強夯法在廠房填土地基處理中運用研究

張永初

（中國水利水電第一工程局有限公司，吉林長春 130000）

0 引言

強夯法主要用于地基加固作業(yè)中，可利用控制夯錘高度，使其以自由落體的方式對地基進行科學(xué)處理，降低土壤壓縮系數(shù)，提高地基緊實性，進而達到穩(wěn)定加固的目的。在利用強夯法進行廠房的換土地基處理作業(yè)時，需要注意應(yīng)在節(jié)能環(huán)保、保證施工質(zhì)量的同時，有效縮短工期、減少資金投入。從實際使用的角度來看，強夯法具有極高的使用價值。

1 強夯法概述

1.1 概念

強夯法又可被稱為動力固結(jié)法，主要是利用各類起重裝置將一定重量的夯錘抬高至規(guī)定高度，使其在重力的作用下為地基施加較大沖擊動能，并在地基中產(chǎn)生沖擊應(yīng)力，提高土壤密實性、減小土體孔隙，達到排水的目的，如圖1所示。土體在受到擠壓期間將出現(xiàn)局部液化的問題，導(dǎo)致各夯擊點周邊土壤開裂，為孔隙水及氣體的排出提供較為良好的通道，幫助土粒進行重組，并達到土壤固結(jié)的目的，有效提升地基承載力，其使用優(yōu)勢在于經(jīng)濟實惠、操作簡便、成效明顯，具有極大的使用價值。需要注意的是，由于強夯法的實際施工噪聲較大，因此需要盡量選擇遠離城區(qū)及建筑物密集的區(qū)域開展施工作業(yè)[1]。

圖1 利用強夯法進行作業(yè)

1.2 作用

利用強夯法進行建筑施工的作用在于以下3點：①可有效提升地基的承載能力，強夯法主要可用于砂土、填土、黃土、碎石土、一般粘性土等土質(zhì)的地基作業(yè)中，經(jīng)過處理后得到的地基其承載力及土壤密實度將得到顯著提高。②利用強夯法進行施工可有效避免地基出現(xiàn)不均勻沉降的問題，并實現(xiàn)深層加固，保證施工人員及業(yè)主安全，使用均勻作業(yè)的方式可降低土壤壓縮性，并將實際沉降差控制在預(yù)定的施工標(biāo)準(zhǔn)范圍中。③利用強夯法可有效縮短實際工作時長，提高施工效率。通過以往的施工經(jīng)驗可知，每開展一次強夯作業(yè)，地基將沉降20～50cm，二次夯擊將產(chǎn)生的瞬時沉降，是一次強夯沉降量的3/5，施工速度明顯增加。在強夯環(huán)節(jié)結(jié)束后，即可直接開展后續(xù)的施工作業(yè)，無須預(yù)留保養(yǎng)、緩沖時間，可有效縮短實際施工工期[2]。

2 工程概況

本文以衡山科學(xué)城廠房工程施工為例進行分析，已知該工程共需建造十余棟4層建筑，整體場地為低山丘陵地貌，包含西南—東北的U形溝谷，現(xiàn)已基本填平。通過對施工現(xiàn)場進行調(diào)研分析可知，大多為紫褐色夾雜黑黃色的土體，由硬質(zhì)泥巖塊、碎石、黏性土及少量磚塊、瓦片、混凝土碎石塊、植物根莖等堆填而成，部分底部土層具有淤泥質(zhì)特征，且堆填時間不一，尚未開展夯實固結(jié)作業(yè)，土質(zhì)松散且含水量較大，層厚1～12m，平均填土厚度在6m左右，具體狀況如圖2所示。

圖2 部分施工現(xiàn)場實際狀況

3 填土層處理方案比選

依據(jù)當(dāng)前現(xiàn)場勘測結(jié)果，施工人員可繪制地表等高線，得到不同場地的實際填土厚度，并依據(jù)相關(guān)圖紙將填土厚度在6m以下的區(qū)域設(shè)置為Ⅰ區(qū)，填土厚度在6m以上區(qū)域的設(shè)置為Ⅱ區(qū)，按照施工需要進行分區(qū)處理。

3.1 強夯

3.1.1 普通強夯

施工人員利用夯錘可為施工現(xiàn)場的土壤施加4×106～8×106N·m的夯擊能，并依據(jù)實際施工需要明確具體的強夯間距，對廠房及周邊道路開展填土地基強夯施工作業(yè)。其中Ⅰ區(qū)可選用夯擊能在4×106N·m的設(shè)備分別開展一次點夯及滿夯作業(yè)，使其實際地基承載能力在140kPa以上，壓縮模量為4MPa，平均加固深度為5.5m。Ⅱ區(qū)可選用夯擊能在8×106N·m的設(shè)備分別開展三次點夯、一次滿夯作業(yè)，平均加固深度為8.5m。且由于底部土壤具有淤泥質(zhì)的特性，且夾雜少量中、強等級的風(fēng)化巖塊，因此其土質(zhì)松軟、含水量高，在強夯作業(yè)結(jié)束后將出現(xiàn)橡膠狀情況。但需要注意利用以上兩種強夯方式開展施工作業(yè)均無法深入底部，但在一定深度范圍內(nèi)將形成不均勻的硬殼層，且上部土層可得到有效壓實，可用于周邊道路及擬建場地地坪施工，有效避免出現(xiàn)不均勻沉降的問題。另外，實際施工現(xiàn)場地貌為溝谷水塘，若是填土作業(yè)期間未及時清理并挖掘排水通路，將導(dǎo)致降水滲透為地下水，并在填土的作用下變?yōu)闈撍徚鳎叵滤惶Ц?，對下部土層造成侵蝕，長此以往將導(dǎo)致其發(fā)生不均勻沉降。同時，受到原本地貌的影響，在強夯工作結(jié)束后，仍會出現(xiàn)少量沉降問題，出現(xiàn)U形洼地，在后續(xù)建筑施工期間，將有可能導(dǎo)致建筑物發(fā)生裂縫。

3.1.2 高能強夯

Ⅱ區(qū)可選用高能強夯的處理方式，保證實際工作質(zhì)量。第一遍強夯可控制夯擊間距在15～16m，選用夯擊能在16×106N·m的設(shè)備對填土區(qū)域的底部進行作業(yè)，第二遍則可控制夯擊間距在7～8m，選用夯擊能在8×106N·m的設(shè)備對填土區(qū)域中部進行作業(yè)，第三遍則可控制夯擊間距在3～4m，選用夯擊能在4×106N·m的設(shè)備對填土區(qū)域頂層進行作業(yè)，并最終利用擊能在2×106N·m的設(shè)備開展一次滿夯作業(yè)。利用該種強夯方式，可將整個填土工程分為3個層次進行針對性作業(yè)，有效避免出現(xiàn)建筑地基、現(xiàn)場地坪、周邊道路的沉降問題。但此時已經(jīng)夯實的下方填土在一定程度上會影響地下水徑流流動暢通性，導(dǎo)致水位明顯升高，下方土層受到長期浸泡，將導(dǎo)致其出現(xiàn)不均勻沉降問題。應(yīng)注意，高能強夯的施工方式優(yōu)于普通強夯法，但存在工期長、資金投入多等問題，需要施工人員依據(jù)需要靈活使用。

3.2 注漿法

注漿法實際上就是將在填土層中注入流動的水泥漿漿液，可用來填充土壤孔隙，保證其在重力的影響下填滿孔隙。土層孔隙受壓將滲出水分，并擠壓土體，直至出現(xiàn)剪切裂縫，此時水泥漿可對其進行有效填充，并與土體充分結(jié)合形成漿脈等網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可將原本疏松的土壤顆粒整合為統(tǒng)一整體，有效提升土體的實際密實度及防滲力，改善其理化性質(zhì)，提高荷載能力，有效減少沉降量。使用注漿法的缺點在于需要投入大量的人力、設(shè)備、財力，且施工周期較長。

3.3 強夯加下部填土注漿

選用夯擊能在4×106N·m的設(shè)備對填土地基進行加固可保證其平均加固深度在5.5m左右，但在遭遇大規(guī)模降水后，地下水將依據(jù)原本地貌產(chǎn)生徑流，地下水將直接破壞地基底部土壤結(jié)構(gòu)，造成安全隱患問題。利用強夯加下部填土注漿可將下層土壤結(jié)合為一個整體，保證其滿足預(yù)計的施工需要，其缺點與注漿法類似，且無法控制施工質(zhì)量。

3.4 填換置換

使用該施工方式需要施工人員挖出已填土壤，并設(shè)計好排水盲溝，重新開展壓實作業(yè)，其特點在于可保證施工質(zhì)量，但存在施工時間長、投入資金多等不足。

綜上，受到施工現(xiàn)場以往地形地貌的影響，若是在施工前未進行相應(yīng)的排水溝清理、修建作業(yè)，將為后續(xù)的施工作業(yè)埋下安全隱患。使用普通強夯及組合強夯的方式進行施工極易產(chǎn)生沉降洼地問題，由此就需要施工人員依據(jù)不同的場地施工現(xiàn)狀，靈活選擇多種強夯作業(yè)方式，并在每次施工前，對施工區(qū)域的典型地段進行實驗，保證選用最為合理的方式提升地基換填施工質(zhì)量[3]。

4 處理方法

4.1 施工方式

在本工程的施工作業(yè)期間，需要施工人員選用普通強夯、后期保養(yǎng)的處理方式，避免地坪、道路等出現(xiàn)沉降問題。

對于已填土區(qū)域，可在實際施工周邊加裝截水溝，并利用普通強夯的方式進行土壤壓實作業(yè)，若出現(xiàn)沉降問題，則需要考量采用樁基礎(chǔ)施工作業(yè)時夯實土體對樁基摩擦阻力的影響。且強夯作業(yè)結(jié)束后，可在場區(qū)地坪位置加鋪100cm左右的碎石層，減少廠房沉降問題。當(dāng)廠房正式開始使用后，需要注意避免生活用水、工業(yè)用水深入地下，造成廠房地基的不均勻沉降。已填場地施工前現(xiàn)場如圖3所示。

圖3 已填場地施工前現(xiàn)場

對于未填土或填土較薄的區(qū)域，施工人員需要將底部的淤泥質(zhì)土體及植物根莖等雜質(zhì)清理干凈，并在溝底設(shè)計具有反濾層的排水盲溝，或直接修整原有排水溝。在未填土地區(qū)的原地表處需額外鋪設(shè)60cm厚的片石層，并加裝反濾層，實現(xiàn)滲水的有效排出。施工時可依據(jù)以上施工要求開展分層填土強夯作業(yè)，保證隔層土壤厚度在6～8m[4]。施工現(xiàn)場臨時排水設(shè)施如圖4所示。

圖4 施工現(xiàn)場臨時排水設(shè)施

4.2 注意事項

4.2.1 控制強夯次數(shù)

強夯作業(yè)的次數(shù)是保障換填地基施工作業(yè)質(zhì)量的主要影響因素，施工人員需要保證在正式開展強夯作業(yè)前，充分分析現(xiàn)場施工需要及土層地質(zhì)特征。一般情況下，需要將強夯次數(shù)控制在3次左右，但是施工人員需要依據(jù)實際現(xiàn)場狀況確定夯實次數(shù)。同時在確定強夯次數(shù)時，應(yīng)當(dāng)充分考慮施工現(xiàn)場土壤結(jié)構(gòu)對夯實次次數(shù)的影響。若是土壤顆粒較粗，則可減少夯擊次數(shù)；若是土壤顆粒較細，則可增加夯擊次數(shù)，保證利用強夯法達到預(yù)定的施工需要，為后續(xù)施工創(chuàng)造條件。

4.2.2 調(diào)整間隔時間

夯實作業(yè)的間隔時間在一定程度上與工程質(zhì)量掛鉤。在開展作業(yè)期間，需保證強夯作業(yè)的合理時間間隔，進而減少土層孔隙中的水分，有效提升強夯作業(yè)質(zhì)量。在開展作業(yè)期間可綜合土層孔隙水排出時間及土層滲水能力確定具體的間隔時間，若是滲透能力較差，則需要將間隔時間控制在一個月左右，若是滲透能力較強，則可開展連續(xù)夯實作業(yè)。

4.2.3 保障夯實點

夯實點是保證強夯工作質(zhì)量的主要參考因素，施工人員可利用三角或正方形框架科學(xué)設(shè)定夯擊點，保證各點之間的間隔距離在8～10m，且整體施工保持一致。同樣，夯實點的實際間隔距離也需要依據(jù)實際現(xiàn)場施工技術(shù)及地基搭建要求進行適當(dāng)調(diào)整，但需要注意其數(shù)值應(yīng)保證在施工規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。另外，在填土較厚的區(qū)域，需要在第一次夯實作業(yè)時適當(dāng)擴大夯實點間距，并采用分層作業(yè)的方式保證夯實質(zhì)量。施工人員也應(yīng)當(dāng)落實后續(xù)的地基處理作業(yè)，保證其應(yīng)力平均分散，提高地基施工穩(wěn)定性[5]。

5 結(jié)語

綜上而言，強夯法具有適用能力強、資金投入低、操作流程少、施工周期短等優(yōu)勢，可極大提升廠房填土地基處理作業(yè)的質(zhì)量，滿足預(yù)計的施工標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)建筑單位需要合理運用多種強夯組合法，處理好已填土及未填土區(qū)域，并從控制強夯次數(shù)、調(diào)整間隔時間、保障夯實點等角度進行綜合考量，有效提升廠房地基的荷載能力及安全系數(shù)，為后續(xù)的高質(zhì)量施工創(chuàng)造條件。