強(qiáng)夯法在吹填土地基處理中的應(yīng)用

孫殿武

（大連長興島臨港工業(yè)區(qū)公路管理段，遼寧大連116317）

強(qiáng)夯法在吹填土地基處理中的應(yīng)用

孫殿武

（大連長興島臨港工業(yè)區(qū)公路管理段，遼寧大連116317）

以某場地地基處理為例，結(jié)合工程地質(zhì)條件，采用強(qiáng)夯法對沖填土地基進(jìn)行處理。通過試夯實(shí)驗(yàn)來確定強(qiáng)夯施工參數(shù)，并以此進(jìn)一步指導(dǎo)后續(xù)施工。其成果對強(qiáng)夯地基處理技術(shù)在吹填土地區(qū)的應(yīng)用和推廣具有參考價(jià)值。

強(qiáng)夯法；吹填土；地基處理

1　概述

我國沿海灘涂幅員廣大，伴隨著近年來經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，圍海造地工程建設(shè)風(fēng)起云涌。每年陸地面積擴(kuò)展速度以數(shù)百上千平方米計(jì)，但吹填土地基處理技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上這一迅猛勢頭，吹填土土性也愈來愈復(fù)雜?？傮w上看，從吹填砂礫、粉砂和移山倒海土石料逐漸向細(xì)粒土方向發(fā)展。由此帶來的巖土工程問題也日趨復(fù)雜，技術(shù)含量也更高。目前處理軟弱地基的方法主要有強(qiáng)夯振沖碎石樁、砂樁等，而強(qiáng)夯法具有設(shè)備簡單、施工便捷、適應(yīng)范圍廣、節(jié)省材料、降低投資、工期短等優(yōu)點(diǎn)，已被實(shí)踐證明是一種較好的、行之有效的地基處理方法。它常用來加固碎石土、砂石、土、粘性土、雜填土、濕陷性黃土等各類地基，不僅能提高地基的強(qiáng)度并降低其壓縮性，而且還能改善其抵抗振動液化的能力和清除土的濕陷性，因此已廣泛應(yīng)用于高等級公路軟弱地基的加固工程中。

1.1吹填土基本物理特性

吹填土又名沖填土，是在整治和疏通江河行道時(shí)，用挖泥船和泥漿泵把江河和港口底部的泥砂通過水力吹填而形成的沉積土。在吹填過程中，泥沙結(jié)構(gòu)遭到破壞，以細(xì)小顆粒的形式緩慢沉積，因而具有塑性指數(shù)大、天然含水量和孔隙比大、重度小、高壓縮性、滲透性小等特點(diǎn)。由吹填土構(gòu)成的地基，強(qiáng)度很差，一般不能直接用于工程建設(shè)，需要進(jìn)行地基處理。

吹填土一般具有容重小、孔隙比大、含水量高、強(qiáng)度極低的特點(diǎn)。這種松軟地基不經(jīng)處理施工機(jī)械無法在其上通行。過去對這類土地一般需要擱置若干年，待其在自重作用下固結(jié)并在表面形成具有一定強(qiáng)度的硬殼層后，才能開始采用輕型機(jī)械進(jìn)行軟土的加固處理。

吹填土物質(zhì)組成及工程性質(zhì)不均一，時(shí)間因素對其影響較大；含水量和孔隙比很大，重度小；塑性指數(shù)大，一般在15以上；強(qiáng)度很低，承載力很小，且靈敏度很高；壓縮性很高，沉降量很大；滲透性小，沉降速度慢。自重作用下吹填土獲得的固結(jié)比天然軟土大，也表明吹填軟土比天然軟土具有更大的欠固結(jié)特性、可壓縮特性。

1.2強(qiáng)夯法加固機(jī)理

強(qiáng)夯法是法國Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法。通常，它通過8t-30t的重錘（最重可達(dá)200 t）和8 m-20 m的落距（最高可達(dá)40 m），對地基土施加很大的沖擊能，其能量一般為500 kN·m～8 000 kN·m。在地基土中所出現(xiàn)的沖擊波和動應(yīng)力，可提高地基土的強(qiáng)度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時(shí)夯擊能還可以提高土層的均勻程度，減少將來可能出現(xiàn)的差異沉降。采用強(qiáng)夯法加固非飽和土是基于動力壓密的概念，即用沖擊型動力荷載，使土體中的孔隙體積減小，土體變得更為密實(shí)，從而提高其強(qiáng)度。在土體形成的漫長過程中，由于各種非常復(fù)雜的風(fēng)化過程，各種土顆粒的表面通常包裹著一層礦物和有機(jī)物的多種新化合物或膠體物質(zhì)的凝膠，使土顆粒形成一定大小的團(tuán)粒。這種團(tuán)粒具有相對的水穩(wěn)性和一定的強(qiáng)度。而土顆粒周圍的孔隙被空氣和液體所充滿，即土體是由固相、液相和氣相三部分組成。在壓縮波能量的作用下，土顆粒相互靠攏，氣體部分首先被排出，顆粒進(jìn)行重新排列，由天然的紊亂狀態(tài)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，孔隙大為減小。因此，可以認(rèn)為對非飽和土的夯實(shí)變形主要是由于顆粒間的相對位移而引起的，也可以說，非飽和土的夯實(shí)過程，就是土中氣相被擠出的過程。

2　工程實(shí)例

2.1工程地質(zhì)概況

某工程位于瓦房店市交流島鎮(zhèn)葫蘆山灣內(nèi)大山村北側(cè)附近的渤海水域，地處遼東半島西南部，西南側(cè)瀕臨渤海灣。

場地內(nèi)表層土主要為沖填土（灰褐色、灰黑色，主要由粉土、砂土、淤泥等組成，夾有少量粘性土及碎石，含有貝殼碎屑），厚度為0.5～2 m。

據(jù)勘探資料，巖土層的工程特性及分布規(guī)律如下：

（1）素填土：黃褐色，稍濕，松散，主要由粘性土、全風(fēng)化巖及碎石等組成，碎石含量5%～50%左右，粒徑1～10 cm，回填時(shí)間3 a左右，鉆孔揭露厚度0～0.80 m，底板埋深0～0.80 m，底板標(biāo)高8～8.8 m。

（2）沖填土：灰褐色、灰黑色，主要由粉土、砂土、淤泥等組成，夾有少量粘性土及碎石，含有貝殼碎屑，鉆孔揭露厚度0.90～5.50 m，底板埋深0.90～5.50 m，底板標(biāo)高1.1～1.5 m。根據(jù)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，變異系數(shù)δ=0.51＞0.40，變異性很高，表明沖填土不均勻， 未經(jīng)處理，不宜作基礎(chǔ)持力層。

圖1　試驗(yàn)段局部地質(zhì)剖面圖

通過試夯后檢測結(jié)果，確定強(qiáng)夯法處理后該吹填土地基承載力及有效影響深度。

2.2施工方案

2.2.1試夯試驗(yàn)

清除沖填土表層后回填深度1.5 m和2.0 m的石碴各造一處作為試夯區(qū)。

第一遍點(diǎn)夯為2 500 kN·m，最后兩擊沉降量≤50 mm，第三遍進(jìn)行1 000 kN·m的滿夯，2擊/點(diǎn)，搭接1/4錘印，強(qiáng)夯布點(diǎn)為4.5 m×4.5 m（見圖2）。

圖2　強(qiáng)夯布點(diǎn)圖

強(qiáng)夯單點(diǎn)夯擊試驗(yàn)：第一遍點(diǎn)夯2 500 kN·m、第二遍點(diǎn)夯2 500 kN·m、第三遍滿夯點(diǎn)夯1 000 kN·m。單點(diǎn)夯擊數(shù)及最后兩擊沉降量平均值應(yīng)滿足設(shè)計(jì)的要求。

強(qiáng)夯群夯夯擊試驗(yàn)：在夯前用10 m×10 m方格網(wǎng)測量場地高程，按照布點(diǎn)圖埋設(shè)3個(gè)觀測標(biāo)點(diǎn)，按照單擊夯擊試驗(yàn)確定的最佳夯擊數(shù)和夯間距設(shè)計(jì)確定的標(biāo)準(zhǔn)逐點(diǎn)夯擊，測量每夯點(diǎn)每夯擊一下的下沉量，每遍點(diǎn)夯完成后測量觀測點(diǎn)變形量，用鏟車平整壓實(shí)后，再用10 m×10 m方格網(wǎng)測量場地夯后標(biāo)高，計(jì)算場地變形量，確定場地夯后的標(biāo)高，與設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高相比較計(jì)算場地填挖方量。

試夯結(jié)果：

第一遍點(diǎn)夯，12～14擊/點(diǎn)，最后兩擊夯沉量≤100 mm，試夯深度在1.6～2.2 m。第二遍點(diǎn)夯，12～13擊/點(diǎn)，最后兩擊沉降量≤50 mm。夯沉深度在1.0 m～1.5 m之間。第三遍滿夯，在第一遍點(diǎn)夯時(shí)，夯沉在1.6～2.2 m深度時(shí)，地下水暴露，夯時(shí)，地下水四處飛濺。

2.2.2施工方法及順序

2.2.2.1點(diǎn)夯施工

強(qiáng)夯施工前，平整場地，平整度和表面硬度應(yīng)滿足施工設(shè)備安全行走要求。同時(shí)，用全站儀向施工廠區(qū)內(nèi)引測施工圖角點(diǎn)控制坐標(biāo)，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)核無誤后，再按施工圖布置夯點(diǎn)，并用顏色鮮明塑料袋標(biāo)出各強(qiáng)夯點(diǎn)位置。

強(qiáng)夯機(jī)和夯錘就位后，要對夯錘的落距進(jìn)行測量，施工時(shí)采取措施，使其在夯擊過程中落距始終保持不變，確保每擊均能達(dá)到設(shè)計(jì)單擊夯擊能，測量就位后的錘頂面標(biāo)高和地面標(biāo)高，將夯錘起吊至預(yù)定高度后自動脫鉤，夯錘夯擊地面，測量夯錘頂面標(biāo)高，減去夯錘就位時(shí)的頂面標(biāo)高即為第一擊的夯沉量，如此反復(fù)進(jìn)行，直至滿足最后兩擊的夯沉量的設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，以及設(shè)計(jì)要求的夯擊數(shù)后，停止夯擊，進(jìn)行移位。如若夯坑周圍出現(xiàn)大面積隆起時(shí)，查明隆起原因，嚴(yán)重隆起應(yīng)及時(shí)換填，再進(jìn)行施工，如此反復(fù)進(jìn)行，直至滿足最后兩擊的夯沉量的設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，以及設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)夯擊數(shù)后，停止夯擊，進(jìn)行移位。當(dāng)夯坑內(nèi)出現(xiàn)積水時(shí)，應(yīng)及時(shí)排水。若積水較少，回填石料，如此反復(fù)進(jìn)行，直至滿足最后兩擊的夯沉量的設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，以及設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)夯擊數(shù)后，停止夯擊，進(jìn)行移位。移位時(shí)，應(yīng)先將夯錘起吊一定高度，使錘底與夯坑底面脫離，但不能離開夯坑，夯機(jī)后退一定距離，再起吊夯錘，靠慣性使錘移動到下一夯點(diǎn)，此時(shí)應(yīng)立即脫鉤，隨時(shí)調(diào)整主機(jī)位置，使夯擊的吊桿、門架和夯錘保持最合理的受力形式狀態(tài)，再起吊夯錘，進(jìn)行夯點(diǎn)施工；重復(fù)上述步驟，直至所有點(diǎn)夯的夯點(diǎn)全部完成。

2.2.2.2強(qiáng)夯工藝流程

夯前檢測→場地平整→測量放線→第一遍點(diǎn)夯→場地平整→測量放線→第二遍點(diǎn)夯→場地平整→第三遍點(diǎn)夯→場地平整→滿夯→場地平整→測量標(biāo)高→夯后檢測。

2.3試夯結(jié)果

經(jīng)對靜力載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析，強(qiáng)夯場地表面承載力特征值不小于150 kPa。經(jīng)過超重型動力觸探與標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果綜合分析，在4.5 m以上，強(qiáng)夯效果加固明顯，在4.5 m以下加固效果不明顯。因此該方案強(qiáng)夯有效影響深度為4.5 m。

動力觸探及標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果如表1所列。

表1　動力觸探及標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果一覽表

3　結(jié)語

通過對強(qiáng)夯技術(shù)加固地基的分析，結(jié)合工程實(shí)例，可以說明強(qiáng)夯加固法是一種非常好的地基處理方法，尤其是相對于傳統(tǒng)的地基處理方法，具有較大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，強(qiáng)夯法的造價(jià)為擠密碎石樁的65%，為混凝土灌注樁的50%，而且還具有施工進(jìn)度快的特點(diǎn)，由此帶來的工期縮短，項(xiàng)目提前運(yùn)行，將產(chǎn)生十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

TU472.3+1

B

1009-7716（2015）05-0139-03

2015-01-27

孫殿武（1971-），男，遼寧瓦房店人，工程師，工程科科長，從事工程項(xiàng)目管理工作。