強夯法在南水北調中線總干渠安陽段應用分析

何寧杰

摘要：根據強夯法的工藝原理和在南水水調中線工程中的實際運用，從施工機械的選用、強務處理范圍的確定、地基含水量對強夯效果的影響、強夯間隔期等方面提出了建議。

關鍵詞：強夯法；南水北調；濕陷性；應用分析

中圖分類號：TU662文獻標識碼：A文章編號：1672-3198(2009)04-0297-01

1工藝原理

強夯法又稱動力固結法，是用起重機將8～40t重夯錘吊高到6～26m高度后，重錘自由落下，在土體中形成巨大的沖擊能量和沖擊波，土體局部產生振動液化，土體受到壓縮。在土體內部產生超孔隙水壓力。夯錘下落形成的巨大振動波會造成土粒間出現裂隙并形成樹枝狀排水通道，使土的滲透性變好，土中超孔隙水壓力大于土顆粒間的側向壓力，孔隙水和氣體沿裂隙不斷排出。孔隙減少，土體顆粒相互靠攏。隨著土體超孔隙水壓力的不斷消散，土體不斷的排水固結。土體密實度逐漸提高，滲透性降低，最終達到消除黃土濕陷性的效果。

2施工中應注意的問題

2.1施工機械的選用

目前在我國的強夯法施工中，尚無專用的起重機械，多以履帶式起重機配合自動脫鉤裝置組成。根據強夯機械起重能力和扒桿剛度太小，強夯機分為帶支架式和無支架式兩種，根據經驗，強夯機械起重能力應比錘重大2～3倍，當小于此范圍時在扒稈段部要加設龍門架或三腳架。

強夯機的選用直接影響到后續施工中強夯的布點和施工效率，采用帶龍門架的夯機，起重機要求功率較小，油耗量小，比較經濟。由于龍門架支腿的影響，夯機移動較慢，施工速度也較慢，另外此種夯機行走路線為直線時相對施工效率最高，宜采用正方形布點，不宜采用正三角形布點方式。不帶支架的強夯機，夯機移動、轉動靈活，夯擊范圍廣，起重速度快，施工速度快，但采用此種夯機對機械的起重能力和自身穩定性要求較高，油耗量比帶支架夯機要高2～3倍。此種機械適宜處理范圍大，能夠滿足連續施工要求的地基。

2.2強夯處理范圍的確定

經過強夯處理過的地基。在地基邊界處土體內會產生沒有夯擊過和夯擊過的邊界，從而造成邊界內外地基承載力的不均勻。為了避免在夯擊后的土體中出現地基承載力不均勻的“邊界現象”，引起上部堤體的差異沉降，從而造成渠堤開裂，所以強夯處理范圍就必須要比渠堤地基寬度有一定超寬。

強夯處理的超寬范圍有的建議用加固深度；有的建議用加固深度的1／2或1／4。在《濕陷性黃土地區建筑規范》規定“當為整片處理時，其處理范圍應大于建筑物底層平面的面積，超出建筑物外墻基礎邊緣的寬度，每邊不宜小于處理土層的1／2，并不應小于2m。”本工程地基處理為帶狀連片處理，因此超寬采用設計要求處理深度的1／2，為3m，

強夯處理的寬度是根據渠堤基礎面積加超寬寬度而成，具有很大的隨機性，并且與設計的強夯布點間距并不成倍數關系，不能保證強夯處理范圍邊緣線與夯錘剛好平齊。實際實施過程過程中，采取在外側增加一排夯點的方法解決，保證強夯處理區均在夯擊范圍內。

2.3地基含水量對強夯效果的影響

濕陷性黃土的特征是土體顆粒細，滲透系數小，并且有內聚力，當它處于最優含水量時具有較高的內聚力，因而強度很高，此時進行強夯施工，側面地面不易隆起，夯坑可以較深。當土的含水量增高處于飽和狀態時。土體內部內聚力變小。夯擊能過大只能造成周圍土體隆起，另外由于飽和土滲透系數很小時，滲透路徑長，排水困難，不利于內部超孔隙水壓力的消散，造成處理效果不理想。對于飽和度大的非飽和土，由于土體被壓縮，內部水份析出，強夯過程中會轉變為飽和土，用重錘夯擊只會產生無體積改變的握性變形，形成“橡皮土”。所以進行強夯施工對，一定要查明地基含水量，才能施工。

本工程地基土塑限含水量為20.5％，開始施工時，土體天然含水量為17.2％，強夯施工時，3000KN·M強夯處理地基單點經沖擊夯擊后，夯坑深度可達2.7m而夯坑周圍無明顯隆起，最后兩擊夯沉量也控制在5cm以下，夯機行走順利。后在雨季時施工，地基天然含水量升至22.4％以上，夯擊時，夯坑周圍土體隆起嚴重，最后兩擊夯沉量不能滿足小于5cm要求，并且發生吸錘，陷車現象。夯后濕陷性檢查，部分檢查點在3～4m深度濕陷性系數大于0.015。出現此情況后停止施工，等雨季過后，天然含水量降至合適范圍重新進行施工。

《濕陷性黃土地區建筑規范》6.3.4規定“采用強夯法處理濕陷性黃土地基，土的天然含水量宜低于塑限含水量1％～3％，當天然含水量大于塑限含水量3％以上時，宜采用晾干或其他措施適當降低其含水量。”所以采用強夯法處理濕陷性黃土時要提前查明地基天然含水量與塑限含水量后再開始施工，如天然含水量過大不宜施工時，要采取降水措施或停止施工。當采取降水措施困難或工期要求較緊時，可采用強夯置換法進行處理。

2.4強夯間隔期的確定

強夯各遍之間的間歇時問，主要取決于土的孔隙水壓力的消散情況。如果孔隙水壓力消散快，間歇的時間短；孔隙水壓力消散慢，間歇時間長。對于粘性土或沖積土，土體內黏粒含量高，粘聚力強，孔隙水壓力較慢，間隔期一般需要一周以上；對于砂類土內部黏粒含量少，粘聚力小，孔隙水壓力消散較快，可以減少間隔期至一周以下。因此，在強夯作業前要對地基土質土性進行檢查黏粒含量、滲透系數試驗，查明土壤的土性，從而確定合理的間隔期。本工程為粉性土，確定的強夯間隔期為一周。

3結果

采用強夯法處理各類不良地質，具有速度快、加固效果明顯、經濟效益高等特點，但由于國內外對強夯法處理不良地基的機理研究還很粗淺，有些理論還建立在假設基礎上，只能從實踐中摸索前進，所以在實施過程中要提前對各種影響工程施工的因素提前進行分析準備，在正式施工前，選取一定區域進行強夯試驗，確定合理的施工參數，才能經濟、有效的達到想要的處理效果。