試述強夯法在液化地基加固中的設(shè)計與應(yīng)用

地基液化分析與處理一直是土動力學(xué)的主要研究課題之一。液化一詞最早見于1920年Hazen.A的《動力沖填壩》，用來說明卡拉弗拉斯沖填壩的毀壞。1936年casagrande首先給出了砂土液化的判別方法——臨界孔隙比法。上世紀(jì)50年代，各國學(xué)者對砂土液化進行了廣泛研究，主要包括:砂土液化的機理，砂土液化的預(yù)估方法，砂土液化的地基處理等。

所謂液化是指由于孔隙水壓增加及有效應(yīng)力降低而引起粒狀材料(砂土、粉土甚至包括礫石)由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)的過程。影響液化的因素有:①顆粒級配，包括粘粒、粉粒含量，平均粒徑d50，②透水性能;③相對密度;④結(jié)構(gòu);⑤飽和度;⑥動荷載，包括振幅、持時等。

我國《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(TJlI-78)根據(jù)1971年以前8次大地震的數(shù)據(jù)，參考美國、日本的有關(guān)研究成果給出了以臨界標(biāo)準(zhǔn)貫人擊數(shù)為指標(biāo)的砂土液化判別公式。現(xiàn)行規(guī)范《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GBJIl-89)通過對海城、唐山地震的系統(tǒng)研究，結(jié)合國外大量資料，對原規(guī)范進行了修改，采用了兩步評判原則，并對臨界標(biāo)貫擊數(shù)公式進行了修改，使之更符合實際。在國標(biāo)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-94)中，對此又進行了補充，給出了液化比貫入阻力臨界值和液化剪切波速臨界值公式，用來進行液化判別。在公路工程中，基本上沿用上述兩步評判原則，采用了臨界標(biāo)貫擊數(shù)判別方法，并根據(jù)公路工程中的研究成果，給出了臨界標(biāo)貫擊數(shù)的計算公式。這些規(guī)范在我國工程界得到了廣泛應(yīng)用。

一、強夯法在液化地基處理方案的確定

強夯法處理地基是20世紀(jì)60年代末Menard技術(shù)公司首先創(chuàng)立的，該方法將80-400kN重錘從落距6-40m處自由落下，給地基以沖擊和振動，從而提高地基土的強度并降低其壓縮性。強夯法常用來加固碎石、砂土、粘性土、雜填土、濕陷性黃土等各類地基土。由于其具有設(shè)備簡單、施工速度快、適用范圍廣、節(jié)約三材、經(jīng)濟可行、效果顯著等優(yōu)點，經(jīng)過20多年來的應(yīng)用與發(fā)展，強夯法處理地基受到各國工程界的重視，并得以迅速推廣，取得了較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

由于強夯處理的對象(即地基土)非常復(fù)雜，一般認(rèn)為不可能建立對各類地基土均適合的具有普遍意義的理論，但對地基處理中經(jīng)常遇到的幾種類型土，還是有規(guī)律可循的。實踐證明，用強夯法加固地基，一定要根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件和工程使用要求，正確選用強夯參數(shù)，一般通過試驗來確定以下強夯參數(shù):

(1)有效加固深度:有效加固深度既是選擇地基處理方法的重要依據(jù)，又反映了處理效果。

(2)單擊夯擊能:單擊夯擊能等于錘重×落距。

(3)最佳夯擊能:從理論上講，在最佳夯擊能作用下，地基土中出現(xiàn)的孔隙水壓力達到土的自重壓力，這樣的夯擊能稱最佳夯擊能。因此可根據(jù)孔隙水壓力的疊加值來確定最佳夯擊能。

(4)夯擊遍數(shù):夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，地基土滲透系數(shù)低，含水量高，需分3-4遍夯擊，反之可分兩遍夯擊，最后再以低能量“搭夯”一遍，其目的是將松動的表層土夯實。

(5)間歇時間:所謂間歇時間，是指相鄰夯擊兩遍之間的時間間隔。

(6)夯點布置和夯點間距:為了使夯后地基比較均勻，對于較大面積的強夯處理，夯擊點一般可按等邊三角形或正方形布置夯擊點，這樣布置比較規(guī)整，也便于強夯施工。由于基礎(chǔ)的應(yīng)力擴散作用，強夯處理范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)范圍，其具體放大范圍，可根據(jù)構(gòu)筑物類型和重要性等因素考慮確定。

二、強夯法設(shè)計要點

(1)強夯技術(shù)參數(shù)的確定。強夯法雖然已在工程中得到廣泛的應(yīng)用，但至今尚無一套非常成熟的設(shè)計計算方法，一般應(yīng)參照國內(nèi)強夯法加固地基的成功經(jīng)驗，初步確定各類地基的強夯參數(shù)，在強夯施工前，選擇代表性路段(夯區(qū))進行試夯，以確定合理的強夯參數(shù)與施工工藝。強夯法的主要設(shè)計參數(shù)包括:錘重、落距、墊層材料與厚度，有效加固深度、夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、間隔時間、夯擊點布置和處理范圍等。

(2)施工質(zhì)量控制。強夯地基的質(zhì)量檢驗，包括施工過程中的質(zhì)量監(jiān)測和夯后地基的質(zhì)量檢驗，其施工過程檢驗指標(biāo)分別為施工控制夯沉量和有效處理深度。強夯施工結(jié)束后，間隔2周對地基加固質(zhì)量進行檢驗，檢驗頻率為每100m一個斷面，每斷面檢驗3點，其中路中一點、左右邊坡坡腳各一點，檢驗方法可選用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、靜力觸探試驗、動力觸探試驗及現(xiàn)場荷載試驗等方法并結(jié)合室內(nèi)土工試驗。檢測深度不小于設(shè)計處理深度。

三、強夯法處理液化地基的質(zhì)量控制與管理

1、施工單位選擇

對參與施工的強夯施工單位，各施工標(biāo)段中標(biāo)單位要先審查其施工資質(zhì)、信譽和業(yè)績，并附有前業(yè)主對該單位的書面評價報告，任何單位不得將強夯分包給個人施工。

2、施工準(zhǔn)備

編寫施工組織設(shè)計，經(jīng)駐地監(jiān)理組審查，監(jiān)理組提出書面審查意見，報總監(jiān)代表審批同意方可施工。

3、施工管理

(1)施工單位要按設(shè)計圖要求編制夯點編號圖，編號圖要清晰、規(guī)范、科學(xué)。

(2)施工單位必須制定嚴(yán)格的安全管理措施，現(xiàn)場操作人員必須戴安全帽，并對施工機械定期作安全檢查。在強夯區(qū)四周要設(shè)置醒目的危險警告標(biāo)志和安全管理措施，不允許行人和非施工車輛進入強夯區(qū)，以確保操作員、過往行人和車輛的安全。

(3)施工單位要對強夯機械進行編號，每臺強夯機械必須持有監(jiān)理組發(fā)放的《施工許可證》方可進行強夯施工。

(4)施工單位除在強夯機械上掛《施工許可證》外，還必須掛有《機械操作主要人員》和《施工技術(shù)參數(shù)》兩塊醒目的牌子，進行機械操作的主要人員必須掛牌上崗。

(5)施工單位要制定施工要點供現(xiàn)場人員執(zhí)行。

(6)鋪設(shè)墊層前要對原地面進行清表并整平，且要按每20米一個斷面，每個斷面5個規(guī)定測點，測量清表后標(biāo)高。

(7)用水準(zhǔn)儀測量墊層鋪設(shè)前、后的對應(yīng)測點標(biāo)高，初步確定墊層厚度，每20米一個斷面，每個斷面5個規(guī)定測點，再按每斷面挖1處探坑，進一步確定墊層厚度(控坑必須在測點位置上)。

(8)墊層寬度按每20米一處用鋼尺丈量。

(9)按設(shè)計要求進行夯點布置，夯點定位布置用鋼尺按100%的頻率丈量。

強夯法具有設(shè)備簡單，施工便捷，適應(yīng)范圍廣，節(jié)省材料，降低投資，工期短等優(yōu)點。通過這幾年的國內(nèi)工程施工經(jīng)驗和成果來看，充分證明強夯法用于處理砂土液化地基可以取得良好的處理效果。