拋石強(qiáng)夯地基加固研究

宋金峰

摘 要 本文主要以拋石強(qiáng)夯加固的機(jī)理為切入點(diǎn)，分析了拋石強(qiáng)夯加固的技術(shù)要點(diǎn)，并對(duì)基床加固的效果進(jìn)行了深入的分析和研究，以期為具體的施工操作行為提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 水運(yùn)工程；拋石強(qiáng)夯；地基加固

中圖分類號(hào) TV5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）07-0035-02

隨著水運(yùn)工程的逐漸向深水化方向發(fā)展，其施工條件也更加復(fù)雜，在施工技術(shù)難度方面在不斷增加，如何實(shí)現(xiàn)基床的有效加固是水運(yùn)工程建設(shè)中的重要問(wèn)題。拋石基床中的強(qiáng)夯處理技術(shù)是常用的施工方式，但是由于施工條件的復(fù)雜性，在進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)對(duì)合理的確定強(qiáng)夯的參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)拋石基床的有效加固。

1 工程案例

在某港區(qū)二期工程岸壁工程，根據(jù)要求將其泊載量設(shè)計(jì)為10萬(wàn)噸級(jí)，技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的勘測(cè)得出，碼頭工程的岸線長(zhǎng)度為614.77m，其中拋石基床的厚度在14m～17m左右。由于工程和附近的村莊距離較近，如果使用傳統(tǒng)的爆夯的施工工藝，不僅在施工難度方面比較大，而且對(duì)周邊的環(huán)境有一定的影響。因此在基床密實(shí)施工的過(guò)程中采用強(qiáng)夯的處理方式，加之本工程的工程量比較大，每層夯實(shí)的厚度可保持在4m以內(nèi)。經(jīng)過(guò)技術(shù)人員對(duì)工程情況的研究，設(shè)計(jì)為夯錘的質(zhì)量為15t，錘落距設(shè)計(jì)為4m，夯錘與地面接觸的面積為1.77m2。在水下拋石基床施工的過(guò)程中，由于水力作用可能還會(huì)導(dǎo)致在能量受到一定程度的損失，所以需要嚴(yán)格控制夯擊的參數(shù)，確保夯擊能的大小滿足基床密實(shí)的要求。

2 拋石強(qiáng)夯加固機(jī)理研究

拋石強(qiáng)夯法主要是在基床面層上鋪設(shè)碎石塊，再通過(guò)重錘夯實(shí)的作用使石塊緊密結(jié)合在一起，來(lái)提高地基的承載能力，減少沉降問(wèn)題的出現(xiàn)。同時(shí)由于塊石材料的振動(dòng)擠壓，在強(qiáng)夯過(guò)程中產(chǎn)生的孔隙水壓力也能夠及時(shí)釋放出去，使得土體之間的固結(jié)更為緊密，大幅提高了抗剪切強(qiáng)度，減少后期基床變形或者沉降問(wèn)題的出現(xiàn)。在原基床中所承擔(dān)的壓力主要是垂直方向的，通過(guò)塊石的作用使得基床的受力向水平方向延伸，使得面層的處于受力均勻的狀態(tài)。在強(qiáng)夯的過(guò)程中，拋石基床加固的效果受到多方面因素的影響，主要包括基床的厚度、基槽底部土質(zhì)以及含水率等。

3 拋石強(qiáng)夯地基加固的技術(shù)要點(diǎn)3.1 夯實(shí)工具配備

在機(jī)床夯實(shí)加固的過(guò)程中需要用到專業(yè)的打夯船，并在船首配備相應(yīng)規(guī)格的吊機(jī)，夯錘的主要材料是鑄鋼，或者是由后鋼板焊接形成的，為了在水下施工時(shí)減少阻力作用，同時(shí)保證夯錘作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性，夯錘的重心應(yīng)相對(duì)較低，并將排水孔設(shè)計(jì)在中間的部位。根據(jù)水運(yùn)工程的實(shí)際情況確定夯錘的施工參數(shù)，依照相關(guān)規(guī)定的要求，一般夯錘的錘重應(yīng)保持在40kN～60kN之間，夯錘落距保持在2m～3m。錘底部分的壓強(qiáng)應(yīng)達(dá)到40kPa～60kPa，在進(jìn)行正常施工的過(guò)程中，每夯實(shí)的沖擊能應(yīng)該大于120kJ/m2。由于是在水下作業(yè)，應(yīng)考慮到水阻力在夯擊過(guò)程中產(chǎn)生的影響，根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算單位面積有效的夯擊能，保證拋石基床的穩(wěn)定性和承載能力。其中夯錘的運(yùn)動(dòng)方式如下所示：

根據(jù)公式可以發(fā)現(xiàn)，在夯錘運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生夯擊能損失的現(xiàn)象，因此需要確定在夯擊過(guò)程中產(chǎn)生的有效夯擊能，來(lái)對(duì)最終的加固深度進(jìn)行研究。

3.2 基床整平

為了保證強(qiáng)夯施工能夠順利的進(jìn)行，需要保證基床的平整性和承載能力。首先對(duì)基床的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，確保與施工方案要求的保持一致。另外片石填筑完成之后應(yīng)對(duì)表層進(jìn)行整平，避免存在坑洞現(xiàn)象影響夯實(shí)加固的效果，一般情況下基床表層的高度差應(yīng)該控制在15cm～30cm之間。其次是按照施工方案的具體要求對(duì)夯實(shí)范圍的確定，在采用分層整平的方式時(shí)，每層的應(yīng)力擴(kuò)散線的兩端應(yīng)增加1m，確保基床整體夯實(shí)的質(zhì)量。

3.3 打夯船定位

打夯船的位置應(yīng)與基床軸線的位置保持平行，根據(jù)實(shí)際的情況在施工范圍的指定地點(diǎn)設(shè)置導(dǎo)標(biāo)，確定基床夯實(shí)的范圍，在船首和船尾出各設(shè)一個(gè)臨時(shí)對(duì)位標(biāo)，保證夯實(shí)船位置的準(zhǔn)確性。在打夯船就位之后，還需要對(duì)其定位的準(zhǔn)確性進(jìn)行復(fù)核，確保基床施工的質(zhì)量。

3.4 試夯

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，在正式夯實(shí)施工開(kāi)始之前需要進(jìn)行試夯，確定施工中所需要的相關(guān)參數(shù)，為具體的施工操作行為提供標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下試夯工作段的長(zhǎng)度應(yīng)大于10m，根據(jù)實(shí)際的夯實(shí)范圍確定試夯段的長(zhǎng)度。通過(guò)試夯施工確定不同外界條件下的夯實(shí)效果，從而得出最佳的施工參數(shù)。在試夯時(shí)應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)工作，計(jì)算出夯實(shí)加固的效果。在試夯施工的范圍內(nèi)選取相應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的加固效果進(jìn)行觀測(cè)計(jì)算，并得出平均值。通過(guò)對(duì)測(cè)算數(shù)據(jù)的分析，在相鄰兩次的平均沉降差在3cm以內(nèi)時(shí)的次數(shù)，即為最佳的夯擊施工次數(shù)。

3.5 強(qiáng)夯施工

在進(jìn)行強(qiáng)夯施工的過(guò)程中，夯實(shí)的順序?yàn)橛芍虚g向四周擴(kuò)散，這樣能夠避免“倒錘”的現(xiàn)象，同時(shí)也防止了由于夯實(shí)施工中出現(xiàn)邊坡坍塌的問(wèn)題。強(qiáng)夯施工分為初夯和復(fù)夯兩個(gè)部分，一般運(yùn)用縱橫向鄰接壓半夯的方式，確保整個(gè)基床的工作面都能夠得到有效的夯實(shí)。在強(qiáng)夯施工完成后，應(yīng)對(duì)夯實(shí)的程度進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)夯實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的部分，需要繼續(xù)進(jìn)行強(qiáng)夯，直至質(zhì)量驗(yàn)收合格之后方可停止。如果補(bǔ)拋塊石的連續(xù)面積超過(guò)30m2，厚度大于0.5m時(shí)，需要根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)采取補(bǔ)夯的處理措施。在進(jìn)行水運(yùn)工程拋石地基的強(qiáng)夯施工中，定位的準(zhǔn)確性對(duì)于施工質(zhì)量有著重要的影響，必須確定夯擊點(diǎn)位置的準(zhǔn)備性，并按照標(biāo)準(zhǔn)的操作規(guī)范進(jìn)行縱橫點(diǎn)位置的控制。

4 拋石強(qiáng)夯加固效果的影響因素

4.1 夯擊的次數(shù)

拋石地基加固的效果主要是由夯擊能的大小所決定的，一般情況下夯擊的次數(shù)與加固的程度成正比例關(guān)系，但是如果在每次夯錘夯擊的過(guò)程中基床的變形量基本上接近正常的變形量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致作用在基床上的夯擊能逐漸的減小，因此需要通過(guò)強(qiáng)夯試驗(yàn)施工確定最佳的夯擊次數(shù)，在保證基床密實(shí)程度的同時(shí)，合理的控制夯擊次數(shù)。在夯擊次數(shù)過(guò)多的情況下，不僅會(huì)導(dǎo)致夯擊能的損失，也影響相關(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 夯錘的面積與邊長(zhǎng)

夯錘落地時(shí)所產(chǎn)生的沖擊壓力主要是由錘底的面積所決定的，而沖擊壓力對(duì)有效的加固深度有著重要的影響，所以需要根據(jù)水運(yùn)工程的實(shí)際情況來(lái)確定夯錘的面積，保證每次夯擊所產(chǎn)生的沖擊壓力超過(guò)120kJ/m2，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的需求。在每次夯擊所產(chǎn)生的能量確定的情況下，錘底面積與夯錘的貫入度呈反比例的關(guān)系。一般情況下，當(dāng)錘底面積過(guò)大時(shí)，其加固效果也會(huì)受到一定的影響，側(cè)向加固的范圍擴(kuò)大，影響基床受力的均勻程度。

4.3 夯擊點(diǎn)的間距與布局

如果拋石基床的厚度相對(duì)比較低，夯擊點(diǎn)之間的間距可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整。在進(jìn)行初步強(qiáng)夯作業(yè)時(shí)，間距可適當(dāng)?shù)募哟?，這樣能夠使得夯錘產(chǎn)生的夯擊能達(dá)到較深的部位，起到良好的加固效果。復(fù)夯階段的夯實(shí)點(diǎn)與初步夯實(shí)點(diǎn)錯(cuò)位分開(kāi)，保證基床能夠得到全面的夯實(shí)，提高整體的穩(wěn)定性和承載能力。夯點(diǎn)之間的間距并不是越小越好，如果相鄰兩個(gè)夯擊點(diǎn)的間距過(guò)小，那么夯擊所產(chǎn)生的加固效果會(huì)出現(xiàn)疊加的現(xiàn)象，在基床淺層的部位形成受力面，影響沖擊能向基層深度傳播。在水運(yùn)工程拋石基床施工的過(guò)程中，由于水下工程的施工的特殊性，所以必須保證夯擊點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性，使基床設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)得到有效的夯擊密實(shí)，同時(shí)控制好夯錘的落距，確保夯擊能達(dá)到水運(yùn)工程施工的要求。另外，在夯錘工作時(shí)可能會(huì)存在一定的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致夯錘的起吊鋼絲纏繞在一起，影響正常的施工進(jìn)度?？梢詫㈣F翅焊接在夯錘的兩側(cè)，使其處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

5 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)拋石強(qiáng)夯加固機(jī)理和技術(shù)要點(diǎn)的研究，分析了影響強(qiáng)夯加固效果的因素。基床的承載能力和密實(shí)程度對(duì)于水運(yùn)工程的穩(wěn)定性有著重要的影響，尤其是隨著水運(yùn)工程不斷朝著深水化的方向發(fā)展，拋石基床的厚度也越來(lái)越大，也在一定程度上增加了施工難度。拋石強(qiáng)夯能可以對(duì)基床進(jìn)行有效的加固，在具體的施工操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，加強(qiáng)對(duì)夯擊點(diǎn)位置的控制，確定合理的夯擊次數(shù)，實(shí)現(xiàn)基床加固效果的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]童新春，葉鋒，邱青長(zhǎng)，等.重力式碼頭拋石基床重錘夯實(shí)施工效率改進(jìn)研究[J].水運(yùn)工程，2013（3）：199-203.

[2]丁峰.重力式碼頭超厚拋石基床施工技術(shù)與控制[J].江西建材，2017（6）.