強夯地基處理技術在南水北調輸水總干渠基礎處理中的應用

【摘要】南水北調新鄭I標輸水總干渠為黃土狀土均一結構。以挖方為主，挖深7～8m，最大挖深11m左右。渠底板主要位于黃土狀中粉質壤土中，渠坡主要由黃土狀中粉質壤土（alplQ3）和重粉質壤土（dlplQ2）構成。黃土狀中粉質壤土有兩層，上層厚3.5～20.0m，下層一般厚3.0～10.0m，一般具輕微濕陷性，部分具中等～強烈濕陷性，濕陷深度3～6m，濕陷起始壓力44～133kPa；重粉質壤土厚度較大，局部具弱膨脹潛勢，均不利于渠坡和地基穩定。為了增加地基承載力，采用強夯地基處理技術對濕陷性黃土進行消除濕陷性、增加地基承載力，可為同類型水利工程地基處理參考。

【關鍵詞】強夯；南水北調；基礎處理

1、引言

強夯地基處理技術是法國梅納（Menard）技術公司于1969年首創，這種方法是將重錘以一定的落距自由落下給地基以沖擊和振動，使地基出現強大的應力波，引起土體內密度、應力、孔隙水壓力等的變化，從而到達加固地基的目的。本文結合南水北調新鄭I標總干渠基礎處理，利用強夯地基處理技術進行濕陷性黃土狀土基礎增加地基承載力、消除濕陷性的成功應用，對強夯地基處理技術在濕陷性黃土狀土基礎處理中的應用進行了總結。

2 、工程概況

南水北調新鄭南I標，標段為樁號SH115+348.7～SH120+500，長度5.15km，以挖方為主，挖深7～8m，最大挖深11m左右。渠底板主要位于黃土狀中粉質壤土中，渠坡主要由黃土狀中粉質壤土（alplQ3）和重粉質壤土（dlplQ2）構成。黃土狀中粉質壤土有兩層，上層厚3.5～20.0m，下層一般厚3.0～10.0m，一般具輕微濕陷性，部分具中等～強烈濕陷性，濕陷深度3～6m，濕陷起始壓力44～133kPa；重粉質壤土厚度較大，局部具弱膨脹潛勢，均不利于渠坡和地基穩定。

3、強夯試驗目的

目的是驗證初定的強夯施工參數，恰當地選擇夯點間距、每點擊數和夯擊遍數。夯點的夯擊次數：按現場試夯得到的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定，且應同時滿足系列條件：

⑴ 強夯最后兩擊的平均夯沉量不大于5cm，重夯最后兩擊的平均夯沉量宜為1～2cm；

⑵ 夯坑周圍地面不應發生過大的隆起；

⑶ 不因夯坑過深而發生起錘困難。

4 、施工前的準備工作

4.1 強夯機具的選擇

4.1.1 夯錘的選擇

根據規范規定該試驗宜采用圓形錘或多邊形錘，因圓形錘印易于重合，本工程擬選擇圓形錘；本工程夯錘直徑2.5m，選擇夯錘重20t（2000KN.m），為鑄鋼材料，吊環為φ50mm，中心為φ300mm排氣孔。

4.1.2 起重機的選擇

擬投入50t噸履帶式起重機兩臺，采用自動脫鉤裝置，起重能力大于1.5倍錘重，最大落距為15m。

4.1.3 自動脫鉤裝置

50t履帶式起重機采用自動脫鉤裝置。拉繩一端固定在鎖柄上，另一端穿過轉向滑輪固定在臂桿底部橫軸上，當夯錘起吊到預定高度時，開鉤繩隨即拉緊，而脫鉤裝置開啟，夯錘脫鉤下落。同時可保證每次夯擊落距相同。

4.2 試驗區選擇

試驗區的初擬位置如下表所示：

4.3 強夯試驗的技術參數

強夯法加固地基要根據現場的地質情況、工程的具體要求和施工條件進行試驗，通過試驗確定有關技術參數，包括錘重、落距、夯擊點布置及間距、夯擊遍數、兩遍之間的間隔時間、平均夯擊能、加固深度等（通過室內試驗測定土的干密度和濕陷系數）。根據本標段實際地質情況，強夯試驗區設計初定強夯參數為：單擊夯擊能2000KN.m。

施工過程中應嚴格控制夯錘的起吊高度（第一、二遍為15m，第三遍為5m）、夯擊點布置及間距（第一遍正三角布置，間距6.5m，第二遍夯點在第一遍夯點之間布置）、夯擊遍數（每遍均為10擊）、間隔時間為3周。

4.3.1 錘重及夯擊點布置

本工程依據實際情況，選定錘重20t。本工程屬大面積強夯，依據設計要求試驗擬采用正三角型布點方式，強夯夯錘直徑為2.5m。根據規范[JGJ79-2002]規定，強夯地基采用夯錘中距為夯錘直徑的2.5～3.5倍，正三角形布置第一遍夯點本試驗取夯錘中距6.5m，第二遍夯點在第一遍夯點之間布置，第三遍滿堂布置、夯印搭接1/3錘徑。

強夯施工區夯點布置示意圖見圖4.3-1。

4.3.2 夯擊擊數和夯擊遍數

強夯擊數每遍10擊的夯擊參數，消散期為3周，根據試驗數據得到夯擊次數和夯沉量關系曲線。

5、強夯法處理濕陷性黃土的幾點體會

⑴強夯法和換土法、灰土擠密樁、灰土井樁、灌注樁比較，有其獨特的優點，尤其適于土質結構不均勻、土質情況差異的地基，更安全可靠。更重要的是強夯法處理濕陷性黃土地基是最經濟、最有效、速度快的一種方法。

⑵ 樁孔的布置為三角形或梅花形

⑶ 由于強夯法在施工過程中，重錘下落時（約隔3min）要產生持續0.50，1s的地基振動。這種震波對鄰近一定范圍內的建筑物是沒有損傷的。但其產生的噪音對附近居民有一定的影響，以適于建設現場的公害控制值75dB作為標準時，那么施工地點應離開住宅50m以外為宜。

6、結語

強夯法不僅能提高地基土的強度，降低其壓縮性，還能改善抗振動液化的能力和消除土的濕陷性，因此適用于處理南水北調總干渠濕陷性黃土地基。

作者簡介：王偉偉（1982-），男，陜西長武人，項目部工程部主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；