超高能級強夯地基處理技術(shù)的應用分析

郭 敏

（山西機械化建設集團有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的進程中，土地資源緊缺的局面愈發(fā)明顯，為獲得更寬廣的發(fā)展空間，以填海造陸的方法建設地基成為重要的趨勢，例如港口、碼頭等。但就現(xiàn)場地質(zhì)條件來看，該類陸域地塊的土質(zhì)偏松軟，地基缺乏足夠的承載性能，不具備直接建設的條件，因此需采取地基處理措施，以改善地基的使用效果。填海造陸的面積較大、地基處理要求較高，可采用兼具質(zhì)量和效益的強夯法，以較少的資源投入完成地基處理工作。隨著行業(yè)的發(fā)展，超高能級強夯地基處理技術(shù)應運而生，其在地基處理中的突出應用優(yōu)勢也正在逐步顯現(xiàn)。

1 工程概況

大連金州灣國際機場，以離岸填海建造人工島的方法建設，按4F標準建設飛行區(qū)，具備起降“空中客車”A380大型民航客機的能力。工程陸域形成區(qū)的土層分布一致性較好，主要分為如下幾個層次：第一層，海相沉積的軟土層，層厚9m～16m，不同范圍厚度有所差異，總體呈現(xiàn)自南向北增厚的特點；第二層，海陸交互相沉積的黏土和粉質(zhì)黏土層；第三層，陸相沉積的黏土和粉質(zhì)黏土層。工程采用疏浚換填處理方法，回填陸域交工標高3.2m～5.25m，回填土層平均厚度23m；規(guī)劃57.5m×120m的區(qū)域，組織超高能級強夯試驗，夯擊能達到18000kN·m。

2 超高能級強夯地基處理技術(shù)施工技術(shù)要點

2.1 施工工藝流程

基本流程為：現(xiàn)場準備——第1遍點夯、過程填料——第2遍點夯、過程填料——第3遍點夯、過程填料——滿夯——質(zhì)量檢驗。

2.2 施工技術(shù)要點

2.2.1 現(xiàn)場準備

全面的現(xiàn)場準備能夠給超高能級強夯創(chuàng)設良好的條件，具體如下：

（1）施工測量。為了保證測量的全面性和準確性，采取的是“從整體到局部”的基本工作思路；根據(jù)現(xiàn)場的坐標控制網(wǎng)，結(jié)合圖紙要求，準確測放各主控制點的位置，在此基礎上，完成其他夯點的測放工作。

（2）復核?？紤]到點夯位置的準確性要求，每遍夯擊前先復核放線結(jié)果，確認無誤后方可夯擊。

（3）夯錘的調(diào)整。根據(jù)夯擊要求，安排夯錘就位，此時檢測夯錘中心與夯點，判斷兩者是否重合，若有偏差則加以調(diào)整。

（4）培訓與交底。施工前組織員工培訓，提高其工作水平，使其掌握設備操作方法；組織技術(shù)交底，使施工人員對現(xiàn)場的情況有著全面的認識，避免盲目施工。

2.2.2 夯錘落距的控制

綜合考慮夯擊能要求和錘重，據(jù)此確定合適的落距。通過鋼絲繩鎖定控制的方式有效調(diào)整落距，保證其合理性，并準確地在龍門架處標記落距。施工中可能采用到不同重量的夯錘，各自對應的落距有所不同，因此需要詳細進行交底。實際施工中，加強對夯錘落距的檢測與控制，要求偏差在0.3m以內(nèi)，且越小越好。

2.2.3 夯擊次數(shù)

提前組織試驗，通過此方式確定合適的夯擊次數(shù)，在試驗期間充分關(guān)注前、后相鄰兩次夯擊的夯沉量，要求后一次不超過前一次，以便經(jīng)過重復夯擊后，使地基逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐崱⒎€(wěn)定的狀態(tài)。

2.2.4 間距及布點形式

（1）點夯。分多次有序完成點夯作業(yè)：第1遍，夯擊能18000kN·m，夯點布置在正方形角點，各點夯擊42擊；第2遍，夯擊能18000kN·m，夯點布置在正方形對角線交點，各點夯擊38擊；第3遍，夯擊能8000kN·m，夯點布置在正方形單邊中點，各點夯擊15擊。還需關(guān)注每遍的最后兩擊平均夯沉量，均不可超過150mm。

（2）滿夯。按前述提及的思路點夯后，整平場地，進入滿夯環(huán)節(jié)，此時夯擊3遍，夯擊能均按照2000kN·m予以控制，夯點錘印疊加1/3。

2.3 施工期間的控制要點

2.3.1 主夯點原點預夯

場地承載力不足時，若直接組織高能級強夯作業(yè)，可能會出現(xiàn)夯錘大范圍沉陷的情況，難以順暢地將夯錘從淤泥中拔出。為此，采取原點預夯的處理方法，逐步提高能級。用5000kN·m的夯擊能予以處理，在此期間存在夯坑出水、吸錘等問題，此時根據(jù)實際情況及時填料，且夯坑中存在積水時禁止強夯，而是需要以回填的方法加以處理，但此條件下的回填量無需達到填滿的狀態(tài)，正常情況下以蓋過水面30cm～50cm為宜?；靥钏玫奶盍狭娇刂圃?0cm以內(nèi)，但不可過小，否則填料難以承受過于強烈的沖擊作用。經(jīng)過夯擊后，若夯錘無明顯下沉跡象，則填平夯坑，而后將夯擊能提升至8000kN·m，在此過程中仍有可能出現(xiàn)5000kN·m強夯時的問題，此時依然需要及時以填料的方法加以解決。在整個強夯施工期間，需要加強對夯機運行狀態(tài)的觀測，避免因傾斜而誘發(fā)安全事故。

2.3.2 主夯點的控制

預夯后，組織超高能級主夯點施工，此階段的前2擊可能仍有前述提及的透水或是其他問題，依然需以回填的方式加以處理，但具體根據(jù)實際情況做局部回填即可。隨著夯擊次數(shù)的增加，夯坑逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的狀態(tài)，此時透水不再發(fā)生，待夯坑達到3m左右時可以安排填料，但需做3次連續(xù)夯處理，以確保填入的石料能夠在外力作用下被送入軟弱土層，每次連續(xù)夯的錘擊數(shù)至少達到8擊，具體根據(jù)實際情況做合理的控制，待最后兩擊平均夯沉量不超過15cm時，具備停夯的條件。夯擊期間加強觀察，若夯坑底歪斜，先檢查具體情況，再用碎石墊平坑底；全過程中夯錘的氣孔需保持暢通的狀態(tài)，若有堵塞現(xiàn)象，也需及時清理干凈。以18000kN·m強夯為例，其夯點布置情況，如圖1所示。

圖1 18000 kN·m強夯夯點布置圖（單位:m)

結(jié)合圖1內(nèi)容展開分析，明確點夯、滿夯的作業(yè)要點，具體如下：

（1）點夯。分多次有序完成點夯作業(yè)：第1遍，夯擊能18000kN·m，夯點布置在正方形角點，各點夯擊42擊；第2遍，夯擊能18000kN·m，夯點布置在正方形對角線交點，各點夯擊38擊；第3遍，夯擊能8000kN·m，夯點布置在正方形單邊中點，各點夯擊15擊。還需關(guān)注每遍的最后兩擊平均夯沉量，均不可超過150mm。

（2）滿夯。點夯后整平場地，進入滿夯環(huán)節(jié)，此時夯擊3遍、夯擊能均按照2000kN·m予以控制，夯點錘印疊加1/3。

（3）填料。材料選用的是開山碎石土，最大粒徑不超過300mm，不摻雜樹根、雜草等不利于回填密實性的材料，含土量不超過30%。

2.3.3 現(xiàn)場清淤

每完成一遍夯擊作業(yè)后，及時將殘留在現(xiàn)場的淤泥清理干凈，以免影響后續(xù)夯擊作業(yè)的順利開展。

2.4 夯擊后的質(zhì)量檢測

現(xiàn)場檢測至關(guān)重要，時間安排在地基處理后的2～4周。檢測內(nèi)容包含：測量地面沉降量、土工試驗、標準貫入試驗、地基靜載荷試驗、重型動力觸探試驗、鉆探取樣分析。實測結(jié)果顯示，對于2000kN·m、18000kN·m而言，其應用效果為：置換深度分別為7.4m，、7.7m，加固深度分別為11m～12m、17m～18m。

2.5 回填材料

于吹填沙場回填碎石，厚度控制在2m，目的在于使夯機平穩(wěn)運行。夯坑回填時，材料可以選擇級配良好的石料，粒徑也需得到有效的控制，以便承受強夯期間的沖擊力。

3 超高能級強夯地基處理技術(shù)的質(zhì)量控制

3.1 夯擊次數(shù)的控制

以試夯的方式掌握現(xiàn)場情況，確定合適的夯擊次數(shù)，同時需要充分考慮到最后兩擊平均夯沉量，要求該值不超過10mm。

3.2 夯點間距及布點形式的控制

先安排原點預夯，在此基礎上，逐步增加夯擊能級，以循序漸進的方式完成夯擊作業(yè)，確保經(jīng)過處理后的場地有足夠的承載能力。強夯布點較為關(guān)鍵，較為可行的是正方形9m布點的方式，分4遍有序夯擊。

3.3 落距的控制

夯錘的落距根據(jù)工程夯擊能要求和錘重而定，在施工前需要對夯錘的質(zhì)量和落距做詳細的檢查，保證各項基礎條件均無誤。為保證落距的合理性，采取鋼絲繩鎖定控制的方式。

3.4 其他質(zhì)量控制措施

在現(xiàn)場設置醒目的控制樁，并采取有效的防護措施，以免在強夯施工中受損，后續(xù)定期復核，確保無誤。經(jīng)過夯點測量放樣后，設置標志。有效鎖定控制落距的鋼絲繩，實現(xiàn)對落距的有效控制，同時在龍門架上標記出落距標志。夯錘是強夯施工中的重要裝置，其氣孔需保持暢通的狀態(tài)，若有堵塞則及時清理。夯錘偏離坑中心時，做詳細的檢查，及時調(diào)整；若夯坑底部有明顯的歪斜現(xiàn)象，用土墊平，在此基礎上繼續(xù)夯擊。施工期間加強對數(shù)據(jù)的采集與記錄，例如每擊的沉降量，根據(jù)實測結(jié)果判斷實際夯擊情況，掌握停錘標準。若遇到夯沉量異常、地表隆起等問題，需加強觀測，及時與監(jiān)理工程師、業(yè)主溝通，基于現(xiàn)場情況探尋合適的解決辦法，盡可能在較短的時間內(nèi)以科學的方法處理問題。每遍夯前、夯后，均及時測量場地夯沉量，做對比分析，判斷夯擊施工效果。

4 超高能級強夯工藝的施工監(jiān)測與質(zhì)量檢測

第1、2遍點夯的監(jiān)測屬于重點內(nèi)容，所涵蓋的指標包含深層水平位移、分層沉降、孔隙水壓力、地下水位等，盡可能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性和監(jiān)測結(jié)果的可靠性，以便根據(jù)數(shù)據(jù)分析強夯施工情況，用數(shù)據(jù)指導后續(xù)工作的開展。并且，組織試驗，檢測夯擊施工質(zhì)量。

4.1 深層水平位移的監(jiān)測

以土體深層側(cè)向位移監(jiān)測結(jié)果為例，根據(jù)實測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：

（1）水平方向。土體越遠離中心夯點時，深層水平位移越小，反之距離越近則越大。

（2）垂直方向。以地表約2.0m深度為分界點，該范圍內(nèi)的地表位移朝向夯點方向；反之，則具有遠離夯點的位移特點，且隨著深度的增加，位移量也將逐步加大，以深度為6.0m處最為特殊，此時的位移量最大，而超過6.0m后，即便深度逐步增加，但水平土體位移量并未呈現(xiàn)出增加的變化趨勢，反而是逐步減小，直至為零。

4.2 地表沉降的監(jiān)測

將夯坑周邊地表作為重點監(jiān)測對象，判斷其是否存在沉降、隆起的情況，若有則明確具體的發(fā)生量。結(jié)果顯示：夯坑周邊地表僅有沉降現(xiàn)象，具體程度取決于夯坑與地表的距離，越近則有越為明顯的沉降，反之沉降有所減小。

4.3 深層沉降的監(jiān)測

著重考慮的是分層沉降和深層沉降板監(jiān)測兩個方面，根據(jù)實測結(jié)果展開分析，可以發(fā)現(xiàn)：每遍點夯引起的地基沉降存在一處明顯的發(fā)生范圍，即集中在23m以內(nèi)，并且隨著深度的增加，沉降量有減小的變化趨勢；此外，隨著點夯遍數(shù)的增加，其引起的土層沉降量有逐步減小的變化趨勢。

4.4 孔隙水壓力的監(jiān)測

根據(jù)測頭埋設深度，對比分析各項孔壓數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)：孔壓測頭所測的孔壓變化最大值為119kPa，在不同深度范圍內(nèi)的表現(xiàn)有所不同，其中約20m深時約為40kPa，根據(jù)此特點可以得知，對于20m深度土層而言，夯擊能均會對其造成影響；還有部分孔壓測頭雖然有所變化但幅度較小，此時有理由說明該處的土體有良好的滲透性，雖然在夯擊過程中會產(chǎn)生孔壓，但其在短時間內(nèi)快速消散。

4.5 地下水位的監(jiān)測

以施工期間采集到的地下水位觀測數(shù)據(jù)為主要的參考，綜合考慮到現(xiàn)場潮汐變化，做系統(tǒng)性的分析?？梢园l(fā)現(xiàn)，地下水位、潮汐的變化具有較為明顯的同步性特征，此結(jié)果說明現(xiàn)場地基土體有良好的透水性；從另一角度來看，潮汐會對孔隙水壓力造成影響，換言之，在潮汐發(fā)生變化后，現(xiàn)場地基的孔隙水壓力也將發(fā)生改變。

4.6 夯坑夯沉量的監(jiān)測

第1遍點夯期間，在現(xiàn)場取1個夯點，圍繞該部位開展測量工作，采集夯坑的夯沉量數(shù)據(jù)?？梢园l(fā)現(xiàn)：不同作業(yè)階段的夯沉量有所差異，對于點夯前4擊而言，其共同特性在于單擊夯沉量較大，而隨著施工進程的推進，夯擊次數(shù)增加時，單擊夯沉量呈現(xiàn)出逐步減小的變化趨勢；通過對觀測數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性分析發(fā)現(xiàn)，累計夯沉量的增加值趨于收斂，意味著在夯擊能的作用下，地基土體具有密實性，經(jīng)過多次夯擊后，強夯加固效果良好。

4.7 強夯超重型動力觸探試驗檢測

地基加固前、后分別設3孔，以滿足超重型動力觸探試驗要求，于該處組織試驗，給超高能級強夯施工效果的判斷提供參考依據(jù)。根據(jù)實測結(jié)果展開分析，可以發(fā)現(xiàn)：相比于加固處理前，超重型動力觸探錘擊數(shù)有大幅度的增加，意味著現(xiàn)場地基的密實性較之于未處理時有顯著的提升，回填土的密度有所增加（表層約2.0m深度范圍除外），總體上，經(jīng)過超高能級強夯工藝處理后的地基在承載力、穩(wěn)定性方面均得到顯著的改善。

5 結(jié)束語

綜上所述，超高能級強夯對于提高地基綜合質(zhì)量而言有重要的意義，經(jīng)過本文有關(guān)于工程實例的分析后發(fā)現(xiàn)，在沿海地區(qū)填海造陸施工中，現(xiàn)場地基的承載性能有限，在應用超高能級強夯工藝后，可實現(xiàn)對塊石回填土地基的有效處理，土體原有結(jié)構(gòu)在強夯作用下遭破壞，土體由松散轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐崰顟B(tài)，影響深度超過20m，地基的強度提高，能夠給工程其它建設工作的開展提供良好的基礎。由此也說明，超高能級強夯在地基處理中具有可行性，有推廣應用價值。