強(qiáng)夯法在南水北調(diào)濕陷性黃土路基處理中的應(yīng)用

□姬永立 □袁 波（河南省水利第一工程局）

0 前言

強(qiáng)夯法即強(qiáng)力夯實(shí)法，是利用大型履帶式起重機(jī)將8～40t的重錘從6～40m高度自由落下，對(duì)土進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)。強(qiáng)夯法施工具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單，適用土質(zhì)范圍廣，加固效果顯著，可取得較高的承載力，一般地基強(qiáng)度可提高2～5倍；壓縮性可降低2～10倍，加固影響深度可達(dá)6～10m；工效高、施工速度快，較換土回填和樁基可縮短工期一半；節(jié)省加固原材料，施工費(fèi)用低，節(jié)省投資。

強(qiáng)夯法不僅能提高地基土的強(qiáng)度，降低其壓縮性，還能改善抗振動(dòng)液化的能力和消除土的濕陷性，因此它不僅適用于處理碎石土、砂土、粉土、黏性土、雜填土和素填土地基，還常用于處理可液化砂土地基和濕陷性黃土地基。

1 工程簡(jiǎn)介

南水北調(diào)中線一期總干渠沙河南-黃河南滎陽段是總干渠沙河南至黃河南段的一個(gè)設(shè)計(jì)單元，位于河南省滎陽市境內(nèi)，起點(diǎn)在鄭州市董崗村西北；終點(diǎn)在滎陽市王村鄉(xiāng)王村變電站南（即穿黃工程進(jìn)口A點(diǎn)），滎陽段線路總長(zhǎng)約23.97km，設(shè)計(jì)流量265m3/s，加大流量320m3/s。

南水北調(diào)中線一期總干渠滎陽段渠線上分布有崗地、河谷，是由淮河和黃河沖積的平原，整體的地勢(shì)為南高北低、西高東低。沿線地表至渠底下5m范圍內(nèi)地層主要由黃土狀粉質(zhì)壤土及重粉質(zhì)壤土構(gòu)成。結(jié)構(gòu)類型有黃土狀土均一結(jié)構(gòu)、粘性土均一結(jié)構(gòu)和上粘性土為主、下軟弱巖結(jié)構(gòu)三種，并以黃土狀土均一結(jié)構(gòu)為主。黃土狀土沿渠線分布廣泛而連續(xù)。沿線黃土狀土濕陷性在空間分布上的隨機(jī)性較大，無論水平方向還是垂直方向都具有不均勻性。本渠段黃土狀土多屬非自重濕陷性黃土，個(gè)別地點(diǎn)具自重濕陷性，場(chǎng)地濕陷類型為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)多為I級(jí)（輕微）。全新統(tǒng)沖積成因（alQ4）的黃土狀土多為中等濕陷性，濕陷深度一般2～4m；上更新統(tǒng)沖洪積成因（alplQ3）的黃土狀土多為輕微～中等濕陷性，局部具強(qiáng)濕陷性，濕陷深度一般3～8m，局部可達(dá)10m。

黃土狀土在自然的狀態(tài)下強(qiáng)度相對(duì)來說比較高，抗沖刷能力不高，由于黃土狀具有濕陷性，在遇到水后會(huì)出現(xiàn)濕陷變形的情況，強(qiáng)度會(huì)顯著降低，會(huì)對(duì)地基土的強(qiáng)度和渠道邊坡的穩(wěn)定性造成比較大的影響。

2 強(qiáng)夯法在南水北調(diào)工程施工中的應(yīng)用

根據(jù)南水北調(diào)中線一期總干渠沙河南～黃河南滎陽段工程設(shè)計(jì)文件要求，強(qiáng)夯基礎(chǔ)處理范圍主要為地層具有濕陷性黃土的渠段和建筑物地基基礎(chǔ)，處理深度為8m，要求消除地基的全部濕陷量，設(shè)計(jì)荷載為200kPa。強(qiáng)夯采用跳夯，一遍二序夯擊方式，單擊夯擊能3000kN.m，夯擊點(diǎn)為正方形布置，Ⅰ序夯擊點(diǎn)間距為7m，Ⅱ序夯擊點(diǎn)位于Ⅰ序夯擊點(diǎn)位之間，點(diǎn)夯后整平夯坑，再以低能量滿夯兩遍。滿夯采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)范圍，每邊超出基礎(chǔ)外緣寬度為設(shè)計(jì)處理深度的1/2至1/3，并不得少于3m。

3 強(qiáng)夯法施工工藝

強(qiáng)夯施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→場(chǎng)地平整→夯機(jī)就位→夯擊施工→場(chǎng)地平整→工程驗(yàn)收，見圖1。

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 場(chǎng)地平整

強(qiáng)夯施工前，先用推土機(jī)將施工區(qū)域表層腐質(zhì)土（≥30cm厚）推至施工區(qū)之外攏成堆，使用挖掘機(jī)和10t自卸車裝運(yùn)至監(jiān)理指定的地點(diǎn)或就進(jìn)棄渣場(chǎng)，然后再將施工區(qū)整平，場(chǎng)內(nèi)表面平整度不超過10cm。清除場(chǎng)地內(nèi)障礙物，并標(biāo)記處理場(chǎng)地范圍內(nèi)地下構(gòu)造物及管線等。

圖1 強(qiáng)夯施工程序圖

3.1.2 影響措施

強(qiáng)夯施工中，采取隔震、防震措施，消除強(qiáng)夯對(duì)鄰近建筑物的有害影響。強(qiáng)夯施工時(shí)避開鄰近居民的休息時(shí)間，以免震動(dòng)和噪聲對(duì)周邊群眾的生活造成影響。

強(qiáng)夯施工在基坑基本無水的情況下進(jìn)行，對(duì)進(jìn)入強(qiáng)夯施工范圍的雨水、溶蝕系統(tǒng)滲水，采取引排或抽排措施排除。

3.1.3 施工設(shè)備進(jìn)場(chǎng)

強(qiáng)夯施工機(jī)械宜采用帶有自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)或其他專用設(shè)備，采用履帶式起重機(jī)時(shí)，在臂桿端部設(shè)置輔助門架或采取其他措施，防止落錘時(shí)機(jī)架傾覆。夯錘其底面形式宜采用圓形或多邊形，錘底面積宜按土的性質(zhì)確定，錘底靜接地壓力值可取25～40kPa。錘的底面宜對(duì)稱設(shè)置若干個(gè)與其頂面貫通的排氣孔，孔徑可取250～300mm。強(qiáng)夯置換錘底靜接地壓力值可取 100～200kPa。

3.2 夯擊試驗(yàn)

強(qiáng)夯試驗(yàn)以前，按照要求編制強(qiáng)夯試驗(yàn)大綱報(bào)監(jiān)理單位審批。按監(jiān)理單位指示在施工現(xiàn)場(chǎng)有代表性的場(chǎng)地上選取一個(gè)或多個(gè)試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行試夯或試驗(yàn)性施工，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)夯點(diǎn)數(shù)目、布置形式、落距、夯擊遍數(shù)等應(yīng)經(jīng)監(jiān)理人批準(zhǔn)。

強(qiáng)夯試驗(yàn)前應(yīng)按要求進(jìn)行清基，并對(duì)細(xì)砂層分層取原狀樣進(jìn)行顆粒分析和干密度檢測(cè)，如：各層原狀土的含水量、干容重、濕陷性、壓縮性、剪切性試驗(yàn)指標(biāo)，同時(shí)也可以繪制出土層深度與含水量、干密度的曲線圖。原狀土取樣設(shè)在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，取樣深度距地面8m。

強(qiáng)夯后的檢測(cè)項(xiàng)目為承載力，可采用原位靜載荷試驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn)。在強(qiáng)夯完成之后的1周后進(jìn)行，不易在強(qiáng)夯結(jié)束后立即進(jìn)行檢驗(yàn)，否則，測(cè)得的強(qiáng)度偏低，不能反映實(shí)際效果。強(qiáng)夯試驗(yàn)后在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)挖一組探坑，取樣，得出和試驗(yàn)前對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，繪出相應(yīng)曲線，然后與夯前地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出最佳強(qiáng)夯試驗(yàn)參數(shù)，出具正式試驗(yàn)報(bào)告，上報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后作為強(qiáng)夯施工的控制參數(shù)。強(qiáng)夯試驗(yàn)參數(shù)可先按單擊夯擊能＜2000kN·m進(jìn)行。

3.3 強(qiáng)夯施工工藝

強(qiáng)夯在施工前，夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)應(yīng)按照現(xiàn)場(chǎng)試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，夯擊遍數(shù)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，對(duì)于滲透性較差的細(xì)顆粒土必要時(shí)夯擊遍數(shù)可適當(dāng)增加，最后再以低能量滿夯2遍，滿夯采用輕錘或低落距錘多次夯接，錘印搭接。

施工前，在強(qiáng)夯夯點(diǎn)布置、夯擊方式在強(qiáng)夯實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按監(jiān)理的指示進(jìn)行。平整后的場(chǎng)地表面進(jìn)行強(qiáng)夯前的控制樁、高程測(cè)量，作為進(jìn)行強(qiáng)夯處理的基礎(chǔ)資料，強(qiáng)夯區(qū)夯點(diǎn)的布置按圖紙要求的參數(shù)由測(cè)量組先繪出夯點(diǎn)布置圖，然后按夯點(diǎn)布置圖所示在強(qiáng)夯區(qū)準(zhǔn)確的用白灰撒出每個(gè)夯心點(diǎn)。強(qiáng)夯施工時(shí)，夯機(jī)所處位置地面要求平整，避免在坡面上施工。起錘之前，夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)，避免夯錘落下時(shí)，偏離夯點(diǎn)不完全在夯點(diǎn)上。

強(qiáng)夯施工可按下列步驟進(jìn)行：

①在整平后的場(chǎng)地上標(biāo)出第一遍夯擊點(diǎn)的位置，并測(cè)量場(chǎng)地高程；②起重機(jī)就位，使夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置；③測(cè)量夯前錘頂高程；④將夯錘起吊到預(yù)定高度，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測(cè)量錘頂高程，若發(fā)生坑底傾斜而造成夯錘歪斜時(shí)，應(yīng)及時(shí)將坑底整平；⑤重復(fù)上述步驟4，按設(shè)計(jì)規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)，完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊；⑥換夯點(diǎn)，重復(fù)上述步驟2～5，直到完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯實(shí)；⑦用推土機(jī)將夯坑填平，并測(cè)量場(chǎng)地高程；⑧在規(guī)定的間隔時(shí)間后，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量（最后一遍夯錘落距可降低至4～6m，夯擊3次）滿夯，將場(chǎng)地表層松土夯實(shí)，并測(cè)量夯后場(chǎng)地高程。

強(qiáng)夯法的加固順序是先深后淺，即先加固深層土，再加固中層土，最后加固表層土。在最后一遍點(diǎn)夯夯擊完成后，用推土機(jī)將夯坑填平。

當(dāng)夯錘落下出現(xiàn)錘在夯坑中傾斜現(xiàn)象時(shí)，停止夯擊，提起夯錘放置在一邊，組織工人用鐵鍬等工具進(jìn)行夯坑底部整平工作，夯坑底部整平后再進(jìn)行夯擊。

3.4 特殊地貌的施工控制

整個(gè)夯區(qū)地形地貌復(fù)雜，按圖紙所示位置，有些夯點(diǎn)正好布在高邊坡邊緣，在坡邊打夯可能導(dǎo)致塌坡、塌孔，達(dá)不到夯擊效果，在這種情況下，把邊坡坡壁垂直削平，坡頂邊緣的夯點(diǎn)放樣在坡底進(jìn)行夯擊。

如遇夯點(diǎn)在路坡上，路坡做整平處理，再放樣夯擊。夯點(diǎn)如在高填方地段，高填方段須降低高度，后使用推土機(jī)整體推碾整平。

強(qiáng)夯施工后，將場(chǎng)地表層松土夯實(shí)，并測(cè)量夯后場(chǎng)地高程。

4 工程質(zhì)量檢測(cè)

施工開始前，會(huì)同監(jiān)理人復(fù)核現(xiàn)場(chǎng)放樣成果，經(jīng)監(jiān)理人簽認(rèn)后，方可開始進(jìn)行強(qiáng)夯施工。

強(qiáng)夯前對(duì)基礎(chǔ)面進(jìn)行高程測(cè)量，在夯擊時(shí)對(duì)最后兩擊夯沉量和最終夯沉量進(jìn)行測(cè)量和記錄，強(qiáng)夯最后兩擊相對(duì)夯沉量≤5cm。對(duì)不符合質(zhì)量要求應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)夯或采取其他措施。

強(qiáng)夯施工過程中，承包人會(huì)同監(jiān)理人按試驗(yàn)選定的施工參數(shù)，定時(shí)進(jìn)行下列項(xiàng)目的檢查：強(qiáng)夯點(diǎn)位偏移值；夯擊次數(shù)、夯錘落距；每個(gè)夯點(diǎn)的最后兩擊夯沉量；夯錘傾斜度。

強(qiáng)夯施工后承載力檢驗(yàn)采用原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)，夯后承載能力需達(dá)到設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)夯土的承載力檢測(cè)，在地基強(qiáng)夯結(jié)束30d左右，采用靜載荷試驗(yàn)測(cè)定。

強(qiáng)夯質(zhì)量檢查、取樣地點(diǎn)按監(jiān)理工程師指示進(jìn)行。在強(qiáng)夯施工中或施工結(jié)束后，隔7-10d，在每500～1000m2面積內(nèi)的各夯點(diǎn)之間任選一處，自夯擊終止時(shí)的夯面起至其下6～12m深度內(nèi)，每隔1m取1個(gè)土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定土的干密度、壓縮系數(shù)和濕陷系數(shù)。

5 結(jié)論

強(qiáng)夯法與擠密樁法在處理南水北調(diào)中線一期總干渠濕陷性黃土路基處理中廣泛應(yīng)用，但強(qiáng)夯法較其他路基處理方法有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，尤其適于土質(zhì)結(jié)構(gòu)不均勻、土質(zhì)情況差異的地基，更安全可靠,更重要的是強(qiáng)夯法是處理濕陷性黃土地基是最經(jīng)濟(jì)、最有效、速度快的一種方法。