強(qiáng)夯法施工技術(shù)在非飽和土地基處理中的應(yīng)用

楊利萍，賀志貞

(浙江省正邦水電建設(shè)有限公司，杭州 310052)

在對水利工程進(jìn)行施工的時(shí)候，需要根據(jù)施工地點(diǎn)的地質(zhì)條件來選擇相應(yīng)的地基處理技術(shù)。強(qiáng)夯法地基處理施工技術(shù)是指地基土在強(qiáng)夯設(shè)備的沖擊下改變了其初始結(jié)構(gòu)，自然土的初始狀態(tài)隨之改變，土層之間的空隙變小，一部分土體開始液化，在夯擊點(diǎn)的周圍會有裂隙出現(xiàn)，自然就形成了一個(gè)排水通道，孔隙水以及氣體都可以通過這個(gè)通道排出，土料顆粒也就可以緊密的重新組合起來，在經(jīng)過一段時(shí)間的密壓后土體就重新固結(jié)。在這個(gè)過程中，土地的承載力得到了極大的提高。

1 工程概況

在太原市小店區(qū)進(jìn)行的汾河太原段綜合治理三期工程十三標(biāo)的工程規(guī)模為Ⅰ等工程，堤防級別為Ⅰ級，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇，是山西省在進(jìn)行防洪治理工作中的重點(diǎn)項(xiàng)目。城區(qū)防洪與排澇、河道蓄水這兩項(xiàng)在本次工程中是十分重要的任務(wù)，除此以外，河堤兩岸的觀景平臺的建設(shè)工作也是施工工程中的主要任務(wù)之一。工程主要建設(shè)內(nèi)容為汾河大堤修建和加固、岸墻格賓石籠防護(hù)、鋼筋混凝土暗涵、河道疏浚等，新建汾河大堤及治理河道長度1940 m，河道寬440-450 m，新建鋼筋混凝土暗涵1940m，暗涵斷面尺寸均設(shè)置為4m×6m(詳情可見圖1輸水暗涵結(jié)構(gòu)斷面圖)。文章主要介紹了在此項(xiàng)目的暗涵工程中通過使用強(qiáng)夯法施工技術(shù)來處理地基土體。

圖1 輸水暗涵結(jié)構(gòu)斷面圖

2 地基強(qiáng)夯方案設(shè)計(jì)

本次工程中的暗涵地基土體中含有大量的粗顆粒非飽和粉質(zhì)砂土層，夾雜少量的中砂圓礫，基坑支護(hù)及開挖影響深度范圍內(nèi)，地基土的最上層是雜填土層，中間是砂土層以及粉土層，最底部的土層是砂土層。

原設(shè)計(jì)采用干插片石換填進(jìn)行地基加固，換填厚度1m，換填片石量約18000m3。從經(jīng)濟(jì)角度、安全角度以及使用角度對方案進(jìn)行考慮，最后選擇了強(qiáng)夯法對暗涵地基進(jìn)行地基加固處理。

強(qiáng)夯處理面積24134m2，夯擊能采用2000 kN·m(夯點(diǎn)布置見圖2)，要求地基承載力≥0.25MPA，要消除建基面以下0-3m范圍內(nèi)的土層液化現(xiàn)象，將建基面以下3-6m范圍內(nèi)土層的液化等級提升為中等。

圖2 夯點(diǎn)布置圖

3 強(qiáng)夯技術(shù)工藝原理

能量轉(zhuǎn)換原理是在施工過程中應(yīng)用強(qiáng)夯技術(shù)對地基土體進(jìn)行加固的重要理論依據(jù)，一般情況下，施工人員使用起重設(shè)備將8-60T的大噸位夯錘吊起，吊起高度一般在6-40m，自動(dòng)解除約束后從高處自由落下，將勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，動(dòng)能在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換為壓縮波和剪切波，將強(qiáng)大的沖擊能施加給地基土。地基土在強(qiáng)大的沖擊能的作用下初始結(jié)構(gòu)受破壞，土體受到強(qiáng)制壓縮或振密，迫使土層孔隙受到壓縮，一部分土體開始出現(xiàn)液化現(xiàn)象，在夯擊點(diǎn)周圍的土體會有裂隙出現(xiàn)，這些裂隙就自然的形成了一個(gè)排水通道，可以使孔隙水以及氣體都通過這個(gè)裂隙通道排除出來，使土料顆粒重新排列，改變自然土的初始狀態(tài)，使土顆粒更加緊密地組合，經(jīng)過一定的時(shí)效壓密，土體得以重新固結(jié)起來，壓縮性也得以降低，土體的承載能力獲得了極大的提高[1]。

4 工藝流程

強(qiáng)夯法總體施工流程圖，見圖3。

圖3 強(qiáng)夯法總體施工流程圖

5 強(qiáng)夯施工

5.1 夯點(diǎn)布置

一般情況下，在進(jìn)行夯點(diǎn)布置工作時(shí)是應(yīng)用梅花型和矩型兩種方式布置的(見圖4夯點(diǎn)布置圖)。為了在施工過程中獲得良好的操作效果，可以在正式施工前進(jìn)行試夯。

(a)梅花型布置 (b)矩型布置

5.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)(試夯)

為了確保強(qiáng)夯法在不同地質(zhì)條件下的順利進(jìn)行，施工前要選取強(qiáng)夯區(qū)中具有代表性的區(qū)域開展試驗(yàn)性夯擊工作，目的是為了取得準(zhǔn)確的強(qiáng)夯參數(shù)。有一些地基的土體含水量相對較大，只有在進(jìn)行過孔隙水壓力消散實(shí)驗(yàn)后才能得出最為準(zhǔn)確的時(shí)間間隔數(shù)據(jù)。強(qiáng)夯試驗(yàn)面積不應(yīng)<20m×20m。

5.3 場地平整與測量

1)采用推土機(jī)及液壓反鏟進(jìn)行待夯場地的平整，對于水利工程輸水建筑物，通常建筑物基礎(chǔ)埋深較深，基礎(chǔ)的起夯面也較深，需要首先進(jìn)行基坑開挖，開挖深度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)定下的起夯面，基坑的邊坡需要開展修整或支護(hù)工作，這樣有利于確保邊坡穩(wěn)定[2]。

2)為便于機(jī)械行走和施工，強(qiáng)夯場地整平區(qū)域或基坑開挖范圍應(yīng)大于強(qiáng)夯布點(diǎn)范圍，挖方地帶需修筑集水井和排水溝。

3)可以利用網(wǎng)格法來對強(qiáng)夯場地的起夯面高程進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的測量。對于設(shè)計(jì)明確起夯面高程指標(biāo)的，按設(shè)計(jì)高程控制；有些時(shí)候，在設(shè)計(jì)時(shí)沒有將確面高程的指標(biāo)進(jìn)行明確，可以將擬建上部建筑物的基礎(chǔ)底標(biāo)高再加上預(yù)留夯沉深度作為起夯面高程控制。

5.4 夯擊施工順序

強(qiáng)夯施工技術(shù)是按照土體的深淺依次開展的，最先從深層開始施工，然后逐漸進(jìn)行淺土層的施工工作。強(qiáng)夯施工都是分段開展的，平面夯擊的順序是先從基礎(chǔ)邊緣開始，逐步向內(nèi)側(cè)進(jìn)行。對于條形基礎(chǔ)來說，在布置夯點(diǎn)時(shí)要從外部開始，向內(nèi)部逐排夯進(jìn)。每進(jìn)行完一次夯擊后，都需要用推土機(jī)來平整土地，接著需要進(jìn)行一次測量定位工作后，接著再繼續(xù)開展后續(xù)的夯擊工作。根據(jù)既定的夯擊遍數(shù)夯完最后一遍后，再以低能量進(jìn)行滿夯。

5.5 操作要點(diǎn)

1)在地基強(qiáng)夯工作時(shí)，一般是應(yīng)用履帶式的起重機(jī)開展施工，起重機(jī)還需要帶有自動(dòng)脫鉤裝置，在駕駛起重機(jī)要盡可能的保證行駛路線土地是平坦、堅(jiān)實(shí)的，必要時(shí)用砂石鋪設(shè)，以防設(shè)備下陷。

2)強(qiáng)夯施工按試驗(yàn)或設(shè)計(jì)確定的強(qiáng)夯參數(shù)進(jìn)行。設(shè)備就位后，先將夯錘起吊至距地面約300mm，操作工指揮吊車動(dòng)作將錘中心對準(zhǔn)夯點(diǎn)，偏差應(yīng)該控制在50mm以內(nèi)，然后使用吊車平穩(wěn)的吊起錘，吊起過程中要維持錘的穩(wěn)定，確?？梢云椒€(wěn)落錘。在夯點(diǎn)的夯擊工作沒有全部完成時(shí)不可以更改吊車的位置，也不可以改變起吊的幅度，否則會發(fā)生落錘變位的情況。如發(fā)生落錘偏斜等情況，應(yīng)將夯錘移至坑外后，人工填平坑底再繼續(xù)夯擊。

3)在確定強(qiáng)夯地基施工范圍時(shí)，應(yīng)注意的是施工范圍要比工程的基礎(chǔ)范圍大，每邊超出外緣的寬度宜為基礎(chǔ)下設(shè)計(jì)處理深度的1/2至2/3，并≥3m。

4)應(yīng)用強(qiáng)夯法施工技術(shù)要能夠準(zhǔn)確地對地面的下沉高度做出估計(jì)，在試夯時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)場地夯后的沉降值和夯后地面的整平標(biāo)高確定場地起夯面標(biāo)高。

5)每遍夯前夯后均對場地標(biāo)高進(jìn)行測量，做好現(xiàn)場記錄，并附簡圖，作為土方計(jì)算依據(jù)。

6)如果施工時(shí)期恰逢雨季，夯擊過的地基和夯坑里面極易出現(xiàn)積水，要多加關(guān)注，及時(shí)的將雨水排出。在進(jìn)行夯坑填平操作時(shí)，可以利用推土機(jī)來將填入的土壓實(shí)，要使其比周圍的地面略高一些，這樣可以有效的避免因土體吸水過量而在夯擊過程中出現(xiàn)橡皮土現(xiàn)象。

7)強(qiáng)夯結(jié)束，土層孔隙水壓力消散并間隔一定時(shí)間，待地基土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后再進(jìn)行地基壓實(shí)度和承載力等質(zhì)量檢測，以反映檢測值的準(zhǔn)確性。

8)要施工現(xiàn)場的周圍建立起良好的排水系統(tǒng)，這樣可以保證土層內(nèi)的孔隙水能夠順利的排出場外。基本措施是，在強(qiáng)夯區(qū)域周圍修筑集水井和排水溝，土層水滲入排水溝，通過排水溝匯集到集水井，然后采用水泵抽排至場外棄水區(qū)域。

6 質(zhì)量控制與檢測

6.1 施工質(zhì)量控制檢查項(xiàng)目

施工質(zhì)量控制檢查項(xiàng)目見表1。

表1 施工質(zhì)量控制檢查項(xiàng)目

6.2 強(qiáng)夯地基的質(zhì)量檢測

強(qiáng)夯地基完工后的承載力檢測除了現(xiàn)場靜載試驗(yàn)外，也可根據(jù)地基土性質(zhì)，選擇靜力(輕便)觸探、動(dòng)力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等原位測試方法和室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合靜載試驗(yàn)結(jié)果綜合確定。

本工程按照此強(qiáng)夯工藝和控制參數(shù)完成暗涵地基強(qiáng)夯施工后，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入法進(jìn)行地基承載力及液化指標(biāo)的檢測，檢測結(jié)果表明，地基承載力均能達(dá)到0.25MPA以上，建基面以下0-3m范圍內(nèi)消除液化，建基面以下3-6m范圍內(nèi)的土層液化等級由嚴(yán)重降為中等，滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié) 語

通過對本次工程的實(shí)踐操作及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)非飽和粉質(zhì)砂土地基土層顆粒松散，有比較大的滲透系數(shù)，在被水淹沒后會出現(xiàn)嚴(yán)重的液化現(xiàn)象，土層的強(qiáng)度也比較低，為更好的解決這一類地基土的基礎(chǔ)加固處理難題，采用強(qiáng)夯施工技術(shù)，能夠達(dá)到到良好的預(yù)期效果。

該技術(shù)的主要特點(diǎn)在于：處理過后的地基質(zhì)量十分可靠，土體加固效果明顯；施工工藝與其他地基處理技術(shù)相比較為簡單方便，在進(jìn)行施工的過程中不會對施工地點(diǎn)的地基土體和周圍的環(huán)境造成污染，是一項(xiàng)極為環(huán)保的地基土加固施工技術(shù)。強(qiáng)夯施工也存在著一定的問題，比如在施工過程中會產(chǎn)生一定的振動(dòng)，進(jìn)而對施工周圍的建筑物和建筑設(shè)備產(chǎn)生一定的影響。如果必須要采用強(qiáng)夯法施工技術(shù)，一定要在施工前做好防振、隔振等相應(yīng)的措施，將影響降到最低。