強(qiáng)夯置換在港口陸域回填地基處理中的應(yīng)用

牛 增 祥

(中國(guó)土木工程集團(tuán)有限公司,北京 100038)

強(qiáng)夯置換在港口陸域回填地基處理中的應(yīng)用

牛 增 祥

(中國(guó)土木工程集團(tuán)有限公司,北京 100038)

介紹了在吉布提多哈雷多功能港口施工中應(yīng)用強(qiáng)夯置換的方法對(duì)軟土地基區(qū)的陸域回填進(jìn)行地基處理的施工技術(shù)，重點(diǎn)闡述了強(qiáng)夯置換的工作原理、設(shè)備配備、工藝流程、施工組織、質(zhì)量控制、注意事項(xiàng)等內(nèi)容，以取得最佳的施工成果。

強(qiáng)夯置換，工藝流程，施工組織，質(zhì)量控制

1 工程概況

吉布提多哈雷多功能港口一期工程主碼頭岸線(xiàn)長(zhǎng)度1 200 m，碼頭后方堆場(chǎng)寬度770 m，主碼頭及175 m東側(cè)工作船碼頭岸線(xiàn)，陸域回填總面積102萬(wàn)m2，其中采用強(qiáng)夯方法進(jìn)行處理的面積為79.44萬(wàn)m2，在施工過(guò)程中，大約有2.05萬(wàn)m2的原土地基為淤泥混砂，深度3 m～6 m，正常的強(qiáng)夯方法達(dá)不到收錘標(biāo)準(zhǔn)，為保證地基處理的施工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，經(jīng)多方的分析和論證，又通過(guò)多次試驗(yàn)，決定采用強(qiáng)夯置換的方法處理此部分地基。

2 強(qiáng)夯置換的工作原理及設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 工作原理

強(qiáng)夯置換是強(qiáng)夯用于加固飽和軟粘土地基的方法。強(qiáng)夯置換法的加固機(jī)理是利用重錘從高處落下產(chǎn)生的勢(shì)能將性能較好的塊石材料強(qiáng)力擠入地基中，在軟弱地基中形成相對(duì)單獨(dú)的塊石墩，墩與墩間土形成復(fù)合地基，從而提高地基承載力，減小沉降。在強(qiáng)夯置換施工過(guò)程中，原有土體結(jié)構(gòu)因塊石材料的擠入而被破壞，產(chǎn)生超孔隙水壓力，從而導(dǎo)致原有土體強(qiáng)度降低，但因塊石墩具有較好的透水性，土體中超孔隙水壓力隨著時(shí)間的增加而消散，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到恢復(fù)和提高。

2.2 各項(xiàng)參數(shù)的確定

在現(xiàn)場(chǎng)選取一個(gè)50 m×50 m的區(qū)域進(jìn)行試夯試驗(yàn)確定強(qiáng)夯的各項(xiàng)參數(shù)，最終確定強(qiáng)夯參數(shù)如表1所示。

表1 強(qiáng)夯參數(shù)表

3 主要機(jī)具設(shè)備配備

主要機(jī)具設(shè)備配備表見(jiàn)表2。

4 施工操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

具體施工工藝流程見(jiàn)圖1。

表2 主要機(jī)具設(shè)備配備表

4.2 施工準(zhǔn)備

1)平面位置測(cè)量。用全站儀測(cè)出各能級(jí)區(qū)域各角點(diǎn)，建立施工控制網(wǎng)，并做好控制樁。2)場(chǎng)地平整。用推土機(jī)對(duì)已經(jīng)回填完成的陸域表面進(jìn)行平整，以保證夯機(jī)能安全行走及正常施工。3)高程測(cè)量。按10 m×10 m的方格網(wǎng)，測(cè)出強(qiáng)夯區(qū)域的夯前標(biāo)高并計(jì)算出平均值。4)夯點(diǎn)定位。按照施工圖及典型試驗(yàn)確定的夯點(diǎn)間距及平面布置，用全站儀進(jìn)行夯點(diǎn)的測(cè)量放樣，誤差控制在±2 cm。

4.3 點(diǎn)夯施工

1)強(qiáng)夯機(jī)及夯錘就位。

夯點(diǎn)放樣后，由施工員安排強(qiáng)夯機(jī)及夯錘就位，并量好夯錘落距。司機(jī)在施工員的指揮下將夯錘對(duì)準(zhǔn)第1個(gè)夯點(diǎn)的中心，對(duì)點(diǎn)誤差控制在±15 cm內(nèi)。

2)測(cè)量夯錘錘頂高程。

用水準(zhǔn)儀測(cè)出夯錘錘頂標(biāo)高，并做好記錄。

3)第1遍點(diǎn)夯。

司機(jī)在施工員的指揮下提升夯錘至要求的高度后，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用自動(dòng)或手動(dòng)脫鉤。夯錘落下后測(cè)出錘頂標(biāo)高，做好記錄并計(jì)算出第1擊的夯沉量，然后按照第1擊的施工方法重復(fù)進(jìn)行點(diǎn)夯施工。

4)回填石料。

當(dāng)夯沉量過(guò)深而發(fā)生起錘困難時(shí)停夯，停機(jī)、挪錘，用挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)配合向夯坑內(nèi)回填石料至起夯標(biāo)高，做好記錄后在原位繼續(xù)夯擊，直到最后兩擊平均夯沉量不大于100 mm時(shí)，則完成了一個(gè)墩體的夯擊。

5)測(cè)量夯沉量。

測(cè)量員計(jì)算出該夯點(diǎn)的最后兩擊平均夯沉量和累計(jì)夯沉量，填入記錄表內(nèi)。強(qiáng)夯機(jī)提錘移至下一夯點(diǎn)按第1點(diǎn)的施工方法依次進(jìn)行施工。

6)點(diǎn)夯順序。

點(diǎn)夯順序按由內(nèi)而外，隔行跳打的原則進(jìn)行施工。

7)場(chǎng)地平整。

第1遍點(diǎn)夯結(jié)束后，用推土機(jī)將夯推平，平整度以夯機(jī)能安全行走為原則，施工時(shí)若出現(xiàn)隆起較大的情況，應(yīng)及時(shí)將淤泥清出場(chǎng)地，保證夯機(jī)的正常行走。

8)測(cè)量夯沉量。

按10 m×10 m的方格網(wǎng)測(cè)出整平后的場(chǎng)地標(biāo)高，并計(jì)算出平均值，同時(shí)計(jì)算出第1遍點(diǎn)夯后的平均夯沉量。

9)第2遍點(diǎn)夯。

第2遍點(diǎn)夯的夯點(diǎn)位置與第1遍夯點(diǎn)交錯(cuò)布置，其他施工工藝與第1遍點(diǎn)夯相同。

4.4 普夯

當(dāng)按設(shè)計(jì)要求的點(diǎn)夯施工結(jié)束后，調(diào)整落距，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行普夯，普夯為兩遍，每點(diǎn)2擊，錘印搭接1/3。普夯完畢后，將場(chǎng)地整平至設(shè)計(jì)高程，按10 m×10 m的方格網(wǎng)測(cè)出整平后的場(chǎng)地標(biāo)高，并計(jì)算出平均值，達(dá)到要求后即可。

4.5 施工中采取的技術(shù)措施

1)夯錘底面采用圓形，并對(duì)稱(chēng)設(shè)置4個(gè)孔徑為300 mm上下貫通的排氣孔。2)施工機(jī)械采用帶有自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)，在臂桿端部設(shè)置輔助門(mén)架，防止落錘時(shí)機(jī)架傾覆。3)強(qiáng)夯前檢查夯錘質(zhì)量和落距，以確保單擊的夯擊能量滿(mǎn)足施工圖紙要求。4)每個(gè)區(qū)域夯擊前，對(duì)夯點(diǎn)平面位置進(jìn)行復(fù)核，夯擊后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正。5)當(dāng)夯坑周?chē)孛姘l(fā)生過(guò)大的隆起或軟土擠出影響施工時(shí)，隨時(shí)清理并以塊石鋪墊。6)如發(fā)現(xiàn)夯沉量過(guò)大情況，應(yīng)及時(shí)回填石料，防止因夯坑過(guò)深而發(fā)生提錘困難的情況。7)強(qiáng)夯施工所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)鄰近建筑物或設(shè)備產(chǎn)生有害的影響時(shí)，設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并采取隔振或防振措施消除有害影響。8)按施工圖紙要求檢查每個(gè)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量。9)對(duì)施工過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄。

5 質(zhì)量控制

1)制定和完善質(zhì)量管理制度，并責(zé)任到人，嚴(yán)格按照明確的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)的控制點(diǎn)實(shí)行質(zhì)量預(yù)控。2)主要機(jī)具設(shè)備的操作人員施工前進(jìn)行培訓(xùn)，并經(jīng)考核合格方可上崗。3)強(qiáng)夯各遍施工前，精確測(cè)量場(chǎng)地標(biāo)高，得到平均實(shí)際夯沉量數(shù)據(jù)。測(cè)量放線(xiàn)時(shí)，測(cè)量員要在施工區(qū)周?chē)词┕げ键c(diǎn)圖隔排放置固定的標(biāo)志樁，保證各次測(cè)量同一點(diǎn)時(shí)的誤差不超過(guò)允許值，以防漏夯。每次放線(xiàn)都要有詳細(xì)的測(cè)量記錄，并對(duì)各排標(biāo)志樁進(jìn)行校核。4)技術(shù)人員在強(qiáng)夯施工前檢查錘重、錘底面積、落距是否正確，且每班技術(shù)人員要進(jìn)行落距檢查，以確保單擊夯擊能符合設(shè)計(jì)要求。5)施工過(guò)程中檢查夯點(diǎn)布置、夯擊遍數(shù)、單點(diǎn)夯擊數(shù)、最后兩擊夯沉量、累計(jì)夯沉量是否符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，并由技術(shù)人員詳細(xì)做好各項(xiàng)質(zhì)量記錄。6)夯錘的通氣孔如被堵塞，立即疏通以防止產(chǎn)生氣墊效應(yīng)，影響強(qiáng)夯效果。7)落錘要保持平穩(wěn)，如平面位置偏移過(guò)大需重新就位，如錘底傾斜角大于8°時(shí)需將坑底整平。8)每遍點(diǎn)夯結(jié)束后，及時(shí)整平夯坑。

6 安全措施

1)強(qiáng)夯機(jī)司機(jī)要持證上崗，嚴(yán)守操作規(guī)程。2)吊車(chē)行駛的進(jìn)、出場(chǎng)臨時(shí)道路及施工現(xiàn)場(chǎng)，必須平整堅(jiān)實(shí)，能穩(wěn)定地承載吊車(chē)荷載。在正常作業(yè)時(shí)，應(yīng)與溝渠、基坑保持安全距離。3)每次施工前，檢驗(yàn)機(jī)械是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常；檢查撐桿、門(mén)架、鋼絲繩及吊鉤等是否連接牢固。并在施工過(guò)程中隨時(shí)觀(guān)察有無(wú)異常情況，及時(shí)排除。4)強(qiáng)夯機(jī)應(yīng)緩慢平穩(wěn)變幅，在起重臂未停穩(wěn)前嚴(yán)禁變換擋位，在工作狀態(tài)時(shí)，起重臂仰角需穩(wěn)定保持在70°左右。5)在起吊載荷達(dá)到額定起重量的90%及以上時(shí)，嚴(yán)禁下降起重臂或同時(shí)進(jìn)行兩種及以上動(dòng)作。6)移動(dòng)機(jī)位時(shí)，不得超過(guò)允許起重量的70%，重錘保持在起重機(jī)正前方向，重錘離地高度不得大于50 cm。7)變換夯位后，重新檢查各部件的完好性，并提錘10 cm～30 cm驗(yàn)證整機(jī)的穩(wěn)定性，確認(rèn)可靠再繼續(xù)作業(yè)。8)夯錘吊鉤未降到位前，操作人員不得提前下坑掛鉤，提錘時(shí)，嚴(yán)禁掛鉤人員站在錘上隨錘提升。9)嚴(yán)禁在錘下進(jìn)行清理通氣孔。10)提錘困難時(shí)不得強(qiáng)行提錘，采取措施挖除夯錘周?chē)盍虾蠓娇商徨N。11)每班作業(yè)后，應(yīng)將夯錘放在地面上，嚴(yán)禁懸掛在空中。

7 強(qiáng)夯置換處理后的檢測(cè)結(jié)果

用強(qiáng)夯置換方法進(jìn)行地基處理后，主要通過(guò)兩種方法進(jìn)行檢測(cè)：1)現(xiàn)場(chǎng)CBR(加州承載比：California Bearing Ration)：測(cè)試淺層地基的承載力，設(shè)計(jì)要求大于12；2)150 cm×150 cm平板載荷試驗(yàn)：測(cè)試深層地基的承載力，設(shè)計(jì)要求承載力不小于120 kPa。按照平板靜載檢測(cè)操作規(guī)程，對(duì)于粘性土地基，地基檢測(cè)開(kāi)始時(shí)間應(yīng)在強(qiáng)夯置換施工結(jié)束后14 d～28 d，本項(xiàng)目在強(qiáng)夯置換施工結(jié)束后20 d開(kāi)始地基檢測(cè)，CBR值實(shí)測(cè)10個(gè)點(diǎn)，平均值14.3。平板載荷試驗(yàn)實(shí)測(cè)3個(gè)點(diǎn)，承載力平均值240.0 kPa。檢測(cè)結(jié)果表明：軟弱地基經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯置換加固后，對(duì)深層地基的加固效果尤為明顯，實(shí)測(cè)地基承載力大大超過(guò)設(shè)計(jì)圖紙要求。

8 效益分析

適合本工程軟弱地基的處理方法通常還有碎石振沖樁，挖除換填，強(qiáng)夯置換，對(duì)這三種方法的施工進(jìn)度、成本進(jìn)行測(cè)算后，對(duì)比如表3所示。

表3 三種施工方法對(duì)比表

由表3對(duì)比可知：強(qiáng)夯置換方法進(jìn)行地基處理具有加固效果好、施工快速、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，本項(xiàng)目采用強(qiáng)夯置換處理軟弱地基取得了十分良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

9 結(jié)語(yǔ)

本工藝在吉布提多哈雷多功能港口施工中成功應(yīng)用，受到業(yè)主的高度評(píng)價(jià)。強(qiáng)夯置換法除可以對(duì)淤泥混砂進(jìn)行加固外，還可用于砂土、碎石土、素填土、雜填土、粘性土、濕陷性黃土、低飽和度的粉土等各種軟弱地基的加固。目前，強(qiáng)夯置換法的應(yīng)用范圍比較廣泛，有港口碼頭、機(jī)場(chǎng)跑道，公路和鐵路路基、倉(cāng)庫(kù)、油罐、工業(yè)與民用建筑等，并有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，所以強(qiáng)夯置換法在今后將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。

[1] 《建筑施工手冊(cè)》編委會(huì).建筑施工手冊(cè)[M].第5版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012：465-475.

[2] JGJ 79—2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB 50202—2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

Application of dynamic compaction replacement to reclamation ground improvement for constructing a port

Niu Zengxiang

(ChinaCivilEngineeringConstructionCorporation,Beijing100038,China)

This thesis introduces the construction technology of applying dynamic compaction replacement to reclamation ground improvement of soft foundation area in Doraleh multi-purpose port in Djibouti. It concentrates on elaborating working principle, required equipment, workmanship and procedures, construction organization, quality control and precautions concerning adoption of dynamic compaction replacement, to achieve the best construction results.

dynamic compaction replacement, workmanship and procedures, construction organization, quality control

2015-05-26

牛增祥(1983- )，男，工程師

1009-6825(2015)22-0074-03

TU472

A