1.加固原理及适用范围

强夯置换法是近年来从强夯加固法发展起来的一种新的地基处理方法，属于夯实地基，它主要适用于软弱黏性土地基的加固处理。加固机理为动力置换，即强夯将碎石整体挤入软弱黏性土成整式置换或间隔夯入淤泥成桩式碎石墩。

按强夯置换方式的不同，强夯置换法又可分为桩式置换和整式置换两种不同的形式。整式置换是采用强夯将碎石整体挤入软弱黏性土中，其作用机理类似于换土垫层。桩式置换是通过强夯将碎石填筑土体中，部分碎石桩（或墩）间隔地夯入软弱黏性土中，形成桩式（或墩式）的碎石墩（或桩）。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩，它主要是靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡，并与墩间土起复合地基的作用。

2.设计

强夯置换法的设计应符合下列规定：

（1）桩式置换施工设计参数

1） 桩式置换中，置换深度的大小由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上。深度不宜超过10m。

2） 置换深度又与强夯置换的夯击能量和夯锤的底面积密切相关。试验表明，单击夯击能量越大，强夯产生的有效加固深度也越深，强夯挤密区域也越大，夯坑深度相应也较深。同时，在一定范围内，提高单点夯击能，也能大大改善置换加固的效果。在夯击能量和地质条件一定的情况下，夯坑夯击深度同单位底面积的夯击能量与单位面积锤底静压力密切相关，也即与夯锤底面积有关。夯锤底面积越小，对地基的楔入效果和贯入力就越大，夯击后获得的置换深度就越深。因此，强夯置换与普通强夯相比，宜采用锤底面积较小的夯锤，一般夯锤底面直径宜控制在2m以内。

3） 夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件

①墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长；

②累计夯沉量为设计墩长的1.5-2.0倍；

③最后两击的平均夯沉量参见强夯法的要求。

4） 桩式置换的夯点布置宜采用等边三角形或正方形。夯点的间距应视被置换土体的性质（承载力）和上部结构的荷载大小而定，当满堂布置时可取夯锤直径的2.0〜3.0倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.5-2.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.1~1.2倍。当土质较差、要求置换深度较深及承载力要求较高时，夯点间距宜适当加密。对独立基础或条形基础可根据基础形状与宽度相应布置。对于办公楼、住宅楼等，可根据承重墙位置布置较密的置换点，一般可采用等腰三角形布点，这样可保证承重墙以及纵、横墙交接处墙基下有夯击点，对于一般堆场、水池、仓库、储罐等地基，夯点间距可适当加大些。

为防止夯击时吸锤现象，强夯置换前，可在软土表面铺设1〜2m的砂石垫层，同时也利于强夯机械在软土表面上的行走。

5）桩式置换材料要求

桩式置换形成的桩体，主要依靠自身骨料的内摩擦角和桩间土的侧限来维持桩身的平衡。桩体材料，必须选择具有较高抗剪性能，级配良好的石渣等粗颗粒骨料。可采用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%,含泥量不得超过10%。

（2）整式置换法施工设计参数

1） 单击夯击能

整式置换由于需要将淤泥挤向四周而将填筑材料挤至淤泥底层，因而其单击能量应大于普通的强夯加固能量。

2） 单位面积的单击能

强夯时，强夯动应力的扩散随夯锤底面积的变化而变化，夯锤底面积小时，动应力扩散小，应力等值线呈柱状分布，有利于挤淤；夯锤底面积大时，应力等值线呈灯泡状分布，有利于压实而不利于挤淤。杨光煦等通过现场原位对比试验也揭示出，单位面积单击夯击能越大挤淤效果越显著，单位面积单击夯击能或锤底静压力过小，挤淤效果就较差。因此，强夯挤淤应提高夯锤锤底单位面积的静压力和单位面积的单击夯击能，单位面积单击夯击能不宜小于1500kN•m/m2。

3） 夯击次数

强夯挤淤与强夯加固的目的不同，因此，夯击时宜利用淤泥的触变性连续夯击挤淤,不宜间歇，一般宜一遍接底。夯击次数宜控制在最后一击下沉量不超过5cm。夯坑深度超过2.5m后，挂钩会发生困难，因此，当夯坑深度超过2.5m时，如仍击接底，可推平后再进行夯击。

4） 夯点间距

整体置换挤淤的间距可根据强夯抛填体实测应力扩散角。

5)加固宽度

整式挤淤置换除了要满足建筑物基础应力扩散要求和建筑施工期间车辆往来的宽度要求外，还要满足整式挤淤沉堤的整体稳定性和局部稳定性。

3.施工

（1）施工设备

施工机具参见强夯法。锤底静压力值宜大于100kPa。

（2）施工程序及注意事项

1）施工程序

①清理并平整施工场地，当表土松软时可铺设一层厚度为I-0~2.0m的砂石施工垫层。

②标出夯点位置，并测量场地高程。

③起重机就位，夯锤置于夯点位置。

④测量夯前锤顶高程。

⑤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，如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准完成一个墩体的夯击。当夯点周围软土挤出影响施工时，可随时清理并在夯点周围铺垫碎石，继续施工。

⑥按由内而外，隔行跳打原则完成全部夯点的施工。

⑦整式挤淤置换宜采用一排施打方式，如图1所示，排夯击顺序必须由抛填体中心向两侧逐点夯击。采用50t夯机时，为避免形成扇形布点分二序施工；先夯击一侧，再夯击另一侧。采用loot夯机时，可一序施工。如两边孔夯击一遍有残夯淤泥，须进行第二遍

图1：整式挤淤置换的强夯顺序 (a)二序施工法；(b）一序施工法

⑧推平场地，用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。

⑨铺设垫层，并分层碾压密实。

2）施工注意事项

2）施工中的注意事项

①做好强夯地基的地质勘察，对不均匀土层适当增多钻孔和原位测试工作，掌握土质情况，作为制定强夯方案和对比夯前、夯后加固效果之用。必要时进行现场试验性强夯,确定强夯施工的各项参数。同时应查明强夯范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高，并采取必要的防护措施，以免因强夯施工而造成损坏。

②强夯前应平整场地，周围做好排水沟，沟网最大间距不宜超过15m,按夯点布置测量放线确定夯位。地下水位较高时，应在表面铺0.5〜2.0m中（粗）砂或砂砾石、碎石垫层，以防设备下陷和便于消散强夯产生的孔隙水压，或采取降低地下水位后再强夯。

③强夯应分段进行，顺序从边缘夯向中央（图2）。

图2：强夯顺序

对厂房柱基亦可一排一排夯，起重机直线行驶，从一边向另一边进行，每夯完一遍，用推土机整平场地，放线定位即可接着进行下一遍夯击。强夯法的加固顺序是：先深后浅，即先加固深层土，再加固中层土，最后加固表层土。最后1遍夯完后，再以低能量满夯2遍，如有条件以采用小夯锤夯击为佳。

④回填土应控制含水量在最优含水量范围内，如低于最优含水量，可钻孔灌水或洒水浸渗。

⑤夯击时应按试验和设计确定的强夯参数进行，落锤应保持平稳，夯位应准确，夯击坑内积水应及时排除。坑底上含水量过大时，可铺砂石后再进行夯击。在每一遍夯击之后，要用新土或周围的土将夯击坑填平，再进行下一遍夯击。强夯后，基坑应及时修整，浇筑混凝土垫层封闭。

⑥雨季填土区强夯，应在场地四周设排水沟、截洪沟，防止雨水流入场内；填土应使中间稍高；土料含水率应符合要求；认真分层回填，分层推平、碾压，并使表面保持1%〜2%的排水坡度；当班填土当班推平压实；雨后抓紧排除积水，推掉表面稀泥和软土,再碾压；夯后夯坑立即推平、压实，使高于四周。

⑦冬期施工应清除地表的冻土层再强夯，当最低温度在-15°C以上、冻深在800mm以内时，夯击次数要适当增加，如有硬壳层，要适当增加夯次或提高夯击功能；冬季点夯处理的地基，满夯应在解冻后进行，满夯能级应适当增加；强夯施工完成的地基在冬季来临时，应设覆盖层保护，覆盖层厚度不应低于当地标准冻深。

⑧做好施工过程中的监测和记录工作，包括检查夯锤重和落距，对夯点放线进行复核，检查夯坑位置，按要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量等，并对各项参数及施工情况进行详细记录，作为质量控制的根据。

⑨软土地区及地下水位埋深较浅地区可采用降水联合低能级强夯施工，施工前应先安设降排水系统，降水系统宜采用真空井点系统，在加固区以外3〜4m处宜设置外围封闭井点；夯击区降水设备的拆除应待地下水位降至设计水位并稳定不少于2d后进行；低能级强夯原则为少击多遍、先轻后重；每遍强夯间歇时间宜根据超孔隙水压力消散不低于80%所需时间确定。

⑩当强夯施工时所产生的振动，对邻近建筑物或设备产生有害影响时，应采取防振或隔振措施。

4.质量检验与验收

（1）施工期质量检验

施工期质量检验应包括以下内容：

1） 施工前应检查夯锤质量、尺寸，落距控制手段，排水设施及被夯地基的土质。

2） 在每一遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正。

3） 施工中应检查落距、夯击遍数、夯点位置、夯击范围和每击的夯沉量、最后两级的平均夯沉量和总夯沉量。对强夯置换尚应检查置换深度。

4） 检查施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其他有效措施。强夯置换施工中可采用超重型或重型圆锥动力触探检查置换墩着底情况。

5） 重锤夯实地基的施工质量检验应分层进行，应分层取样检验土的干密度和含水量，每50~100m2面积内应有一个检测点，对碎石土干密度不得低于2.0t/m

6）重锤夯实的质量验收，除符合试夯最后下沉量的规定要求外，同时还要求基坑（槽）表面的总下沉量不小于试夯总下沉量的90%为合格。如不合格应进行补夯，直至合格为止。

（2）竣工后质量验收

竣工后质量检验应包括以下内容：

1） 强夯处理后的地基竣工验收承载力检验，应在施工结束后间隔一定时间方能进行，对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取7~14d；粉土和黏性土地基可取14~28d。强夯置换地基间隔时间可取28d。

2） 强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。

3） 竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的载荷试验检验点不应少于3点；对于复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的1%,且不应少于3点。

（3）检验与验收标准

强夯、强夯置换法及重锤夯实地基质量标准如表1所示。

强夯、强夯置换法及重锤夯实地基质量检验标准表1