研究強夯法在山區(qū)高填方機場地基處理工程中的應(yīng)用

◎王建國

本次機場項目工程選址位于我國某地區(qū)一處山區(qū)內(nèi)部，該地區(qū)主要是以丘陵地質(zhì)地貌條件為主，地勢整體偏高，海拔平均高度為1410m，該山區(qū)作為機場工程施工過程中的不良地基條件，在施工中會出現(xiàn)地基不均勻沉降以及受到地質(zhì)條件因素的影響而產(chǎn)生安全隱患問題。與此同時，隨著項目工程建設(shè)施工高度的不斷上漲，會造成上部結(jié)構(gòu)的荷載量進(jìn)一步加大，因此對于地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載能力以及變形量大小，提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。本次機場項目工程位于半填半挖施工區(qū)域，填方施工厚度差異性相對較大，如果填方施工區(qū)域沒有進(jìn)行有效處理，很容易造成地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降情況，如果使用分層碾壓施工方法來進(jìn)行處理，在整個工程施工周期上相對較長，工程施工要求更高，因此通過對比分析之后，通過采取強夯法對地基進(jìn)行加固處理，整體的經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)更加明顯，有效結(jié)合本次機場工程施工區(qū)域的地理條件特點，通過使用強夯法不但可以提高項目工程的施工效率，同時可以有效提高機場地基施工的整體質(zhì)量。

一、地基處理工作方案

根據(jù)本次機場項目工程施工條件，本次機場向工程基礎(chǔ)施工當(dāng)中的重點問題，在于基礎(chǔ)巖體的開挖填筑體處理挖填協(xié)調(diào)、變形處理、交界面抗滑處理以及邊坡防護(hù)處理等多項工作。

1.基巖開挖。

基礎(chǔ)巖體結(jié)構(gòu)天然抗壓強度相對較高，因此需要使用爆破處理工作方法來進(jìn)行處理，為了有效防止超挖和少挖問題的產(chǎn)生，有效保證基礎(chǔ)墊層的厚度大小均勻一致，保證地基結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性，要求基巖部分使用光面爆破，平均平整程度允許誤差值不能超過15cm，有效提高基巖開挖工作質(zhì)量和穩(wěn)定性。

2.填筑體處理要點。

在本次機場向工程施工過程中，填筑施工材料主要是以細(xì)砂粉土、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)顆粒土壤等各種原材料備注填充工作過程中，所使用的材料含水量相對較低，因此不容易直接進(jìn)行壓實。挖方施工區(qū)域土壤爆破開挖工作結(jié)束之后，由于填筑體顆粒程度相對較大，同時經(jīng)常會產(chǎn)生基礎(chǔ)材料鋪設(shè)不均勻，根據(jù)材料顆粒直徑大小對其進(jìn)行劃分，飛機軌道標(biāo)高以下2～10m范圍內(nèi)，通過使用細(xì)顆粒的土壤進(jìn)行填筑處理，最大顆粒直徑不能超過20cm，飛機軌道表面標(biāo)高10m以下范圍，可以通過使用粗顆粒材料來進(jìn)行填充處理，要求最大的材料顆粒直徑不能超過50cm。在填充工作過程中，需要對原材料的匹配進(jìn)行合理控制，含泥量不超過5%，含石塊總量不能超過70%，填筑施工材料不均勻系數(shù)需要大于10。填方區(qū)域高度局部需要達(dá)到47m，要保證邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性避免對填筑的施工質(zhì)量產(chǎn)生影響，需要優(yōu)先選擇使用級配更好的碎石土沙土作為常外回運施工填料，如果使用卵石塊石作為填料過程中，在強夯施工處理過程中，最大的顆粒直徑不能超過50cm，同時其中不能摻雜大量的淤泥耕土、膨脹土以及有機質(zhì)含量超過5%的土壤材料。

綜合所述，在填筑體處理工作過程中，通過采取水平分層鋪筑施工方法和分層強夯施工工藝技術(shù)，可以全面提高機場基礎(chǔ)施工區(qū)域的承載能力和穩(wěn)定性，如果所使用基層材料的含水量相對較低，會影響到實際壓實程度和處理工作效果。填筑體分層填筑施工之前必須要做好保濕處理工作，實際含水量需要控制在標(biāo)準(zhǔn)含水量到2%誤差范圍之內(nèi)。在基礎(chǔ)強夯工作過程中，需要有效控制填筑體材料當(dāng)中的水體含量、壓實系數(shù)材料的顆粒直徑大小以及材料的不均勻系數(shù)等各項參數(shù)，避免對機場基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。

二、強夯法的主要技術(shù)特點

在一些沙土，粉土、粘性土、碎石土等地基加固處理工作當(dāng)中，通過強夯法的使用效果非常明顯，可以對基礎(chǔ)面形成良好的加固處理作用。強夯法在一些濕陷性黃土地基處理工作中應(yīng)用效果尤為明顯，不但可以有效提高基礎(chǔ)基礎(chǔ)面的承載能力和穩(wěn)定性，同時材料的壓縮程度更低，強夯工作完成之后土壤的濕陷性和抗液化能力得到了全面改善。對于地下水位相對較淺的粘土和粉質(zhì)土壤地基條件而言，在加工處理工作過程中固結(jié)工作原理主要是以動態(tài)加固方式為主，當(dāng)基礎(chǔ)面底部的填充物在地下水位，或者是以下具有更強滲透性的情況下，通過強力壓實處理是主要的加固工作方法，在基礎(chǔ)底面部分通過大規(guī)模的整體壓實處理可以有效解決土壤當(dāng)中存在的大量空隙，以及對其中多余的水體進(jìn)行排出，可以有效提高地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性，使得地基基礎(chǔ)面的承載能力得到了全面提高。通過強夯法處理工作之后地基基礎(chǔ)面土壤的干重參數(shù)會有所增加，地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載能力有所提高，并且在道路路面結(jié)構(gòu)施工完成之后，表面的地質(zhì)條件穩(wěn)定性更強，由于受到土質(zhì)因素所產(chǎn)生的干擾，突然濕陷型和膨脹型，在特定的條件下會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的液化情況，因此需要通過更加復(fù)雜的處理工作方法來進(jìn)行控制。由于大部分的土壤在處理工作完成之后可以直接進(jìn)行使用，但是對于其中一些含水量相對較大的粘土條件，則不能直接進(jìn)行使用。如圖1：

圖1 強夯法

強夯法在使用工作過程中，不需要其他的建筑施工材料來進(jìn)行輔助處理，對土質(zhì)條件進(jìn)行壓力沖擊，以此來全面提高基礎(chǔ)施工材料的實用牢固性和穩(wěn)定性。由于原材料的購置成本相對較低，整個施工流程相對比較簡單，可以省略大量的原材料投入環(huán)節(jié)，除了機械成本之外基本上不存在其他的材料消耗，因此在整個估計成本投入量上相對較小，可以有效控制項目工程施工的整體造價。通常情況下，山區(qū)當(dāng)中的廢棄物填埋場地下水位相對較低，很多土壤當(dāng)中存在大量的礫石材料，通過使用強夯法對山區(qū)當(dāng)中的地基條件進(jìn)行處理效果非常明顯，但是在強夯法正式開始使用之前，必須要對施工區(qū)域的地質(zhì)條件情況進(jìn)行全面勘察和分析。山區(qū)內(nèi)部高填方地基，通常情況下是由削峰填谷所構(gòu)成，在回填施工過程中具有厚度更大、土質(zhì)更加松懈、填土性質(zhì)比較復(fù)雜、均勻性較差以及會出現(xiàn)不均勻沉降等各種情況，地下水位的改變和排水工作，對于施工區(qū)域基礎(chǔ)沉降所產(chǎn)生的影響非常明顯，尤其在黃土地基條件下，回填地基具有較強的軟弱特征，因此需要通過強夯法，對地基進(jìn)行加固處理工作之后，保證地基結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)穩(wěn)定性，控制地基后續(xù)使用產(chǎn)生的變形量大小，有效保證整個機場地基施工的順利開展[3]。

三、山區(qū)機場高填方地基施工處理工程中強夯法的具體應(yīng)用分析

1.工程概況。

本次機場項目工程建設(shè)施工位于我國某地區(qū)一處山村地帶，總占地面積570公頃，項目工程施工總面積23.5萬m2，本次機場項目工程建設(shè)施工跑道長度1200m，寬度30m，整個場地設(shè)計地勢主要是以西北高、東南低為主，和現(xiàn)狀地勢條件相符合。擬建場地區(qū)域的機坪位置自然地面標(biāo)高范圍在1395.5～1438.8m之間，施工區(qū)域場地的起伏程度相對較大，同時涉及地平標(biāo)高范圍在1435.5～1414.25m之間，機場的飛行區(qū)域和夯站區(qū)域很多地段需要進(jìn)行深度開挖處理，開挖完成之后需要保證填方高度范圍在4.8～25m之間，局部最深可地基施工的承載力，加固深度壓縮模量密實度20m。

2.強夯準(zhǔn)備工作。

在山區(qū)機場高填方地基處理工作過程中，對于整個項目工程施工規(guī)劃有著更加詳細(xì)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，同時在施工技術(shù)層面上的要求標(biāo)準(zhǔn)也相對較高，必須要保證機場高填方地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有效控制沉降問題所產(chǎn)生的影響。不但如此，地基施工問題也可以劃分成多個不同的工作層面，其中主要包含邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，地基下部和原有地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，地基交界面穩(wěn)定性等各種不同類型的問題。根據(jù)相關(guān)工作理論和實踐工作方案來進(jìn)行分析，因為不同地域、不同地質(zhì)條件下以及不同的土質(zhì)環(huán)境條件，都會對整個項目工程建設(shè)施工帶來較大的工作難度。與此同時，在施工原材料填方施工過程中，由于材料運輸設(shè)備以及運輸難易程度等方面因素的影響，造成原材料在供應(yīng)使用過程中也會存在一定的困難，同時還需要通過使用更加精密的計算機設(shè)備，有效控制機場高填方地基施工完成之后沉降量和差異沉降量大小，對相關(guān)工作人員的專業(yè)技能要求相對較高。在針對原有的地基和填方分別采用相應(yīng)的加固處理工作方法，有效控制基礎(chǔ)面的穩(wěn)定性要求。

3.高填方強夯設(shè)計工作方案。

通過對施工區(qū)域地理條件情況進(jìn)行全面勘察和分析，有效判斷強夯工藝方法在生產(chǎn)力當(dāng)中的適用性條件，判斷是否可以滿足機場地基施工的承載力、壓縮程度、地基模量等相關(guān)參數(shù)要求。對大面積的地基處理和土石方填筑設(shè)計工作提供出必要的參考依據(jù)，需要確認(rèn)不同填料的深度強夯強度等級，同時確認(rèn)不同強夯點的不主動的方法，對強夯次數(shù)強夯變數(shù)以及整體強夯沉降量大小進(jìn)行確認(rèn)，同時需要有效控制兩次強夯工作過程中的間歇時間，有效滿足強夯工作的實際工作要求。通過前期的試驗檢測工作開展，為大面積的地基處理以及土石方填筑工作提出必要的優(yōu)化處理工作方案以及相關(guān)工作建議，提高強夯工作的整體穩(wěn)定性。

4.單點夯機實驗工作分析。

（1）強夯點位設(shè)定。

通過對強夯施工區(qū)域不同的夯機點位進(jìn)行有效確認(rèn)，從中總共展開兩個單點夯機試驗工作。在夯機工作過程中需要對夯機次數(shù)進(jìn)行有效確認(rèn)，夯機次數(shù)越多在土體結(jié)構(gòu)當(dāng)中所形成的擠壓能量越大，但是隨著夯機次數(shù)的不斷增加基礎(chǔ)，土壤內(nèi)部的空隙率也會進(jìn)一步縮減，主體結(jié)構(gòu)的壓縮性能會達(dá)到極限狀態(tài)，整體的壓實量會趨于穩(wěn)定，因此需要對夯機的次數(shù)進(jìn)行控制，有效保證標(biāo)準(zhǔn)的夯機次數(shù)范圍內(nèi)，得到最佳的加工處理工作效果，有效減小實際工作量，提高工作效率并且縮短地基強夯工作時間。在進(jìn)行單點夯機實驗工作過程中，需要保證在互相垂直的方向上，基于行垂的外邊緣位置開始，每間隔0.5m需要設(shè)置出一個觀測點，總共設(shè)置出5個夯實點位。在正式開始測量工作之前，需要對夯實標(biāo)高大小進(jìn)行有效控制，要保證每一個區(qū)域夯實高度符合要求，同時要有效確認(rèn)夯擊次數(shù)。

（2）夯點間距大小確認(rèn)。

在地基夯實加固處理工作過程中，需要對夯點的間距大小進(jìn)行有效控制，避免夯點相互之間的沖擊能量形成擴(kuò)散而產(chǎn)生影響，對于分層填筑地基工程項目而言，通過合理布置房間點的幾率大小，可以最大限度上減小能量空白區(qū)域的深度，同時可以進(jìn)一步增大夯機點位的加固處理工的效果，不同的地基基礎(chǔ)土壤性質(zhì)和基礎(chǔ)底面的形狀大小也需要進(jìn)行事先確認(rèn)，夯點布置形狀和間距大小之間也存在著一定的差異性。因此，在基礎(chǔ)夯實工作過程中，必須要對這一問題加以充分重視，有效保證行基點和形狀之間的有效對應(yīng)，提高地基的總體架構(gòu)處理效果。在首次夯時工作過程中，夯機點的間距大小可以選擇夯垂直徑大小的2.5～3.5倍之間；第2次夯實點位的布置需要保證，在第1遍夯實點布置中間。本次機場項目工程基礎(chǔ)夯實工作工作夯實點，以8×8m成梅花形狀來進(jìn)行布置，實驗區(qū)域的夯實點平面布置和滿垂應(yīng)搭接布置如圖2所示：

圖2 夯實點位和方法

（3）夯機加固效果。

在夯機處理工作過程中，通過采取兩遍點夯、一遍滿行的處理工作方法，主夯點間距大小設(shè)定為8.00m，主行點分為兩次來進(jìn)行夯實處理，然后再使用2000kN、1500kN能量集進(jìn)行充分夯實一次，夯機次數(shù)為兩次夯實過程中相互之間的搭接范圍控制在30%。在夯實工作過程中需要對夯實間歇時間進(jìn)行有效控制，本次場地數(shù)據(jù)范圍內(nèi)回填土的天然含水量相對較低，因此在夯實工作過程中所形成的超空氣水壓力可以瞬間消散，因此不需要考慮到夯機間歇時間所產(chǎn)生的影響。在停錘工作標(biāo)準(zhǔn)方面每一次夯機點和夯機次數(shù)的設(shè)置，必須要符合基礎(chǔ)面土壤的性質(zhì)條件以及夯機下沉量的關(guān)系曲線，同時需要有效滿足以下的夯實工作條件。最后，夯沉量滿足以下要求：能級4 000k N·m，最后兩擊平均夯沉量小于等于50㎜；

能級6 000k N·m，最后兩擊平均夯沉量小于等于100㎜。在實際行機工作過程中，周圍地表面不能產(chǎn)生明顯的隆起，不能因為夯空深度過大造成起錘困難等情況。強夯工作結(jié)束后經(jīng)過后續(xù)的檢測和沉降量監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)場地區(qū)域的地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強符合項目工程基礎(chǔ)加固處理標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)語

機場項目工程在建設(shè)施工過程中，如果屬于山區(qū)地質(zhì)條件，經(jīng)常會遇到大量的高填方地基結(jié)構(gòu)，在地基施工處理工作過程中，核心問題是需要保證基礎(chǔ)內(nèi)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，不能產(chǎn)生嚴(yán)重的沉高填方地基處理工作結(jié)束后，實際沉降量和差異沉降量的控制工作難度相對較大，因此需要對原有的地基和填方地基采取分別處理工作方式，同時需要提交最終的處理工作結(jié)果，以此來有效達(dá)到地基穩(wěn)定沉降的控制工作要求和標(biāo)準(zhǔn)。