強夯置換法施工控制效果分析與應(yīng)用

摘要：福建華電儲運有限公司羅源灣港區(qū)可門作業(yè)區(qū)碼頭擴能工程后方堆場地基處理，施工區(qū)域內(nèi)普遍有高含水量的淤泥層以及夾雜塊石層，故采用強夯置換法進行斗輪機地基加固處理，本文詳細(xì)介紹強夯置換法的施工原理和施工控制效果分析與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：強夯置換;地基加固;施工原理;效果分析

1、強夯置換法原理

強夯置換是用于加固飽和軟粘土地基的方法，適用于高飽和度的粉土與軟～塑流塑的粘性土等地基上工程。它是利用重錘高落差產(chǎn)生的高沖擊能將碎石、片石、礦渣等性能較好的材料強力擠入地基中，在地基中形成一個一個的粒料墩，墩與墩間土形成復(fù)合地基，以提高地基承載力，減小沉降。

2、工程概況

2.1工程地質(zhì)情況

福建華電儲運有限公司羅源灣港區(qū)可門作業(yè)區(qū)碼頭擴能工程，地質(zhì)主要成分為棱角狀毛石，粒徑一般在20～60cm，個別達300cm，毛石巖性以中～微風(fēng)化花崗巖為主，少量為凝灰熔巖，層厚4.80～22.90m。填土下的淤泥層厚度層厚4.40～23.80m，層頂高程-18.45～2.78m。地質(zhì)鉆孔CK4地面標(biāo)高+3.0m，覆蓋棱角狀毛石厚6.02m，淤泥層厚度層厚20.94m，層頂高程-3.02m，層底高程-17.92m。淤泥層以下為坡積砂質(zhì)粘性土。

2.2斗輪機基礎(chǔ)石料落底不足情況分析

斗輪機基礎(chǔ)采用拋石擠淤的施工工藝，由+11m平臺進行拋石，石料落底要求為-5m，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)鉆探檢測結(jié)果，斗輪機基礎(chǔ)北側(cè)區(qū)域130m的石料落底未達到設(shè)計標(biāo)高情況進行分析：（1）拋石擠淤區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，且北側(cè)有前期棄淤泥時修筑的臨時便道（石料），致使北側(cè)淤泥通道堵塞;（2）斗輪機基礎(chǔ)檢測落底最淺處均為設(shè)計的泥石交界以西位置，（按設(shè)計文件），此區(qū)域不屬于拋石擠淤區(qū)，故石料落底不足-5m深度。

3、斗輪機基礎(chǔ)強夯置換處理施工

本文詳細(xì)介紹了8000kn.m強夯置換處理方案配合挖孔排淤的施工過程，施工結(jié)束后進行了鉆探檢測，對鉆探結(jié)果及施工情況進行了分析，總結(jié)出了強夯置換的影響深度和強夯施工的控制要點，為今后的類似工程提供了參考依據(jù)。

3.1方案選取

根據(jù)鉆探檢測結(jié)果，針對斗輪機基礎(chǔ)北側(cè)區(qū)域130m石料落底未達到設(shè)計標(biāo)高，在斗輪機基礎(chǔ)兩側(cè)已經(jīng)形成堆場，且201堆場已經(jīng)在使用，如開挖換填，將破壞已形成的堆場，如直接進行強夯置換，周邊無淤泥通道，影響強夯置換的效果。

考慮以上問題，為保證已形成堆場的結(jié)構(gòu)安全和強夯置換的效果，經(jīng)四方專題會議決定采用8000kn.m強夯置換處理方案配合挖孔排淤（注：強夯置換錘不同于一般的夯錘，其形狀為細(xì)長異性錘，單位面積夯擊能特別大，主要參數(shù)為：直徑：1.5M左右，高度：3.5M左右，錘重：約40T。）擬在現(xiàn)場塊石未落底到設(shè)計標(biāo)高的區(qū)域，選取塊石落底較淺處的位置，挖除塊石至淤泥外露，形成排淤孔，同時將斗輪機基礎(chǔ)面層石料挖除至+3.0m標(biāo)高，減小石料覆蓋層厚度，以提高強夯置換的置換深度，設(shè)法使塊石落底到設(shè)計標(biāo)高。強夯擠出的淤泥通過排淤孔排出，并由挖機和自卸車配合清運走。

3.2強夯置換施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測量放樣→挖出填石面層至+3.0m→布置夯點→開挖排淤口→強夯置換施工→挖除淤泥→鉆探檢測。

3.3強夯置換施工過程控制

（1）處理區(qū)域的劃分。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況和斗輪機基礎(chǔ)檢測報告，將斗輪機基礎(chǔ)強夯處理段劃分為A、B、C、D、E、F、G共7個區(qū)域，把A區(qū)作為典型試夯區(qū)進行典型試夯施工，目的是通過試夯，確定強夯最佳施工參數(shù)（強夯的間歇時間，點夯最小擊數(shù)，最后兩擊平均夯沉量，總夯沉量等），并根據(jù)試夯的結(jié)果確定施工方案，再用于后面幾個區(qū)域的處理。

（2）測量放線：用全站儀對斗輪機北側(cè)130m處區(qū)域進行放樣，待開挖完成后再放出每個區(qū)域的邊界樣和開挖淤泥口，設(shè)立標(biāo)志標(biāo)示出落底較淺處的施工邊線。

（3）挖除面層回填開山石：依據(jù)北側(cè)130m區(qū)域放線點，將斗輪機北側(cè)130m的石料開挖至+3m，開挖坡度為1：1，考慮強夯時對兩側(cè)的影響造成滑坡，斗輪機+3m標(biāo)高的寬度為20m。開挖的塊石堆放斗輪機南側(cè)，以便強夯置換使用。

（4）排淤口開挖：根據(jù)測量放線的排淤口位置，用挖掘機開挖至-1m，開挖時遇到淤泥隆起，立即停止開挖，強夯置換施工時，排淤口不出泥，其它區(qū)域的隆起，將隆起處做為強夯置換的排淤口。

（5）夯點布置：仍按照設(shè)計要求不變：每遍點夯間距為5×5m，采用正方形加插銷的布置型式，夯點間距示意圖如下。

圖1""夯點正方形加插銷的布置圖

（6）點夯施工：點夯施工流程：清理并平整施工場地→標(biāo)出夯點位置，并測量場地高程→起重機就位、夯錘對準(zhǔn)夯點位置→測量夯前錘頂標(biāo)高→將夯錘吊到預(yù)定高度脫鉤自由下落進行夯擊，測量錘頂標(biāo)高→夯擊并逐擊記錄夯坑深度（當(dāng)夯坑過深而發(fā)生起錘困難時停夯，向坑內(nèi)填料直至與坑頂平，記錄填料數(shù)量）→重復(fù)以上工序，完成第一遍全部夯點的夯擊→用挖掘機將夯坑填平，測量場地標(biāo)高→在規(guī)定的間隔后，按上述程序完成第二遍夯擊。

設(shè)備要求及夯能控制：要求采用70～100噸履帶吊機，配吊臂支撐桁架。夯前通過實測夯錘吊高，固定脫鉤裝置的拉拽鋼絲繩，使夯錘吊到規(guī)定高度時自動脫鉤下落。

沉降監(jiān)測、夯擊次數(shù)控制與記錄：點夯過程中，用水準(zhǔn)儀測量每擊的沉降量，累計夯沉量，計算回填石料的數(shù)量是否滿足理論要求，用雙指標(biāo)（理論回填石料和最后兩擊夯沉量）來判斷是否收錘。

（7）挖除強夯置換的淤泥。強夯時，在排淤孔旁邊配置一臺挖掘機，將點夯過程中排淤口的拱起淤泥進行開挖，裝上自卸汽車運輸至工程場地外棄方。

3.4強夯置換施工質(zhì)量控制要點

（1）嚴(yán)格控制夯點測放位置，允許偏差為±5cm;

（2）嚴(yán)格控制夯錘就位，允許偏差為±15cm;

（3）嚴(yán)格控制場地整平高差≤±15cm;

（4）嚴(yán)格控制夯坑回填石料（粒徑不宜大于夯錘底面積直徑的0.2倍，含泥量不宜大于10%，粒徑大于300mm的顆粒含量不宜超過全重的30%。有適當(dāng)?shù)募壟?，不得采用風(fēng)化石）;

（5）嚴(yán)格控制夯擊能，強夯前需要校核落距;

（6）下雨天不宜進行強夯，采取抽排水等措施將夯坑內(nèi)或場地積水及時排除，地下水位較高影響施工時，采取井點降水等措施降低地下水位;

（7）夯錘起吊不平時，應(yīng)采取措施糾正，當(dāng)坑底傾斜度≥30°時，整平再夯;

（8）根據(jù)各夯點的石料層厚度，采用水準(zhǔn)儀控制各夯點的置換至深度，并根據(jù)土石方平衡法進行計算，按照各區(qū)域的面積和石料層平均厚度，計算各區(qū)域置換的石料量，依據(jù)計算的石料量來控制是否收錘。

4、8000強夯置換施工情況匯總

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4.1強夯置換施工過程中統(tǒng)計的各項參數(shù)見下表。

表1：強夯置換施工過程中統(tǒng)計的各項參數(shù)表

通過統(tǒng)計表中各項參數(shù)的分析，單孔平均夯沉量滿足方案要求，實際填入石料大于方案要求的數(shù)量，強夯置換施工方案基本落實到位。

4.2強夯置換施工結(jié)束后鉆探檢測結(jié)果

（1）鉆探檢測點位平面布置圖

圖2

表2：檢測孔位石料落底深度統(tǒng)計見下表

5.強夯置換效果分析

（1）通過本次強夯置換，將落底深度均處理至-5.0m的標(biāo)高，基礎(chǔ)石料落底的加固效果明顯。

（2）強夯置換影響深度為8m（工作面標(biāo)高+3.0，平均石料落底標(biāo)高-5.0m），落底深度均在-5.0m的范圍，滿足設(shè)計承載力要求。

（3）本次強夯置換施工效果達到標(biāo)準(zhǔn)的原因是施工過程中重視試夯參數(shù)情況，對后續(xù)作業(yè)區(qū)起到重要作用，施工中做到控制回填石料質(zhì)量與夯沉量數(shù)據(jù)監(jiān)控，同時合理布置排淤口及夯點布置，從而使本次石料落底達標(biāo)。

（4）對于軟土地質(zhì)（淤泥層）情況復(fù)雜的工程，選用8000kn.m的大夯能進行強夯置換配合開挖排淤口進行地質(zhì)加固處理也是比較少見，并且收到良好效果。

6、結(jié)語

（1）采用強夯置換法加固軟土地基的方法是可行的，該方法具有設(shè)備簡單、施工方便、適用范圍廣、經(jīng)濟易行和節(jié)省材料等優(yōu)點，能有效加固軟弱地基，減少軟土層沉降和整體工程后期沉降，提高軟土層的承載力。

（2）強夯置換法處理地基的施工，涉及到地質(zhì)情況、石料和施工環(huán)境等因素，必須綜合考慮，采取技術(shù)方案和經(jīng)濟分析相結(jié)合，最終確定設(shè)計方案，才能收到良好的效果。

（3）強夯置換法在處理軟土地基中應(yīng)用較少，個別工程因設(shè)計、施工不當(dāng)，出現(xiàn)沉降較大等情況。因此，強夯置換法施工前必須在施工現(xiàn)場選取一個或幾個試驗區(qū)進行試夯或試驗性施工，以確定單墩夯擊次數(shù)、夯擊能、施工順序等參數(shù)和實際處理效果。

（4）在今后的強夯置換施工中，需要先對拋石擠淤施工質(zhì)量要嚴(yán)格控制，及時檢測落底深度，同時必須探明區(qū)域地質(zhì)情況，確保石料落底到位，置換施工時要對回填石料與夯沉數(shù)據(jù)嚴(yán)格把控，做到根據(jù)規(guī)范與施工方案中的要求進行施工。

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