強(qiáng)夯法在曹妃甸礦石三期新吹填地基中的應(yīng)用

鄭啟明，朱 平（天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300072）

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強(qiáng)夯法在曹妃甸礦石三期新吹填地基中的應(yīng)用

鄭啟明，朱 平
（天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300072）

摘要：本文結(jié)合曹妃甸礦石三期新吹填地基處理的實(shí)例，通過試驗(yàn)區(qū)的試夯和試驗(yàn)過程中的監(jiān)測及施工完成后的檢測結(jié)果綜合分析，得出可以指導(dǎo)大面積施工的強(qiáng)夯施工參數(shù)，使地基處理達(dá)到最佳效果，也可為類似工程的地基處理設(shè)計(jì)和施工提供參考。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯法；新吹填地基；地基加固

引 言

強(qiáng)夯法是反復(fù)將夯錘（質(zhì)量一般為10～40 t）提到一定高度使其自由落下（落距一般為 10～40 m），給地基以沖擊和振動(dòng)能量，從而提高地基的承載力并降低其壓縮性，改善地基性能。由于強(qiáng)夯法具有加固效果顯著、適用土類廣、設(shè)備簡單、施工方便、節(jié)省勞力、施工期短、節(jié)約材料、施工文明和施工費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，我國自 20 世紀(jì) 70 年代引進(jìn)此法后迅速在全國推廣應(yīng)用［1］。

本文結(jié)合工程實(shí)例，分析研究強(qiáng)夯的適用性，從而指導(dǎo)大面積強(qiáng)夯施工，使地基處理達(dá)到最佳效果；通過強(qiáng)夯效果檢驗(yàn)，獲得強(qiáng)夯后地基土的各項(xiàng)物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及地基承載力等參數(shù)為類似工程施工提供參考。

1 工程概況

曹妃甸礦石三期工程Ⅲ-A區(qū)地基處理面積約6 萬 m2，吹填造地在地基處理開始前剛剛完成。由于近年來本地區(qū)及周邊區(qū)域工程大量采砂，已造成附近區(qū)域海底表層砂源不足，加上挖泥吹填施工質(zhì)量不易控制，造成吹填土性質(zhì)差異很大，給地基處理帶來一定的困難。對于吹填土含泥量較小，處理深度在強(qiáng)夯夯擊能影響深度范圍的區(qū)域，采用強(qiáng)夯法處理。

根據(jù)勘察資料，場地地質(zhì)情況自上到下分為兩層，第1層為厚度約5～6 m的粉砂，系吹填形成，灰色，松散，標(biāo)貫擊數(shù)N＜6擊，局部夾雜少量的飽和粉土、粘性土夾層，含少量云母碎屑和貝殼碎屑。第2層為粉砂，灰色，中密，含少量云母碎屑和粘粒，局部含少量貝殼碎屑。該層未揭穿（鉆孔深度15.45 m），承載力較高。地下水位在地面下 0.5 m左右。

本工程建成后將作為礦石堆場，承載力要求較高，新吹填形成的土層物理力學(xué)性能較差，地基強(qiáng)度和變形均不能滿足使用要求，因此必須對地基進(jìn)行加固處理，設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固，加固深度約6 m。

2 強(qiáng)夯試驗(yàn)

選擇面積為784 m2的區(qū)域（28 m×28 m）進(jìn)行試驗(yàn)。初步擬定 5遍夯法進(jìn)行施工，3遍點(diǎn)夯，2遍普夯，夯點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 點(diǎn)夯夯點(diǎn)布置

主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

1）夯錘重15 t，錘底圓形，直徑2.5 m，夯擊能2 500 kN·m。

2）第一遍點(diǎn)夯控制單點(diǎn)擊數(shù)在6～10擊且最后兩擊夯沉量之和小于15 cm。

3）第二遍點(diǎn)夯控制單點(diǎn)擊數(shù)在7～10擊且最后兩擊夯沉量之和小于12 cm。

4）第三遍點(diǎn)夯控制單點(diǎn)擊數(shù)在8～12擊且最后兩擊夯沉量之和小于10 cm。

5）普夯兩遍，單擊夯擊能 600 kN·m，錘印相互搭接1/4錘底面積。

6）相鄰兩遍之間的時(shí)間間隔根據(jù)孔隙水壓力消散情況進(jìn)行確定，要求待孔隙水壓力消散75 %以上時(shí)夯擊下一遍。

7）試夯可采用單點(diǎn)夯與群點(diǎn)夯相結(jié)合的方法，先進(jìn)行單點(diǎn)夯，再進(jìn)行群點(diǎn)夯；單點(diǎn)夯時(shí)要測量每一擊的夯沉量，并隨時(shí)繪制夯沉量與夯擊能（或次數(shù)）關(guān)系曲線，觀測影響范圍，最后確定單點(diǎn)的夯擊能和夯沉量，再進(jìn)行群點(diǎn)試夯，通過單點(diǎn)和群點(diǎn)試夯后對試夯區(qū)的試夯效果進(jìn)行檢測。

強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)按照上述設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行施工，由于場地地下水位較高，在施工過程中根據(jù)場地實(shí)際情況將第一遍點(diǎn)夯分為兩遍來夯擊，第一遍（1）先增加6擊的點(diǎn)夯排水，再進(jìn)行正常施工。在施工過程中將夯坑中的水應(yīng)及時(shí)排走。第一遍（2）待夯擊完成第二遍、第三遍后再進(jìn)行夯擊，單點(diǎn)夯擊數(shù)和最后兩擊夯沉量之和根據(jù)試驗(yàn)。

強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)施工采用50 t履帶起重機(jī)，配有自動(dòng)脫鉤裝置，強(qiáng)夯主要流程如下：夯區(qū)定位→場地整平、測量高程→第 1遍（1）排水夯夯點(diǎn)放樣及施工→質(zhì)量檢驗(yàn)、場地整平、測量高程→第2遍點(diǎn)夯夯點(diǎn)放樣及施工→質(zhì)量檢驗(yàn)、場地整平、測量高程→第3遍夯點(diǎn)放樣及施工→質(zhì)量檢驗(yàn)、場地整平、測量高程→第 1遍（2）點(diǎn)夯夯點(diǎn)放樣及施工→質(zhì)量檢驗(yàn)、場地整平、測量高程→滿夯2遍→場地整平、測量高程→試驗(yàn)檢測→壓路機(jī)振動(dòng)碾壓→結(jié)束。

3 強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 夯坑沉降及周邊地表變形測量

夯坑沉降及最佳夯擊數(shù)見表1。

表1 試驗(yàn)區(qū)夯坑沉降及最佳夯擊數(shù)

從表1中可以看出：夯坑深度隨夯擊遍數(shù)的增加而有較大幅度的減小，即第1遍夯擊地面夯擊效果最好，隨后隨著夯擊遍數(shù)的增加，夯擊效果逐漸減弱。

在每遍夯過程中選擇2 個(gè)夯坑作為觀測點(diǎn)，監(jiān)測夯坑兩個(gè)垂直方向上的微型沉降標(biāo)所反映的地形變化。每一方向上沉降標(biāo)距夯點(diǎn)分別 2.5 m、3.5 m、4.5 m、5.5 m、6.5 m，每個(gè)夯點(diǎn)共計(jì)布置10個(gè)微型沉降標(biāo)，并在每一夯擊后觀測。試驗(yàn)區(qū)夯坑周邊地形測量監(jiān)測表明，夯坑周邊地表變化主要表現(xiàn)為隆起，但地表的隆起量較小，隆起量普遍在5 cm以內(nèi)。距夯坑越遠(yuǎn)，地表變形愈小，夯邊隆起變形主要發(fā)生在2.5～5.5 m距離范圍內(nèi)。

每遍夯擊后，按4 m×4 m的方格網(wǎng)測量地表高程的變化，強(qiáng)夯過程中產(chǎn)生的地表沉降量總和為63 cm，說明強(qiáng)夯法很好的提高了地基的地基的承載力，減少了地基變形，達(dá)到了處理效果。

3.2 孔隙水壓力監(jiān)測

試驗(yàn)區(qū)共埋設(shè)2組孔壓，其編號為K1、K2，各組孔壓測頭編號分別為：K1-1～4、K2-1～4。數(shù)據(jù)采集使用手持式數(shù)字頻率計(jì)，用來采集每個(gè)夯點(diǎn)每一擊夯對孔隙水壓力的影響及孔壓消散情況。

1）孔壓增量-深度-夯擊擊數(shù)變化分析

根據(jù)每一次夯擊下不同深度的孔隙水壓力實(shí)測數(shù)據(jù)，繪制孔壓增量-深度-夯擊擊數(shù)變化分析曲線（其中孔壓增量為每遍夯孔壓與初始孔壓相比的增量）。本工程孔壓增量約在3.3 m處達(dá)到最大值，隨后隨著深度的增加而逐漸減小。在深度6 m以下孔壓增量相對較少，經(jīng)分析認(rèn)為強(qiáng)夯有效加固影響深度為6 m，滿足場地加固深度的要求。

2）孔壓-夯擊擊數(shù)關(guān)系變化分析

夯擊次數(shù)一般以夯坑的壓縮量最大、夯坑周圍隆起量最小為確定原則，反應(yīng)到孔壓上就是在一定夯擊能下，孔壓隨夯擊次數(shù)的增加而增加，當(dāng)夯擊數(shù)達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，孔壓不再增加或減少，或者變化很小時(shí)，這時(shí)的夯擊數(shù)為最佳夯擊數(shù)。

本工程根據(jù)每一次夯擊下不同深度的孔隙水壓力實(shí)測數(shù)據(jù)，繪制孔壓-夯擊擊數(shù)曲線。根據(jù)孔壓-夯擊擊數(shù)曲線分析，本工程第2遍最佳夯擊擊數(shù)為9擊，第3遍最佳夯擊擊數(shù)為10擊，第1遍（2）最佳夯擊擊數(shù)為8擊。第1遍（1）的最佳夯擊擊數(shù)根據(jù)現(xiàn)場情況，以夯擊過程中起錘不困難為原則，綜合各種因素，第 1遍（1）的最佳夯擊擊數(shù)為6擊。

3）孔壓-時(shí)間關(guān)系關(guān)系變化分析

兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時(shí)間間隔，間隔時(shí)間取決于土中孔隙水壓力消散的時(shí)間。本工程根據(jù)每一次夯擊下的孔隙水壓力實(shí)測數(shù)據(jù)，繪制孔壓-時(shí)間關(guān)系曲線。根據(jù)孔壓-時(shí)間關(guān)系曲線分析，孔隙水壓力消散75 %以上的時(shí)間第1遍（1）與第2遍之間為3 d、第2遍與第3遍之間為4 d、第3遍與第1遍（2）之間為4 d、第1遍（2）與普夯之間為3 d。

4 強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)檢測結(jié)果分析

為了檢驗(yàn)地基處理的加固效果，本工程試驗(yàn)區(qū)采用了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和載荷試驗(yàn)兩種檢測方法。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

為檢驗(yàn)強(qiáng)夯加固效果，試驗(yàn)區(qū)在施工完成后共布置了3個(gè)標(biāo)貫試驗(yàn)孔，加固前后標(biāo)貫擊數(shù)統(tǒng)計(jì)見表2、表3。

表2 試驗(yàn)區(qū)加固前標(biāo)貫擊數(shù)

表3 試驗(yàn)區(qū)加固后標(biāo)貫擊數(shù)

從表2、表3可以看出經(jīng)過強(qiáng)夯加固后地基承載力有顯著的提高，地基加固效果明顯，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，說明采用的施工方法完全可行。

4.2 載荷試驗(yàn)

本次試驗(yàn)（3個(gè)）位置由現(xiàn)場隨機(jī)指定。加荷方式采用分級加荷，反力由一次堆足于鋼梁平臺上的砼塊提供；載荷由油壓千斤頂分級施加，共分8級，首級荷載167 kPa，每級荷載增量為56 kPa。根據(jù)現(xiàn)場載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制壓力-沉降關(guān)系曲線，根據(jù)曲線得出載荷試驗(yàn)成果見表4：

表4 試驗(yàn)區(qū)載荷試驗(yàn)成果

從表4可以看出經(jīng)過強(qiáng)夯加固后地基承載力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，說明此試驗(yàn)區(qū)采用的施工方法完全可行。

5 大面積施工采用的強(qiáng)夯參數(shù)

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測及檢測結(jié)果綜合分析，大面積施工采用的強(qiáng)夯參數(shù)如下：

1）夯錘重15 t，錘底圓形，直徑2.5 m，夯擊能2 500 kN·m。

2）第一遍（1）點(diǎn)夯控制單點(diǎn)擊數(shù)在6擊。

3）第二遍點(diǎn)夯控制單點(diǎn)擊數(shù)在8～10擊且最后兩擊夯沉量之和小于12 cm。

4）第三遍點(diǎn)夯控制單點(diǎn)擊數(shù)在9～11擊且最后兩擊夯沉量之和小于10 cm。

5）第一遍（2）點(diǎn)夯控制單點(diǎn)擊數(shù)在6～8擊且最后兩擊夯沉量之和小于10 cm。

6）普夯兩遍，單擊夯擊能 600 kN·m，錘印相互搭接1/4錘底面積。

7）相鄰兩遍之間的時(shí)間間隔分為為3 d、4 d、4 d、3 d。

8）夯點(diǎn)布置如圖1所示，其中第一遍（1）和第一遍（2）夯點(diǎn)重合。

6 結(jié) 語

1）經(jīng)強(qiáng)夯加固后地基承載力有顯著的提高，地基加固效果明顯，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，說明采用的施工方法完全可行。

2）大大縮短了地基處理的周期，為工程上部結(jié)構(gòu)施工和設(shè)備安裝調(diào)試爭取了時(shí)間。

3）本區(qū)域沒有采用井點(diǎn)降水，也沒有鋪山皮石墊層，而是采用點(diǎn)夯排水的方式，大大節(jié)省了工程投資。

參考文獻(xiàn)：

［1］ JGJ79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

Application of Dynamic Compaction in New Ground Reclamation of Caofeidian Ore Terminal Phase-3 Project

Zheng Qiming ，Zhu Ping
（School of Civil Engineering， Tianjin University， Tianjin 300072， China）

Abstract：This paper takes new Ground Reclamation of Cao Feidian ore third phase Project as a case.To start with try ramming ， monitoring during the process of test， and testing after completion of construction， then the results of monitoring and testing are synthetically analyzed to gain dynamic compaction parameters of guiding the large-scale construction， so that ground treatment could achieve the best effects.In the end， the conclusion obtained by analysis of the actual project， can provide reference for Ground Treatment design and construction process of similar projects.

Key words：dynamic compaction； the new ground reclamation； foundation reinforcement

分類號：TU472.3+1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-9592（2016）02-0084-04

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20160222

收稿日期：2015-05-11

作者簡介：鄭啟明（1980-），男，碩士，主要從事巖土工程研究及管理工作。