强夯置换法在边坡地基加固中的应用

强夯置换法在边坡地基加固中的应用

刁朋,赵焱,魏特,罗玲,陈德华

中建八局第四建设有限公司华东公司 上海市 200120

摘  要：为了加强既有边坡稳定性，对边坡上层一定深度的软弱土可以利用强夯置换法提高其粘聚力和内摩擦角等力学参数。本文结合镇江市蛋山南路东段边坡加固及地基处理工程，对强夯置换法在边坡加固中的应用进行了研究，得到一些经验能给类似工程的设计与施工提供参考。

关  键  词：强夯置换法  地基处理  边坡加固  稳定性

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1 前言

强夯置换法是一种地基加固方法，其可以一定程度地加强地基土体的粘聚力和内摩擦角，其中内摩擦角的提高尤为显著。一些自然和人工形成的边坡，常常由于表层土体松散，即粘聚力和内摩擦角较小，而在大雨冲刷情况下会产生坡体局部的滑动。强夯置换是利用夯锤巨大的夯击能量，将碎石料以点夯的方式夯入土中。在夯击过程中在夯坑中多次填入碎石料，重复夯击和填碎石料，直至碎石料穿过软土层抵达下部持力层，形成密实的碎石料墩，它可以加速土体的固结，形成置换碎石料墩与挤密填土的复合地基，使有可能形成的软弱滑动面向深层推移，从而加大了填筑体的抗滑稳定性；另强夯置换形成的夯点为超压实状态，形成密实的柱体，像钉子一样，将不同标高的分层界面穿插连接，形成犬牙交错之势，使填筑体内无法形成滑动面。经过处理后的边坡，其稳定性均有一定程度提高。

2  工程概况

本项目边坡地基处理工程主要为蛋山南路东段桩号K0+190～K0+430路段的北侧山体边坡土体进行加固处理，提高力学参数，从而达到提高稳定性目的。北侧的人造山体是2010年蛋山治理及景观山工程施工后形成的，由于该山体上部由填土堆砌而成，两年前已竣工。蛋山位于市区，其南侧紧贴蛋山南路东段，若边坡失稳将会对周围产生重大影响。

2.1  工程地质

根据专项勘察报告，堆填区土层的物理力学性能指标如表1所示。

北侧蛋山治理及景观山工程施工期间，为检验查明分层碾压及堆填是否达到预期效果，在堆填达到一定的标高后对填土进行了施工勘察。施工勘察阶段得出的填土力学参数统计结果如表2所示。

表1堆填区主要土层的物理力学性能指标表

表2施工勘察阶段填土物理力学参数表

2.2工程概况

本工程北侧临近体育会展中心的山体景观工程，山体（山顶标高约63米）与道路（道路标高约25米）有较大的高差，道路与边坡相对位置见示意图1。由于现场工程施工时某部分路段堆填的弃土标高至33米左右，该部分弃土对北侧山体形成反压荷载，对其北侧山体稳定性有利。根据道路工程设计方案，道路在K0+200，K0+260，K0+300，K0+340，K0+380和K0+420的设计高程分别为21.232米，23.572米，25.060米，25.883米，25.904米和25.485米，道路施工时将对这部分土体进行清除，对山体稳定性将会产生一定影响，故需要对山体稳定性进行计算，并提出有效的加固方案。

图1道路与边坡相对位置示意图

道路施工及运营过程中，为保证山体边坡的稳定性，需要对桩号K0+190～K0+430路段北侧山体的边坡进行加固见图2。桩号K0+300～K0+420道路红线穿过山体标高为30米以上，为了满足道路纵坡要求，需要对该段山体进行开挖，开挖高度为6米左右，对北侧山体的边坡稳定性有一定影响。根据图2，山体上将建四块网球场，网球场的施工及运营也将对山体稳定性产生很大的影响。

图2道路及网球场区域平面位置图

3  边坡地基加固前稳定性分析

根据勘察提供土体参数对本场地边坡稳定性进行分析，分析结果见表3和表4。从表中数据可知道路上土体和道路南侧弃土清理后，正常情况下边坡稳定安全系数不能满足安全性设计要求；雨季将降低其安全系数，使其安全系数减小，同样不满足安全设计要求；正常情况且遭遇七度地震条件下，边坡稳定性低于规范规定的安全系数值，发生危险。边坡所取的两个典型剖面在三种工况下均可能发生失稳。

表3 K0+190～K0+300段稳定性分析结果表

表4K0+300～K0+430段稳定性分析结果表

4  边坡地基加固

为提高蛋山南路东段北侧山体的边坡稳定性，根据稳定性计算结果，拟采用平锤强夯联合柱锤强夯置换的工艺对道路和其两边区域一定范围内及网球场区域进行处理以达到提高建筑及道路地基的抗变形能力，同时对山体边坡进行有效加固来提高其稳定性。  

4.1强夯置换处理面积

针对本工程现场施工环境和理论分析结果，对山体边坡加固的最主要区域为道路路面，根据规范规定强夯实际处理范围每边处理宽度应外扩设计处理深度的1/2至2/3，并不小于3米。考虑到强夯现场施工条件、边坡加固效果及道路南侧边坡的稳定性，所以将道路处理区域两边分别外扩12米和12米。

4.2夯击能选择

根据《建筑地基技术处理规范》中的相关建议，对本场地我司拟进行强夯置换处理后形成的置换墩长度为8米，则由规范中强夯置换时较适宜的夯击能公式：    

式中：H1——置换墩深度（m）。

由此可确定强夯置换时夯击能为6000kN.m，结合我司大量强夯工程经验，平锤夯击能选用3000kN•m，柱锤强夯置换夯击能选用6000kN•m。

4.3强夯置换墩直径和长度

平锤强夯置换碎石料墩直径为2.4~2.6m，柱锤强夯置换碎石料墩直径为1.4~1.6m。强夯置换的加固深度由二部分组成，即置换墩长度和墩下加密范围。通过我司现场工程所积累资料，墩下加密范围为强夯置换墩3倍直径，即按照置换墩直径1.4米计算，墩下加密范围为4.2米。所以强夯置换墩长度8m，墩直径1.4米，有效加固深度12米。

4.4夯点布置

平锤强夯点和柱锤强夯置换夯点均呈正方形布置，其中第一遍柱锤和第二遍平锤强夯点重合，形成上大下小的墩体。

4.5夯距

夯击点位置根据现场的情况并与柱锤强夯置换的夯点布置相互结合，采用正方形布置。第一遍夯击点间距取夯锤直径的2.5~3.5倍，第二遍夯点位于第一遍夯点之间。为了使深层土体得到加固，第一遍夯击点的间距要大，这样可以使夯击能量传递到深处，下一遍夯点往往布置在上一遍点的中间。最后一遍则以较低的夯击能，一夯搭一夯地满夯，用以确保地表土的均匀性和较高的密实度。

4.6设计参数

柱锤强夯置换施工设计参数见下表5：

表5 柱锤强夯置换施工设计参数

柱锤强夯置换施工设计夯点布置见图3：

图3强夯置换施工夯点布置图

4  边坡地基加固后稳定性分析

道路和道路南侧及网球场区域处理后，对本场地边坡稳定性进行分析，分析结果见表6和表7。

表6 处理后稳定性分析结果表

表7处理后稳定性分析结果表

正常工况时，对一级边坡，规范的安全系数取值为1.50。根据结果表可得，蛋山南路东段道路处理后边坡稳定性安全系数均满足规范要求。

雨季工况时，对一级边坡，规范的安全系数取值为1.30。根据结果表可得，蛋山南路东段道路处理后边坡稳定性安全系数均满足规范要求。

地震工况时，对一级边坡，规范的安全系数取值为1.20。根据结果表可得，蛋山南路东段道路处理后边坡稳定性安全系数均满足规范要求。

5结论

   通过场地处理前后结果分析，锤强夯置换联合平锤强夯方案对本场地处理后，大大提高了山体边坡的稳定性安全系数，且从后期现场原位测试结果来看，该施工工艺对地基加固效果很好，可以提高道路及附近区域的抗变形能力，使其满足道路设计要求。

参  考  文 献

[1] 国家标准《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2002）；

[2] 行业标准《碾压式土石坝设计规范》（DL/T 5395-2007）；

[3] 国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）。