填海工程強(qiáng)夯施工工藝探討

董 偉

（中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

得益于經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，我國(guó)基建工程如機(jī)場(chǎng)、鐵路、公路填海工程建設(shè)達(dá)到前所未有的規(guī)模。隨著強(qiáng)夯施工理論和施工技術(shù)的不斷完善，強(qiáng)夯施工工藝在地基加固處治中的應(yīng)用越來(lái)越多，強(qiáng)夯施工工藝的適用范圍也在持續(xù)擴(kuò)大[1]。然而，由于土體性質(zhì)的不同，松散軟土地基強(qiáng)夯施工設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算基本停留在經(jīng)驗(yàn)和定性分析層面，強(qiáng)夯法的施工質(zhì)量和施工效果有待進(jìn)一步研究，因此，深入研究強(qiáng)夯施工工藝，對(duì)于提高強(qiáng)夯施工工藝在填海工程地基處治中的應(yīng)用水平具有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文首先介紹強(qiáng)夯施工工藝的基本原理和主要優(yōu)點(diǎn)，并討論某機(jī)場(chǎng)填海工程軟土地基的夯擊能級(jí)等關(guān)鍵施工設(shè)計(jì)參數(shù)，最后總結(jié)強(qiáng)夯施工工藝流程和質(zhì)量控制措施。

1 強(qiáng)夯施工工藝應(yīng)用

1.1 工程概況

某機(jī)場(chǎng)填海工程三面環(huán)水，土地總面積為453，873m2，包括護(hù)岸、聯(lián)絡(luò)道、主跑道、土面區(qū)域，地基土體位于海平面下5m～15m，主要由淤泥、黏土、粉砂構(gòu)成的軟土，厚度約5m～15m，其自然承載力無(wú)法滿足施工設(shè)計(jì)要求。經(jīng)勘察，原有的施工場(chǎng)地地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)無(wú)法全面客觀反映試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)情況，對(duì)試驗(yàn)區(qū)一進(jìn)行追加勘察后，發(fā)現(xiàn)第二層淤泥黏土層平均厚度為3.03m～4.60m，試驗(yàn)區(qū)一基于淤泥質(zhì)黏土層實(shí)際厚度較大，原方案直接拋石擠淤工法難以控制工程質(zhì)量，調(diào)整為先清淤后拋填的方式進(jìn)行試驗(yàn)區(qū)陸域形成?；靥钪翗?biāo)高+3.50m工作平臺(tái)時(shí)，填石層加固厚度增大至平均14.5m，原強(qiáng)夯能級(jí)采用800kN·m難以有效加固全部海拋填石層，擬調(diào)整強(qiáng)夯能級(jí)至12000kN·m和18000kN·m來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果對(duì)強(qiáng)夯加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，選取合適的能級(jí)作為深海拋填石層大面積施工的強(qiáng)夯能級(jí)。

1.2 平面位置和施工便道調(diào)整情況

試驗(yàn)區(qū)一及施工便道的布置將根據(jù)機(jī)場(chǎng)平面規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)改造，東側(cè)和南側(cè)可以繼續(xù)建造機(jī)場(chǎng)的永久護(hù)岸。同時(shí)，改變?cè)囼?yàn)場(chǎng)一的規(guī)模，以便進(jìn)行兩種不同強(qiáng)夯能級(jí)地基加固試驗(yàn)?？紤]到潮汐變化對(duì)施工便道的影響，便道拋填頂標(biāo)高設(shè)置為+3.50m，兩側(cè)坡度設(shè)置為1∶15，海洋一側(cè)的邊坡防護(hù)面為800kg～1000kg塊石。在表層淤泥厚度超過(guò)3m的區(qū)域開(kāi)挖至淤泥厚度3m以?xún)?nèi)，通過(guò)拋石擠淤將剩余3m后的淤泥擠至邊側(cè)，按照拋石落底的標(biāo)準(zhǔn)控制。施工期路堤芯石可用塊石構(gòu)筑，塊石泥含量小于10%，飽和抗壓強(qiáng)度大于30MPa，無(wú)裂紋、級(jí)配良好。

1.3 清淤

結(jié)合工程區(qū)域現(xiàn)狀條件，對(duì)試驗(yàn)區(qū)一范圍及其周邊臨時(shí)便道區(qū)域，淤泥質(zhì)土清除至標(biāo)高-85m，其他便道區(qū)域清淤至厚度不大于3m，上層軟泥清淤采用“挖、運(yùn)、拋”的施工工藝，拋泥區(qū)位于指定拋泥點(diǎn)。

1.4 原地基處理方案（高能級(jí)強(qiáng)夯）

試驗(yàn)區(qū)一原地基處理按以下流程：清淤→回填→單點(diǎn)夯試驗(yàn)→確定強(qiáng)夯參數(shù)→強(qiáng)夯處理→盲區(qū)補(bǔ)強(qiáng)→淺層處理。

（1）回填試驗(yàn)∶回填爆破山皮石料至強(qiáng)夯工作平臺(tái)標(biāo)高，暫定3.5m。平臺(tái)區(qū)域大小為160m×160m，優(yōu)先通過(guò)回填周邊圍堰，圍堰頂寬15m，圍堰完成后，從四周向中間推進(jìn)回填，回填過(guò)程中如有出現(xiàn)明顯淤泥包（淤泥包頂高程大于-7.0m），應(yīng)及時(shí)測(cè)量淤泥包高度及范圍，并及時(shí)進(jìn)行清除。如淤泥包無(wú)法進(jìn)行清除，應(yīng)及時(shí)停止回填試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)一回填施工按照從外到內(nèi)的順序進(jìn)行。

（2）強(qiáng)夯試驗(yàn)分區(qū)∶回填完成后，兩側(cè)留出20m安全區(qū)域，高能級(jí)強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)面積定為120m×120m，分為兩個(gè)10m×60m區(qū)域分別對(duì)12000kN·m和18000kN·m能級(jí)進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn);進(jìn)行單點(diǎn)夯擊試驗(yàn)確定夯擊能[2]，初步選取單點(diǎn)夯試驗(yàn)夯擊能∶1200N·m和18000kN·m。

（3）強(qiáng)旁處理：進(jìn)行拋填頂面通旁處，強(qiáng)夯施工設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 強(qiáng)夯施工設(shè)計(jì)參數(shù)

（4）強(qiáng)夯平臺(tái)頂面表層采用沖壓處理，參數(shù)不變。

（5）原地基處理試驗(yàn)區(qū)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)數(shù)量應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，單個(gè)能級(jí)區(qū)內(nèi)檢測(cè)內(nèi)容和數(shù)量不變。

（6）要求對(duì)每遍強(qiáng)夯完成后的夯坑回填料數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.5 最佳夯擊能量的確定

在試驗(yàn)區(qū)一選取兩個(gè)夯點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，分別取夯擊能級(jí)12000kN·m、18000kN·m，夯擊間距分別取10m、12m，分兩遍夯擊，以選擇合適的夯擊次數(shù)和夯擊點(diǎn)之間的距離，當(dāng)夯擊達(dá)到設(shè)計(jì)沉降控制指標(biāo)時(shí)，夯擊結(jié)束。夯擊能級(jí)為12000kN·m的夯點(diǎn)曲線如圖1所示，夯擊能級(jí)為18000kN·m的夯點(diǎn)曲線如圖2所示。

圖1 12000kN·m某夯點(diǎn)曲線

理論上，地基孔隙水壓力在某個(gè)夯擊能級(jí)下達(dá)到土體覆蓋壓力時(shí)，該夯擊能級(jí)稱(chēng)為最佳夯擊能級(jí)[3]。砂土、碎石土應(yīng)使用不同的測(cè)量方法。該機(jī)場(chǎng)土體主要為開(kāi)山石料（碎石土），過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)表明，碎石土中的孔隙水壓力可以在幾分鐘內(nèi)升降，孔隙水壓力的增加無(wú)法隨夯擊能的增加而疊加。因此，可通過(guò)孔隙水壓力增加量與夯擊次數(shù)的關(guān)系曲線確定最佳夯擊能，當(dāng)孔隙水壓力的增加隨著夯擊次數(shù)增加趨于穩(wěn)定時(shí)，此時(shí)的夯擊能最佳，根據(jù)圖2可知，夯擊能量為18000kN·m時(shí)，累計(jì)夯沉量、每擊夯沉量更大，因此，最佳夯擊能量為18000kN·m，如圖3所示，夯擊次數(shù)18次左右孔隙水壓力增加量趨于穩(wěn)定，因此，最佳夯擊次數(shù)為18次。

圖2 18000kN·m某夯點(diǎn)曲線

圖3 試夯區(qū)1孔隙水壓力增量歷時(shí)變化曲線

2 強(qiáng)夯施工工藝流程及質(zhì)量控制

2.1 施工準(zhǔn)備

按設(shè)計(jì)規(guī)范要求平整填筑的+3.5m平臺(tái)，強(qiáng)夯區(qū)域測(cè)量放樣、布設(shè)夯點(diǎn)，報(bào)項(xiàng)目管理公司、監(jiān)理確認(rèn)，驗(yàn)收合格后進(jìn)行夯前標(biāo)高測(cè)量、靜力觸探、面波測(cè)試、標(biāo)貫試驗(yàn)，同時(shí)按設(shè)計(jì)要求布設(shè)孔隙水壓力計(jì)。

2.2 施工順序

2.2.1 建筑物和圍護(hù)墻強(qiáng)夯施工順序

（1）首先，清潔填筑體表面，清除表面所有海苔、浮標(biāo)等雜物。

（2）平整場(chǎng)地并測(cè)量場(chǎng)地高度。

（3）測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)夯點(diǎn)位置，夯點(diǎn)位置的偏差不應(yīng)超過(guò)5cm，強(qiáng)夯設(shè)備進(jìn)入施工場(chǎng)地，將夯錘中心對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)，偏差不超過(guò)15cm，強(qiáng)夯前測(cè)量并記錄錘頭的高度[4]。

（4）強(qiáng)夯機(jī)將夯錘提升至規(guī)定高度后自由落錘。根據(jù)落錘的重量，測(cè)量并記錄落錘后的錘頂高度，共夯擊2遍，每遍強(qiáng)夯不小于20擊，夯點(diǎn)間距12m，單點(diǎn)夯擊能量18000kN·m，最后兩擊夯沉量不大于200mm。夯點(diǎn)之間的距離為3.5m×3.5m，呈正方形排列。

（5）重復(fù)多次夯擊，直至達(dá)到施工設(shè)計(jì)要求的貫入度，強(qiáng)夯施工完成。

（6）將強(qiáng)夯機(jī)移至下一個(gè)夯點(diǎn)，重復(fù)步驟3～5，直到第一輪強(qiáng)夯施工完成。

（7）重復(fù)步驟2～6，依次完成第二個(gè)夯點(diǎn)位置施工。如果地基土質(zhì)較弱或含水量較高，則需要先換填磚渣再進(jìn)行強(qiáng)夯施工，以保證下道施工工序的施工質(zhì)量。

（8）強(qiáng)夯施工結(jié)束后，將場(chǎng)地平整，測(cè)量場(chǎng)地標(biāo)高，然后再實(shí)施補(bǔ)夯和滿夯。

（9）淺層補(bǔ)夯1遍，夯擊次數(shù)14，夯點(diǎn)間距6m，單點(diǎn)夯擊能量8000kN·m，滿夯單點(diǎn)夯擊能量1500 kN·m，單點(diǎn)夯擊次數(shù)3次，夯印搭數(shù)搭接1/4。

2.2.2 其他區(qū)域強(qiáng)夯施工順序

（1）回填至夯面高度后，將場(chǎng)地整平。

（2）架設(shè)強(qiáng)夯機(jī)，將夯錘中心對(duì)準(zhǔn)夯實(shí)點(diǎn)，點(diǎn)的偏差應(yīng)在15cm以?xún)?nèi)，強(qiáng)夯前測(cè)量并記錄錘頭高度，單點(diǎn)夯擊能量18000kN·m，夯點(diǎn)之間的距離為3.5m×3.5m，呈正方形排列。

（3）強(qiáng)夯將夯錘升至預(yù)定高度，自由落錘，測(cè)量并記錄錘頭頂部高度，直至達(dá)到貫入控制標(biāo)準(zhǔn)后才能進(jìn)行后續(xù)夯點(diǎn)的施工。

（4）將強(qiáng)夯機(jī)移動(dòng)到下一個(gè)夯點(diǎn)，重復(fù)步驟②～③直到所有夯點(diǎn)強(qiáng)夯施工完成。

（5）平整場(chǎng)地，測(cè)量場(chǎng)地高度，然后用低錘補(bǔ)夯、滿夯。淺層補(bǔ)夯1遍，夯擊次數(shù)14，夯點(diǎn)間距6m，單點(diǎn)夯擊能量8000kN·m，滿夯單點(diǎn)夯擊能1500 kN·m，單點(diǎn)夯擊次數(shù)3次，夯印搭數(shù)搭接1/4，夯擊結(jié)束后平整地面并測(cè)量其標(biāo)高。

2.3 質(zhì)量控制

(1)確保準(zhǔn)確的測(cè)量和定位。測(cè)量定位是強(qiáng)夯施工的首要步驟，其整體精度決定了強(qiáng)夯施工質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵。在施工過(guò)程中，施工人員必須根據(jù)夯點(diǎn)布置圖確定所有校準(zhǔn)夯點(diǎn)，經(jīng)確認(rèn)符合上述施工步驟完成后，項(xiàng)目管理公司、監(jiān)理按規(guī)定程序進(jìn)行驗(yàn)收復(fù)測(cè)。

(2)確保場(chǎng)地平整度符合施工要求。在強(qiáng)夯施工的準(zhǔn)備階段需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整處理，以保證場(chǎng)地平整度符合施工要求。場(chǎng)地平整后測(cè)量場(chǎng)地表面標(biāo)高，夯點(diǎn)位置是否與放樣點(diǎn)重合。

（3）施工前應(yīng)復(fù)核夯錘重量、夯錘落距及落錘控制手段，施工中應(yīng)檢查落距、夯擊遍數(shù)、夯點(diǎn)位置、夯點(diǎn)重合情況，必要時(shí)采用執(zhí)法記錄儀等手段全程記錄施工過(guò)程。

（4）確保強(qiáng)夯施工順序合理。監(jiān)理人員需確保施工人員按施工計(jì)劃分步進(jìn)行施工，使強(qiáng)夯工作由外向內(nèi)進(jìn)行。強(qiáng)夯施工完成后需要重新對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行平整，以保證后續(xù)強(qiáng)夯施工質(zhì)量。在強(qiáng)夯過(guò)程中，施工人員應(yīng)遵循“先深后淺”的原則。強(qiáng)夯過(guò)程完成后，施工人員需要進(jìn)行淺層補(bǔ)夯、滿夯，條件允許的情況下，可以使用小型夯錘[5]。

（5）強(qiáng)夯施工時(shí)必須按試驗(yàn)和規(guī)定的施工參數(shù)進(jìn)行夯實(shí)。強(qiáng)夯時(shí)需要保持夯錘平穩(wěn)，夯錘位置正確，夯點(diǎn)內(nèi)無(wú)水。如果滲入水超0.5m必須停止夯擊。每次作業(yè)完成后，施工人員應(yīng)檢查夯點(diǎn)，確保夯擊次數(shù)和地基沉降量符合要求。同時(shí)需記錄強(qiáng)夯施工過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)。

（6）施工結(jié)束后根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行固體體積率、面波、土體強(qiáng)度、孔隙水壓力測(cè)試，滿足要求后方可+3.50m以上土體填筑。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，強(qiáng)夯施工工藝是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的地基處理方法，可以有效加固地基，進(jìn)一步提高地基的承載力，降低地基土體的可壓縮性，有效消除地基的不均勻沉降。由于強(qiáng)夯施工機(jī)制的復(fù)雜性以及缺乏系統(tǒng)全面的理論研究，其實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展需要進(jìn)一步深入研究。本文將結(jié)合某機(jī)場(chǎng)填海工程，探討強(qiáng)夯施工工藝在填海工程地基加固處治中的應(yīng)用，以更好地了解強(qiáng)夯施工工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并為類(lèi)似工程施工提供技術(shù)參考。