石料和施工环境等因素，必须综合考虑，采取技术方案和经济分析相结合，最终确定设计方案，才能收到良好的效果。
（3）强夯置换法在处理软土地基中应用较少，个别工程因设计、施工不当，出现沉降较大等情况。因此，强夯置换法施工前必须在施工现场选取一个或几个试验区进行试夯或试验性施工，以确定单墩夯击次数、夯击能、施工顺序等参数和实际处理效果。
（4）在今后的强夯置换施工中，需要先对抛石挤淤施工质量要严格控制，及时检测落底深度，同时必须探明区域地质情况，确保石料落底到位，置换施工时要对回填石料与夯沉数据严格把控，做到根据规范与施工方案中的要求进行施工。
参考文献：
[1]《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）
[2]《地基处理手册》编委会。地基处理手册[M].2版。北京：中国建筑工业出版社，2000。
[3]李继明;强夯置换法处理软弱地基[J];金华职业技术学院学报;2002年03期
[4]赵永昌;胡建勋;刘岩;李森林;强夯置换法处理饱和淤泥质土地基的加固效果分析;勘察科学技术;2009/06
[5]谢仁追，强夯置换法应用关键技术.水运工程.2009年第427期。
关键词：强夯置换;地基加固;施工原理;效果分析
1、强夯置换法原理
强夯置换是用于加固饱和软粘土地基的方法，适用于高饱和度的粉土与软～塑流塑的粘性土等地基上工程。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。
2、工程概况
2.1工程地质情况
福建华电储运有限公司罗源湾港区可门作业区码头扩能工程，地质主要成分为棱角状毛石，粒径一般在20～60cm，个别达300cm，毛石岩性以中～微风化花岗岩为主，少量为凝灰熔岩，层厚4.80～22.90m。填土下的淤泥层厚度层厚4.40～23.80m，层顶高程-18.45～2.78m。地质钻孔CK4地面标高+3.0m，覆盖棱角状毛石厚6.02m，淤泥层厚度层厚20.94m，层顶高程-3.02m，层底高程-17.92m。淤泥层以下为坡积砂质粘性土。
2.2斗轮机基础石料落底不足情况分析
斗轮机基础采用抛石挤淤的施工工艺，由+11m平台进行抛石，石料落底要求为-5m，由于地质条件复杂，根据钻探检测结果，斗轮机基础北侧区域130m的石料落底未达到设计标高情况进行分析：（1）抛石挤淤区地质情况复杂，且北侧有前期弃淤泥时修筑的临时便道（石料），致使北侧淤泥通道堵塞;（2）斗轮机基础检测落底最浅处均为设计的泥石交界以西位置，（按设计文件），此区域不属于抛石挤淤区，故石料落底不足-5m深度。
3、斗轮机基础强夯置换处理施工
本文详细介绍了8000kn.m强夯置换处理方案配合挖孔排淤的施工过程，施工结束后进行了钻探检测，对钻探结果及施工情况进行了分析，总结出了强夯置换的影响深度和强夯施工的控制要点，为今后的类似工程提供了参考依据。
3.1方案选取
根据钻探检测结果，针对斗轮机基础北侧区域130m石料落底未达到设计标高，在斗轮机基础两侧已经形成堆场，且201堆场已经在使用，如开挖换填，将破坏已形成的堆场，如直接进行强夯置换，周边无淤泥通道，影响强夯置换的效果。
考虑以上问题，为保证已形成堆场的结构安全和强夯置换的效果，经四方专题会议决定采用8000kn.m强夯置换处理方案配合挖孔排淤（注：强夯置换锤不同于一般的夯锤，其形状为细长异性锤，单位面积夯击能特别大，主要参数为：直径：1.5M左右，高度：3.5M左右，锤重：约40T。）拟在现场块石未落底到设计标高的区域，选取块石落底较浅处的位置，挖除块石至淤泥外露，形成排淤孔，同时将斗轮机基础面层石料挖除至+3.0m标高，减小石料覆盖层厚度，以提高强夯置换的置换深度，设法使块石落底到设计标高。强夯挤出的淤泥通过排淤孔排出，并由挖机和自卸车配合清运走。
3.2强夯置换施工工艺流程
施工准备→测量放样→挖出填石面层至+3.0m→布置夯点→开挖排淤口→强夯置换施工→挖除淤泥→钻探检测。
3.3强夯置换施工过程控制
（1）处理区域的划分。根据现场的实际情况和斗轮机基础检测报告，将斗轮机基础强夯处理段划分为A、B、C、D、E、F、G共7个区域，把A区作为典型试夯区进行典型试夯施工，目的是通过试夯，确定强夯最佳施工参数（强夯的间歇时间，点夯最小击数，最后两击平均夯沉量，总夯沉量等），并根据试夯的结果确定施工方案，再用于后面几个区域的处理。
（2）测量放线：用全站仪对斗轮机北侧130m处区域进行放样，待开挖完成后再放出每个区域的边界样和开挖淤泥口，设立标志标示出落底较浅处的施工边线。
（3）挖除面层回填开山石：依据北侧130m区域放线点，将斗轮机北侧130m的石料开挖至+3m，开挖坡度为1：1，考虑强夯时对两侧的影响造成滑坡，斗轮机+3m标高的宽度为20m。开挖的块石堆放斗轮机南侧，以便强夯置换使用。
（4）排淤口开挖：根据测量放线的排淤口位置，用挖掘机开挖至-1m，开挖时遇到淤泥隆起，立即停止开挖，强夯置换施工时，排淤口不出泥，其它区域的隆起，将隆起处做为强夯置换的排淤口。
（5）夯点布置：仍按照设计要求不变：每遍点夯间距为5×5m，采用正方形加插销的布置型式，夯点间距示意图如下。
图1 夯点正方形加插销的布置图
（6）点夯施工：点夯施工流程：清理并平整施工场地→标出夯点位置，并测量场地高程→起重机就位、夯锤对准夯点位置→测量夯前锤顶标高→将夯锤吊到预定高度脱钩自由下落进行夯击，测量锤顶标高→夯击并逐击记录夯坑深度（当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，向坑内填料直至与坑顶平，记录填料数量）→重复以上工序，完成第一遍全部夯点的夯击→用挖掘机将夯坑填平，测量场地标高→在规定的间隔后，按上述程序完成第二遍夯击。
设备要求及夯能控制：要求采用70～100吨履带吊机，配吊臂支撑桁架。夯前通过实测夯锤吊高，固定脱钩装置的拉拽钢丝绳，使夯锤吊到规定高度时自动脱钩下落。
沉降监测、夯击次数控制与记录：点夯过程中，用水准仪测量每击的沉降量，累计夯沉量，计算回填石料的数量是否满足理论要求，用双指标（理论回填石料和最后两击夯沉量）来判断是否收锤。
（7）挖除强夯置换的淤泥。强夯时，在排淤孔旁边配置一台挖掘机，将点夯过程中排淤口的拱起淤泥进行开挖，装上自卸汽车运输至工程场地外弃方。
3.4强夯置换施工质量控制要点 （1）严格控制夯点测放位置，允许偏差为±5cm;
（2）严格控制夯锤就位，允许偏差为±15cm;
（3）严格控制场地整平高差≤±15cm;
（4）严格控制夯坑回填石料（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%。有适当的级配，不得采用风化石）;
（5）严格控制夯击能，强夯前需要校核落距;
（6）下雨天不宜进行强夯，采取抽排水等措施将夯坑内或场地积水及时排除，地下水位较高影响施工时，采取井点降水等措施降低地下水位;
（7）夯锤起吊不平时，应采取措施纠正，当坑底倾斜度≥30°时，整平再夯;
（8）根据各夯点的石料层厚度，采用水准仪控制各夯点的置换至深度，并根据土石方平衡法进行计算，按照各区域的面积和石料层平均厚度，计算各区域置换的石料量，依据计算的石料量来控制是否收锤。
4、8000强夯置换施工情况汇总
接第18页
4.1强夯置换施工过程中统计的各项参数见下表。
表1：强夯置换施工过程中统计的各项参数表
通过统计表中各项参数的分析，单孔平均夯沉量满足方案要求，实际填入石料大于方案要求的数量，强夯置换施工方案基本落实到位。
4.2强夯置换施工结束后钻探检测结果
（1）钻探检测点位平面布置图
图2
表2：检测孔位石料落底深度统计见下表
5.强夯置换效果分析
（1）通过本次强夯置换，将落底深度均处理至-5.0m的标高，基础石料落底的加固效果明显。
（2）强夯置换影响深度为8m（工作面标高+3.0，平均石料落底标高-5.0m），落底深度均在-5.0m的范围，满足设计承载力要求。
（3）本次强夯置换施工效果达到标准的原因是施工过程中重视试夯参数情况，对后续作业区起到重要作用，施工中做到控制回填石料质量与夯沉量数据监控，同时合理布置排淤口及夯点布置，从而使本次石料落底达标。
（4）对于软土地质（淤泥层）情况复杂的工程，选用8000kn.m的大夯能进行强夯置换配合开挖排淤口进行地质加固处理也是比较少见，并且收到良好效果。
6、结语
（1）采用强夯置换法加固软土地基的方法是可行的，该方法具有设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节省材料等优点，能有效加固软弱地基，减少软土层沉降和整体工程后期沉降，提高软土层的承载力。
（2）强夯置换法处理地基的施工，涉及到地质情况、石料和施工环境等因素，必须综合考虑，采取技术方案和经济分析相结合，最终确定设计方案，才能收到良好的效果。
（3）强夯置换法在处理软土地基中应用较少，个别工程因设计、施工不当，出现沉降较大等情况。因此，强夯置换法施工前必须在施工现场选取一个或几个试验区进行试夯或试验性施工，以确定单墩夯击次数、夯击能、施工顺序等参数和实际处理效果。
（4）在今后的强夯置换施工中，需要先对抛石挤淤施工质量要严格控制，及时检测落底深度，同时必须探明区域地质情况，确保石料落底到位，置换施工时要对回填石料与夯沉数据严格把控，做到根据规范与施工方案中的要求进行施工。
参考文献：
[1]《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）
[2]《地基处理手册》编委会。地基处理手册[M].2版。北京：中国建筑工业出版社，2000。
[3]李继明;强夯置换法处理软弱地基[J];金华职业技术学院学报;2002年03期
[4]赵永昌;胡建勋;刘岩;李森林;强夯置换法处理饱和淤泥质土地基的加固效果分析;勘察科学技术;2009/06
[5]谢仁追，强夯置换法应用关键技术.水运工程.2009年第427期。