淺談不良地震液化土強夯法的施工工藝

辛 德 武

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 工程概況

日照(嵐山)至菏澤公路橫貫魯南、魯西南地區(qū)，是山東省“八縱四橫一環(huán)八連”高速公路網(wǎng)中“一環(huán)”的組成部分。

K157+576.25～K157+602.5段地屬于微山湖以西菏澤區(qū)域，屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性半濕潤氣候。地貌為沖積平原，由黃河沖積而成，筑路材料較為貧乏，地勢平坦，呈西高東低，區(qū)內(nèi)海拔在5～222 m之間。該施工段位于地震Ⅶ度區(qū)，地震動峰值加速度為0.10～0.15 g，主要地層巖性為：粉土、粉質(zhì)黏土、黏土為主，夾有粉砂、細(xì)砂；主要不良地質(zhì)條件為地震液化土，需對地面以下20 m深度范圍存在飽和砂土和飽和粉土進(jìn)行液化判別。

2 液化土的危害

液化土是山東黃泛平原高等級公路地基失效的主要方式，對棗菏高速公路的工程建設(shè)危害性和潛在威脅性很大，因此需謹(jǐn)慎對待。液化土在地震時產(chǎn)生的瞬間破壞，在地震作用下發(fā)生液化導(dǎo)致地表冒水，對公路路基引起的破壞類型主要為路基下沉、開裂、邊坡坍塌及沉陷，其破壞程度受地基土、路堤高度、填料性質(zhì)、地震強度等因素制約。

3 強夯法施工的優(yōu)點

(1)機(jī)具簡單，施工方便，加固地基效果顯著。

(2)大量工程實踐證明，強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。廣泛適用于工業(yè)與民用建筑、倉庫、油罐、公路和鐵路路基、飛機(jī)跑道及碼頭等工程。

(3)與達(dá)到同樣處理效果及要求的施工方法相比，工程造價相對降低。

4 工藝原理

強夯法地基處理是將很重的夯錘從高處自由落下，借助夯錘的夯擊能，給地基施以沖擊力，將地基原有土體結(jié)構(gòu)體系破壞，降低土體的壓縮性，從而造成土體結(jié)構(gòu)壓密振密效果，不斷提高土體的強度，達(dá)到消除地震液化、滿足地基承載力的要求。不同地基土在強夯作用下表現(xiàn)出三種加固特征：

(1)加密作用，以排出土體中的氣體為特征；

(2)固結(jié)作用，以超孔隙水壓力上升排出為特征；

(3)預(yù)加變形作用，以各種土體破壞后的土粒重新排列重組為特征。

5 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1。

6 施工方案

6.1 場地清理

原地面清表，然后用推土機(jī)平整場地，測量夯前地面高程。

6.2 測出夯點位置

按照試驗區(qū)段夯點布置圖，測放第一遍夯點位置，并用紅色塑料袋或其它標(biāo)識物標(biāo)注。

6.3 測出夯錘高程

設(shè)備就位，使夯錘對準(zhǔn)夯點位置，測量夯前錘中心頂面高程，將夯錘吊至計算高程，夯錘停止擺動，脫鉤自由下落后測量夯后錘中心頂面高程。測量每次夯后錘中心頂面高程，做好詳細(xì)記錄，并計算每相鄰兩次沉降差。

圖1 施工工藝流程圖

圖2 主、副夯夯點布置圖

6.4 強夯施工

強夯施工分3遍夯實，第1、2遍為點夯，夯點呈正方形分布，夯點間距5 m；第3遍為滿夯，夯點彼此搭接1/4連續(xù)夯擊，目的是加固表層。

6.4.1 主夯

第一遍主夯單點夯擊8次，點夯過程中若出現(xiàn)提錘困難，在夯坑內(nèi)填入粗粒料30～50 cm(方量約1.20～2.0 m3)，直至完成第一個單點夯擊8次，并記錄夯擊過程中填入粗粒料深度H，后續(xù)其他夯點粗粒料回填按H控制。完成第一遍主夯后，間隔時間不小于3 d，施工時根據(jù)試夯參數(shù)最后確定。

6.4.2 復(fù)夯

間歇期待土中超靜空隙水壓力消能后，用推土機(jī)將夯坑整平，準(zhǔn)備第二遍副夯8擊，第二遍副夯施工工藝重復(fù)第一遍主夯施工工藝。詳細(xì)記錄施工過程中各夯點粗粒料投入工程量。

6.4.3 滿夯

第二遍副夯完成后間隔3天，用低能級800 kN·m進(jìn)行滿夯，滿夯每點夯擊2次，搭接1/4夯錘直徑。強夯機(jī)組起吊、移動夯錘對準(zhǔn)夯點；提升夯錘至預(yù)定高度，脫鉤器自動脫開；夯錘呈自由落體狀態(tài)夯擊夯點土體，重復(fù)2擊后停止該點夯擊，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù)。

圖3 滿夯相鄰點搭接示意圖

圖4 全幅滿夯搭接示意圖

6.5 試驗檢測

滿夯完畢后，測量滿夯后地面高程計算沉降差并采用承載板法檢測地基承載力，合格后填筑40 cm厚碎石墊層。若不合格，分析原因，并重復(fù)滿夯施工。

7 施工要點

(1)在松軟地基上用強夯法施工，應(yīng)先在地面上鋪設(shè)不小于0.5 m或設(shè)計要求的粗粒料墊層，確保夯實效果。

(2)每遍夯擊前，對夯點放樣進(jìn)行復(fù)核，夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯要及時糾正。

(3)采用由輕到重、少擊多遍、逐漸加荷的夯擊原則，夯擊遍數(shù)由試驗確定，一般工程夯2-3遍。

(4)夯錘上必須設(shè)直徑20-35 cm的排氣孔，避免產(chǎn)生“氣墊效應(yīng)”和“真空效應(yīng)”。

(5)滿夯時，能量不宜過大，夯擊搭接面積不得小于四分之一夯錘面積。最后一遍夯后，用推土機(jī)將場地整平后施做路拱。

8 質(zhì)量管理

8.1 質(zhì)量控制

(1)夯錘必須自由落下，若傾斜下落或坑底面傾斜，能量損耗大，且夯擊中心易改變，影響工程質(zhì)量。

(2)強夯施工中，現(xiàn)場測試工作貫穿始終，并根據(jù)測試結(jié)果和上階段(或夯擊工序)的施工技術(shù)數(shù)據(jù)和結(jié)果，結(jié)合工程地質(zhì)進(jìn)行綜合分析，對工藝參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整，更好的指導(dǎo)下步夯擊工作。

(3)全過程實行旁站監(jiān)督，嚴(yán)格控制夯錘落點、夯錘落距、夯擊擊數(shù)、夯擊遍數(shù)及間歇時間等。并對每一夯擊點的夯擊能量、夯擊次數(shù)和每次夯沉量等做好現(xiàn)場記錄。

8.2 檢驗標(biāo)準(zhǔn)

8.2.1 點夯收錘標(biāo)準(zhǔn)

(1)最后2擊平均夯沉量不大于5 cm或總沉降量不小于50 cm。

(2)夯坑周邊地基發(fā)生過大隆起。

8.2.2 強夯夯坑中心偏移的允許偏差

(1)夯坑中心偏移不大于0.1D(D為夯錘直徑)。

(2)夯點定位允許偏差±5 cm；

(3)夯錘就位允許偏差±15 cm。

8.2.3 檢驗方法

強夯完成一個月內(nèi)采用承載板法對地基承載力進(jìn)行檢驗，一般不小于220 kPa。

9 安全保證措施

(1)強夯施工前，應(yīng)查明施工范圍內(nèi)的地下構(gòu)筑物和各種地下管線的位置。并采取必要的措施，以免因強夯施工而造成損壞。

(2)當(dāng)強夯施工所產(chǎn)生的振動，對鄰近建筑物或設(shè)備產(chǎn)生有害影響時，應(yīng)采用防震或隔振措施。

(3)強夯起重機(jī)操作員必須持證上崗，嚴(yán)禁違規(guī)操作。

(4)強夯施工時，除本機(jī)操作人員外，其它人員必須離開起重機(jī)一定距離，以免夯錘墜落傷人。

(5)強夯時有土塊、石子等飛擊，現(xiàn)場施工人員必須要戴安全帽。

(6)夯錘上的通氣孔若遇堵塞，應(yīng)及時疏通。

(7)冬季施工時，當(dāng)凍土厚度小于0.5 m時，應(yīng)在原夯擊次數(shù)上增加2～3擊，當(dāng)凍土厚度大于0.5 m時，不宜繼續(xù)施工。

10 結(jié) 語

通過對K157+576.25～K157+602.5段的強夯施工過程中我們可以發(fā)現(xiàn)，對于地基土體強度或承載力的提高，利用大噸位夯錘對土體的夯擊壓縮作用和土體受沖擊后的液化重組，對提高土體強度所起的作用是重要的。利用夯錘高落距產(chǎn)生的夯擊能對地基造成沖擊波，在沖擊力的作用下，夯錘對土體進(jìn)行結(jié)構(gòu)破壞形成夯坑，并對周圍土體進(jìn)行動力擠壓。同時瞬間產(chǎn)生的壓縮作用也使土體的超孔隙水壓力急劇增大，土體局部液化、強度銳減。待壓縮波消散后，土體被破壞解體后的土粒落到一個較穩(wěn)定的位置，同時一部分上升水被排出，從而使土體迅速固結(jié)，降低了土體的壓縮性，提高了地基承載力。由此可見，強夯法施工可以有效的處理液化土，提高土體的穩(wěn)定性。