超高能級強夯在風電項目巨厚層回填土地基處理中的應用研究

王健銘（中煤平朔工業集團風電項目部，山西朔州036006）

1 引言

強夯法被稱為動力固結法或壓實法，通常將一定質量的夯錘提升到一定高度，然后自由落體，進而給地基一定的振動和沖擊能量，提高土體的密實度，從而提高地基土的強度，降低其壓縮性。在高能級強夯的研究中，國內研究學者王建平等人采用原位測試法對8000kN·m 能級的強夯方法進行了填土地基處理效果檢測，表明該能級的強夯法可以實現10m 的加固深度[1]。通過近年來的多項研究表明，國內首次碎石土回填地基能達到10 000kN·m 高能級強夯實驗，進而為高能級強夯孔壓變化以及相應的施工設計參數提供重要的經驗借鑒。孫田磊等人通過某碎石土回填工程，采用深層水平位移監測以及相應的數據分析，研究了在檢測范圍內采用10 000kN·m 能級強夯設計提供重要參考依據。劉天杰等人采用動力觸探法、瞬態面波法、平板荷載試驗等多種方法分析了18 000kN·m 高能級強夯振動影響距離，為高能級強夯的應用提供了重要的參考經驗。但是，由于回填土成分、力學性質相對復雜，而且國內對于高能級強夯施工設計理論和實踐經驗比較缺乏，還需進一步研究。因此，本研究針對巨厚層回填土工程超高能級強夯地基的處理效果進行深入研究具有較強的實踐價值。

2 場地地質概況

某場地為露天煤礦采煤回填區，場區地勢平坦，主要由新近人工填土組成，填土成分較為復雜，主要由粉土、粉質黏土等細粒土和碎石、塊石等粗粒土組成，粒徑變化范圍較大。拋填不均勻，橫向及豎向差異性均較大。

3 超高能級強夯方案設計

根據設計要求，強夯處理面積為1962.5m2，強夯地基處理均采用點夯+滿夯施工工藝，同時，采用不同能級進行強夯，最大強夯能級達20 000kN·m，主要目的是對回填土進行加固，滿足設計要求地基土有效加固深度，降低地基土的孔隙比，提高地基土的承載力，密實度，增大壓縮模量，降低其壓縮性，消除有效加固深度土的欠固結性，提高地基土的均勻性，夯點布置如圖1 所示。最后，以能級2000kN·m 滿夯，采用輕錘多次夯擊，滿夯夯印會搭接在1/4 垂徑，且滿夯基數高于3 擊，滿夯夯點布置如圖2 所示。

圖1 20 000kN·m點夯夯點大樣圖

圖2 滿夯夯點大樣圖（1∶200）

4 強夯的檢測

針對超高能級強夯區域地層巖性特點，擬采用平板載荷試驗，重型動力觸探，標準貫入及室內土工試驗等方法對超高能級強夯加固效果進行檢測，以驗證超高能級強夯施工的實際加固效果。

強夯區域共布置6 個檢測鉆孔，在每個鉆孔中根據土的性質進行標準貫入試驗和重型動力觸探試驗，同時，在鉆孔中取代表性土樣進行室內土工試驗。通過對強夯前后重型動力觸探試驗和標準貫入試驗的對比分析，檢測超高能級強夯法加固效果。通過研究發現，強夯前標貫擊數為5～11 擊，經過強夯之后標貫擊數顯著提高約2～3 倍，強夯之前重型動力大多處于10 擊/10cm，而經過強夯之后重型動力觸探的擊數能提升約2～3 倍以上，同時，土體的均勻性得到了一定的提高。

通過超高能級強夯前后土工實驗數據對比發現，經過強夯之后壓縮模量、內摩擦角等有顯著提升，在強夯影響深度范圍內，壓實度從強夯前的53%～70%提高到強夯后的110%～130%，滿足相應的規范要求。依據國家建筑地基基礎設計規范有關要求進行平板載荷試驗，經過強夯之后，承載力特征值≥320MPa，變形模量≥12MPa，符合設計要求。

5 強夯效果分析

從地表變形測量上來看，在強夯第一和第二次時，選取一個夯點完成地表變形測量，第1 次夯擊數高于20 擊后，夯坑深度為5m，地表下沉數值為200mm，說明未能完全飽和夯擊能。在第2 次夯擊過程中，地表稍微隆起，夯擊數高于20 擊時可滿足深度高于5m 的要求，說明此時能夠接近飽和夯擊能。第3 次夯坑存在一定坍塌，無法進行地表變形監測，說明在夯擊過程中夯坑深度為4m，相比第1 次，第2 次夯擊時有顯著改變，說明此時夯擊能達到飽和狀態。鉆孔取樣和土工分析于滿夯兩周之后在試驗區域內進行，設置1 個夯點和3 個夯間，能夠從夯后地面開始達到16m 的鉆探深度，對場地土濕陷性進行評價，經過強夯后，對16m 深度的場地土，在200kPa、300kPa、600kPa 的壓力下，相對應的濕陷系數低于0.015，表明完全消除了土層的濕陷性。對場地土干密度評價過程中，將夯點、夯間之間的干密度在16m 范圍內與夯擊之前數據進行比較，結果發現，夯點干密度高于1.58g/cm3，其深度為11m，相對應地下深度為16m；當夯擊影響深度為9m 時，其對應的原地面為14m，夯點和夯間均值為11m，相比原地面為16m，結合二者的對比分析可知，加固深度達到16m 時，強夯能夠從一定程度上增強加固深度，進而影響深度評價。

從上述幾點發現，在本次研究中當強夯影響深度達到16m 時，夯后場地土在16m 范圍內從孔隙比，干密度，濕陷系數等多個參數來看相比夯擊之前，本次強夯影響深度可達到16m，從場地土滲透性分析，上述所選土樣在滲透實驗中，水平和垂直滲透系數均屬于10-7～10-5cm/s 級別，具有較小的滲透性，說明強夯無論在垂直或水平方向可形成良好隔水層，能夠有效解決工程滲漏問題。對于場區周邊產生的裂縫，由于受到強夯因素的影響，在試驗區東、西2 個層面產生試驗區邊沿方向縱向裂紋，為進一步探明裂紋的走向以及形成深度，可以向裂縫灌注中石灰水，進行再次開展挖掘，所有結果發現所有的裂縫呈現沿試驗區域的南北邊緣發展，且存在不連續的間斷，上寬下窄，寬幅度達10mm，深度達2.67m，產生這一裂縫主要是由于隨著強夯之后夯坑的深度加深，坑側土體出現臨空，在強夯的條件下坑側土體向坑內傾斜，土體承受主動土壓力形成滑動開裂，這種裂紋深度相對較淺，經過滿夯處理之后可消除且不會影響土體的穩定性，安全性[2]。

6 結語

經強夯后，土體的密實度，承載力，均勻性等相關力學性質有顯著提升，使用超高能級強夯實驗能夠達到16m 左右的加固深度，且強夯參數可滿足回填土的加固需求。