強夯法施工技術在非飽和土地基處理中的應用

楊利萍，賀志貞

(浙江省正邦水電建設有限公司，杭州 310052)

在對水利工程進行施工的時候，需要根據施工地點的地質條件來選擇相應的地基處理技術。強夯法地基處理施工技術是指地基土在強夯設備的沖擊下改變了其初始結構，自然土的初始狀態隨之改變，土層之間的空隙變小，一部分土體開始液化，在夯擊點的周圍會有裂隙出現，自然就形成了一個排水通道，孔隙水以及氣體都可以通過這個通道排出，土料顆粒也就可以緊密的重新組合起來，在經過一段時間的密壓后土體就重新固結。在這個過程中，土地的承載力得到了極大的提高。

1 工程概況

在太原市小店區進行的汾河太原段綜合治理三期工程十三標的工程規模為Ⅰ等工程，堤防級別為Ⅰ級，防洪標準為100a一遇，是山西省在進行防洪治理工作中的重點項目。城區防洪與排澇、河道蓄水這兩項在本次工程中是十分重要的任務，除此以外，河堤兩岸的觀景平臺的建設工作也是施工工程中的主要任務之一。工程主要建設內容為汾河大堤修建和加固、岸墻格賓石籠防護、鋼筋混凝土暗涵、河道疏浚等，新建汾河大堤及治理河道長度1940 m，河道寬440-450 m，新建鋼筋混凝土暗涵1940m，暗涵斷面尺寸均設置為4m×6m(詳情可見圖1輸水暗涵結構斷面圖)。文章主要介紹了在此項目的暗涵工程中通過使用強夯法施工技術來處理地基土體。

圖1 輸水暗涵結構斷面圖

2 地基強夯方案設計

本次工程中的暗涵地基土體中含有大量的粗顆粒非飽和粉質砂土層，夾雜少量的中砂圓礫，基坑支護及開挖影響深度范圍內，地基土的最上層是雜填土層，中間是砂土層以及粉土層，最底部的土層是砂土層。

原設計采用干插片石換填進行地基加固，換填厚度1m，換填片石量約18000m3。從經濟角度、安全角度以及使用角度對方案進行考慮，最后選擇了強夯法對暗涵地基進行地基加固處理。

強夯處理面積24134m2，夯擊能采用2000 kN·m(夯點布置見圖2)，要求地基承載力≥0.25MPA，要消除建基面以下0-3m范圍內的土層液化現象，將建基面以下3-6m范圍內土層的液化等級提升為中等。

圖2 夯點布置圖

3 強夯技術工藝原理

能量轉換原理是在施工過程中應用強夯技術對地基土體進行加固的重要理論依據，一般情況下，施工人員使用起重設備將8-60T的大噸位夯錘吊起，吊起高度一般在6-40m，自動解除約束后從高處自由落下，將勢能轉換為動能，動能在極短的時間內轉換為壓縮波和剪切波，將強大的沖擊能施加給地基土。地基土在強大的沖擊能的作用下初始結構受破壞，土體受到強制壓縮或振密，迫使土層孔隙受到壓縮，一部分土體開始出現液化現象，在夯擊點周圍的土體會有裂隙出現，這些裂隙就自然的形成了一個排水通道，可以使孔隙水以及氣體都通過這個裂隙通道排除出來，使土料顆粒重新排列，改變自然土的初始狀態，使土顆粒更加緊密地組合，經過一定的時效壓密，土體得以重新固結起來，壓縮性也得以降低，土體的承載能力獲得了極大的提高[1]。

4 工藝流程

強夯法總體施工流程圖，見圖3。

圖3 強夯法總體施工流程圖

5 強夯施工

5.1 夯點布置

一般情況下，在進行夯點布置工作時是應用梅花型和矩型兩種方式布置的(見圖4夯點布置圖)。為了在施工過程中獲得良好的操作效果，可以在正式施工前進行試夯。

(a)梅花型布置 (b)矩型布置

5.2 強夯試驗(試夯)

為了確保強夯法在不同地質條件下的順利進行，施工前要選取強夯區中具有代表性的區域開展試驗性夯擊工作，目的是為了取得準確的強夯參數。有一些地基的土體含水量相對較大，只有在進行過孔隙水壓力消散實驗后才能得出最為準確的時間間隔數據。強夯試驗面積不應<20m×20m。

5.3 場地平整與測量

1)采用推土機及液壓反鏟進行待夯場地的平整，對于水利工程輸水建筑物，通常建筑物基礎埋深較深，基礎的起夯面也較深，需要首先進行基坑開挖，開挖深度應達到設計時定下的起夯面，基坑的邊坡需要開展修整或支護工作，這樣有利于確保邊坡穩定[2]。

2)為便于機械行走和施工，強夯場地整平區域或基坑開挖范圍應大于強夯布點范圍，挖方地帶需修筑集水井和排水溝。

3)可以利用網格法來對強夯場地的起夯面高程進行相關數據的測量。對于設計明確起夯面高程指標的，按設計高程控制；有些時候，在設計時沒有將確面高程的指標進行明確，可以將擬建上部建筑物的基礎底標高再加上預留夯沉深度作為起夯面高程控制。

5.4 夯擊施工順序

強夯施工技術是按照土體的深淺依次開展的，最先從深層開始施工，然后逐漸進行淺土層的施工工作。強夯施工都是分段開展的，平面夯擊的順序是先從基礎邊緣開始，逐步向內側進行。對于條形基礎來說，在布置夯點時要從外部開始，向內部逐排夯進。每進行完一次夯擊后，都需要用推土機來平整土地，接著需要進行一次測量定位工作后，接著再繼續開展后續的夯擊工作。根據既定的夯擊遍數夯完最后一遍后，再以低能量進行滿夯。

5.5 操作要點

1)在地基強夯工作時，一般是應用履帶式的起重機開展施工，起重機還需要帶有自動脫鉤裝置，在駕駛起重機要盡可能的保證行駛路線土地是平坦、堅實的，必要時用砂石鋪設，以防設備下陷。

2)強夯施工按試驗或設計確定的強夯參數進行。設備就位后，先將夯錘起吊至距地面約300mm，操作工指揮吊車動作將錘中心對準夯點，偏差應該控制在50mm以內，然后使用吊車平穩的吊起錘，吊起過程中要維持錘的穩定，確保可以平穩落錘。在夯點的夯擊工作沒有全部完成時不可以更改吊車的位置，也不可以改變起吊的幅度，否則會發生落錘變位的情況。如發生落錘偏斜等情況，應將夯錘移至坑外后，人工填平坑底再繼續夯擊。

3)在確定強夯地基施工范圍時，應注意的是施工范圍要比工程的基礎范圍大，每邊超出外緣的寬度宜為基礎下設計處理深度的1/2至2/3，并≥3m。

4)應用強夯法施工技術要能夠準確地對地面的下沉高度做出估計，在試夯時做出相應的調整。根據場地夯后的沉降值和夯后地面的整平標高確定場地起夯面標高。

5)每遍夯前夯后均對場地標高進行測量，做好現場記錄，并附簡圖，作為土方計算依據。

6)如果施工時期恰逢雨季，夯擊過的地基和夯坑里面極易出現積水，要多加關注，及時的將雨水排出。在進行夯坑填平操作時，可以利用推土機來將填入的土壓實，要使其比周圍的地面略高一些，這樣可以有效的避免因土體吸水過量而在夯擊過程中出現橡皮土現象。

7)強夯結束，土層孔隙水壓力消散并間隔一定時間，待地基土結構穩定后再進行地基壓實度和承載力等質量檢測，以反映檢測值的準確性。

8)要施工現場的周圍建立起良好的排水系統，這樣可以保證土層內的孔隙水能夠順利的排出場外。基本措施是，在強夯區域周圍修筑集水井和排水溝，土層水滲入排水溝，通過排水溝匯集到集水井，然后采用水泵抽排至場外棄水區域。

6 質量控制與檢測

6.1 施工質量控制檢查項目

施工質量控制檢查項目見表1。

表1 施工質量控制檢查項目

6.2 強夯地基的質量檢測

強夯地基完工后的承載力檢測除了現場靜載試驗外，也可根據地基土性質，選擇靜力(輕便)觸探、動力觸探、標準貫入試驗等原位測試方法和室內土工試驗結果結合靜載試驗結果綜合確定。

本工程按照此強夯工藝和控制參數完成暗涵地基強夯施工后，采用標準貫入法進行地基承載力及液化指標的檢測，檢測結果表明，地基承載力均能達到0.25MPA以上，建基面以下0-3m范圍內消除液化，建基面以下3-6m范圍內的土層液化等級由嚴重降為中等，滿足設計要求。

7 結 語

通過對本次工程的實踐操作及經驗進行總結，可以發現非飽和粉質砂土地基土層顆粒松散，有比較大的滲透系數，在被水淹沒后會出現嚴重的液化現象，土層的強度也比較低，為更好的解決這一類地基土的基礎加固處理難題，采用強夯施工技術，能夠達到到良好的預期效果。

該技術的主要特點在于：處理過后的地基質量十分可靠，土體加固效果明顯；施工工藝與其他地基處理技術相比較為簡單方便，在進行施工的過程中不會對施工地點的地基土體和周圍的環境造成污染，是一項極為環保的地基土加固施工技術。強夯施工也存在著一定的問題，比如在施工過程中會產生一定的振動，進而對施工周圍的建筑物和建筑設備產生一定的影響。如果必須要采用強夯法施工技術，一定要在施工前做好防振、隔振等相應的措施，將影響降到最低。