強夯法處理濕陷性黃土含密植樹根壩基施工技術(shù)

謝建武

（1、太原理工大學水利科學與工程學院 山西太原 0300242、山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 強夯法處理壩基的試驗情況

耿莊水庫是山西省萬家寨引黃工程北干線向朔州市供水線路末端的調(diào)節(jié)水庫，位于朔州市，屬半挖半填平原圍封水庫，大壩為碾壓均質(zhì)土壩。因壩基土具有濕陷性，而強夯法因其具有適應范圍廣、施工機具簡單、節(jié)省材料、造價低廉等一系列優(yōu)點，壩基設計采用強夯法處理。強夯范圍面積為198894m2。強夯的設計單擊能不小于3000 kN·m。

根據(jù)以往經(jīng)驗并結(jié)合有關專家的建議，認為根據(jù)該工程地質(zhì)條件及設計要求的處理指標，強夯采用3000 kN.m至4000 kN.m范圍的能級處理應該能滿足要求。本著在滿足設計處理技術(shù)要求的前提下既經(jīng)濟又快速的施工原則，決定采用3000 kN.m和4000 kN.m兩種能級在現(xiàn)場進行生產(chǎn)性試夯。但試驗結(jié)果顯示以上兩種能級均不能滿足設計要求，且在試夯中出現(xiàn)一些明顯的不合理現(xiàn)象。若再換用更高能級、擠密樁、換填土等其他方法進行處理，從經(jīng)濟上考慮明顯不合理。后經(jīng)工程技術(shù)人員認真探索研究，認為試夯過程中出現(xiàn)的幾點較為突出的不合理現(xiàn)象是土體中夾雜的大量樹根造成的。據(jù)此，將試夯方案進行調(diào)整，首先清除處理深度范圍內(nèi)的樹根，然后再進行試夯，試驗結(jié)果顯示4000 kN.m能較好地滿足設計要求的技術(shù)指標。

根據(jù)濕陷性黃土中夾雜大量樹根的工程實際地基情況，結(jié)合傳統(tǒng)強夯施工工藝優(yōu)點，研究總結(jié)形成了強夯法處理濕陷性黃土含密植樹根壩基施工工法。該工法在實踐中得到了監(jiān)理單位和建設單位的一致好評，山西省勞動競賽委員在引黃入晉北干線勞動競賽活動中授予山西省水利建筑工程局“山西省五一勞動獎狀”。

2 強夯處理壩基面臨的難題

根據(jù)耿莊水庫壩基強夯采用3000 kN.m和4000 kN.m兩種能級進行生產(chǎn)性試夯結(jié)果均不能滿足設計處理要求，且在試夯過程中還發(fā)現(xiàn)有幾點較為突出的不合理現(xiàn)象（一是夯點四周雖隆起超過標準（≥30 cm），但下沉量仍控制不住；二是最后兩級平均下沉量不易滿足小于等于50 mm的技術(shù)要求；三是夯錘傾斜頻繁，夯坑底面傾角大于30°）的實際情況，如何避免換用更高能級、換填土、擠密樁等其他方法進行處理，是強夯時面臨的現(xiàn)實問題。

3 施工工藝研究與改進

經(jīng)工程技術(shù)人員認真探索研究，認為采用3000 kN.m和4000 kN.m兩種能級不滿足設計要求且在試夯過程中出現(xiàn)的幾點較為突出的不合理現(xiàn)象是由于土體中夾雜的大量樹根造成的。最后將生產(chǎn)性試夯方案進行局部調(diào)整，主要是先清除處理深度范圍內(nèi)的樹根，然后再按程序進行試夯，試驗結(jié)果顯示4000 kN.m能較好地滿足技術(shù)指標。

3.1 施工工藝特點

對傳統(tǒng)的強夯法處理濕陷性黃土施工工藝進行地基適應性改進。在地基土含有大量密植樹根時，可不采用提高強夯能級、基礎換填、擠密樁等造價較高或工期較長的其他工程處理措施，有效利用強夯法的優(yōu)點，對地基土進行加固處理，達到經(jīng)濟、快速的施工目的。

3.2 施工工藝原理

強夯法對濕陷性黃土加固原理是利用提高的重錘下落對地基土施加很大的沖擊能，該沖擊能在地基土中所形成的沖擊波和動應力，使土體中的氣體排出，土體顆粒結(jié)構(gòu)改變，并在土層表面形成一層較為均勻的硬層，使土體的承載力大大提高，可消除濕陷性黃土的濕陷性并有效提高地基土的強度、降低土的壓縮性等。若土體中含有大量密布樹根，就形成了天然的“彈簧狀”防護體系，其對強夯的沖擊能有顯著的消弱作用。在強夯前對土體中的樹根進行有效清除，就可避免樹根對沖擊能的消弱，從而使作用在土體中的沖擊波和動應力能有效發(fā)揮作用。

3.3 工藝操作要點

本工序主要有清除樹根、測量放線、點夯、副夯及滿夯等，各工序的操作要點如下：

3.3.1 清除樹根

清理并平整施工場地，根據(jù)設計要求的清理厚度，將場地表面耕土及雜物等全部清除。表土清除后，由人工將場地表面的樹根撿拾干凈。

表土清除后，由人工配合挖機在場地內(nèi)按10 m2左右面積修筑畦塊，然后浸水。其一是為了容易清理深埋的樹根，其二是使待夯土的含水量適合。

待畦塊的水充分滲透后，用農(nóng)用旋耕犁對土壤進行深翻，同時在旋耕犁后面由人工手持鐮刀對翻露出的樹根進行撿拾。在點夯過程中，安排人工及時對夯坑內(nèi)裸露的樹根進行清除。

3.3.2 測量放線、定位

依據(jù)施工控制網(wǎng)放出強夯區(qū)框線，繪制強夯區(qū)域平面布點圖，用灰線撒出強夯范圍，然后標出夯點的準確位置。

3.3.3 點夯

點夯包括主夯和副夯，具體順序為：（1）起重機就位，使夯錘對準夯點位置；（2）測量夯前錘頂高程；（3）將夯錘吊起到預定高度，待夯錘脫鉤自由下落后，測量錘頂高度；（4）重復步驟（3），按設計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準完成一個夯點的夯擊；（5）重復（1）～（4），完成主夯全部夯點的夯擊。

3.3.4 滿夯

滿夯對表層松土加固非常重要，一定要保證錘錘搭接，不允許有漏夯。平整后測出夯后場地平均高程，做好記錄。

4 效果分析

面對耿莊水庫試夯時出現(xiàn)的問題，參建各方有關人員隨即進行積極討論，普遍認為有其他三種處理方案可供選用。一是繼續(xù)換用更高能級進行試夯；二是換填土處理；三是采用擠密樁進行處理。從費用和工期方面考慮，以上三種方案皆有不合理之處，簡單分析如下：

4.1 換用高能級強夯

換用高能級進行處理從經(jīng)濟上考慮明顯不合理。以4000 kN.m和5000 kN.m為例比較說明，5000 kN.m能級每平方米綜合單價比4000 kN.m多20元左右，按20萬m2考慮，總造價提高約400萬元。

4.2 換填土

按要求的處理深度6m考慮，需挖填土方各120萬m3，按當時的綜合單價計算，每立方米需11元，總造價約需1300萬元，比用強夯處理多500萬元，且工期要比強夯長3個月。

4.3 擠密樁

按素土擠密樁考慮，換算成每平方米造價約70元，比強夯4000 kN.m多30元左右，按20萬m2考慮，總造價提高約600萬元。

在討論過程中，現(xiàn)場有關技術(shù)人員經(jīng)過認真調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)在試夯時夯坑內(nèi)有大量樹根，認為試夯不合格的原因很可能是由深埋的大量樹根引起的。據(jù)此，將試夯方案進行調(diào)整，首先清除處理深度范圍內(nèi)的樹根，然后再進行試夯，試驗結(jié)果顯示4000 kN.m能較好地滿足技術(shù)指標。施工技術(shù)人員根據(jù)濕陷性黃土中夾雜大量樹根的工程實際地基情況，結(jié)合傳統(tǒng)強夯施工工藝優(yōu)點，研究總結(jié)形成了強夯法處理濕陷性黃土含密植樹根壩基施工工法。該工法在實踐中取得了很好的經(jīng)濟及社會效果，避免了壩基處理變更為其他費用或工期都不理想的施工方法，得到了參建單位的一致好評。