強夯技術在毛烏素沙漠地區中的應用研究

雷醒民，晁軍

（中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054）

強夯法在路基、倉庫、堆料場、車間、儲倉、油罐等建筑工程地基處理中普遍應用，又被稱為動力固結法，指利用重錘從高處進行自由落體運動夯擊地基，從而提升地基承載力，降低地基壓縮性，提升地基強度。強夯法在地基處理中對濕陷性黃土地、粘性土、沙土、碎石土、填土等效果十分顯著，僅需要使用簡單設備就可完成。強夯技術具有施工周期短、成本低、施工簡單的優勢，只要滿足以下施工條件即可完成：針對土壤結構實施科學填料；確保施工范圍和周圍建筑物之間有足夠安全距離；地下水位距離地面大概2～3m；地基處理深度范圍為15m。在沙漠地區地基處理中實施強夯技術的有關例子不多，為了確保地基處理中強夯技術的有效應用，應在施工之前，針對實際工程的狀況對強夯參數進行科學安排。

1 工程概況

研究陜西延長石油榆林712項目中的強夯施工狀況。陜西延長石油榆林712項目建筑工程包括循環水廠、動力中心、污水處理廠、灌區、泵產品、制氫裝置、加氫裝置、消防站、廠前區等，占地面積為1500畝。為使處理站地基處理質量能夠得到有效提升，因此地基處理后需要具備220kPa以上的fk，延性參數變異系數應在0.3以下，地基土密度為密實或者中密程度，場地地基處理應具備均勻性特點。承載力特征值不小于250kPa，變形模量E0不小于22MPa。

2 工程地質和強夯參數的確定

陜西延長石油榆林712項目施工地點地形起伏較大，15m為其中高差的最大值，對其實施地質勘察，場地區內地基土組成物質主要為風積細沙，深度大概在3.8～9.3m之間，土質分選性較差，分布均勻。施工場地中具有灌木植物，數量不多，其植物根系深度大概在0.3～0.5m之間。為確保施工的合理性，因此需要研究自然狀態下風積細沙的物理學特征。將施工最大回填厚度設置為8.5m，作業實施后，由于回填土狀態為未壓實，影響建筑施工效果，容易出現沉降不均勻等情況。

3 選擇強夯施工方案

基于陜西延長石油榆林712項目工程地質和概況，地基加固處理方法具有四種：強夯法、化學注漿法、換土墊層法、浸水沉降法。對其實施一系列計算后，發現在地基處理中實施浸水沉降法的前提是具備足夠的水源，由于陜西延長石油榆林712項目工程低于處于沙漠中，毛烏素嚴重缺乏水資源。實施換土墊層法，該方法具有較高的施工成本和較遠的運輸距離，并且施工時間非常長。化學注漿法與浸水沉降法相同，離不開水源，梁歪化學注漿會導致成本增加，強夯法可顯著提升地基承載力，工期短，操作簡單，成本低。對以上幾種方案進行綜合考慮，因此實施地基處理時采用強夯技術。設計采用強夯法對地基土進行預處理，期望達到的施工目的為：①提高人工回填土的強度(承載力)和密實度。②減少地基土的固結沉降和差異沉降，提高地基的均勻。

圖1 施工照片

4 確定沙漠地區強夯施工參數

在地基處理過程中采用強夯技術，需要針對工程實施的具體情況，對強夯施工參數進行科學確定，參數內容主要為夯點布置、夯擊次數、夯擊遍數、單機夯擊能等。

4.1 單機夯擊能

落距和錘重的參數決定了強夯的有效深度，與地基土物理性質之間的關系也十分密切，如想對有效深度進行加強，公式表達為：公式中，Z表示加固有效深度，H表示夯錘落距值，a表示有效深度計算的修正系數。a取值范圍為0.28～0.85，與地基地質之間關系密切，通常情況下，粉土地質和砂土地質中，a值選擇范圍控制在0.6～0.8之間。陜西延長石油榆林712項目工程中，為了使施工要求能夠得到滿足，可使用1.8m的錘底、15t的錘實施強夯施工，捶地面積為0.65m，針對實際陜西延長石油榆林712項目工程中回填土厚度，科學調整夯錘落距，使其控制在8～13.5m之間，單機夯擊范圍為1200～2000kn。由于施工區域內地基地層沒有地下水，土質主要為細砂，細砂屬中～高壓縮性土，強度較差，工程性能較差。因此加固土層還缺乏含水量。基于此，施工期間不用對空隙消散等相關問題進行考慮，需要針對現場的實際狀況確定回填土厚度。夯擊處理進行過程中應對夯擊能量進行科學選擇，通過相關設備，如水準儀等檢測夯沉量，提升夯擊效果。

4.2 夯擊遍數和夯擊次數

選擇夯擊遍數和夯擊次數。需要對施工地區的地質條件進行充分考慮，通常情況下夯擊遍數和次數為1～8次。陜西延長石油榆林712項目工程完成期間，夯擊作業形式為一次普夯和一遍強夯，通過發現回填土厚度情況對夯擊次數進行合理安排，8～10次為科學的夯擊次數。

4.3 夯點布設

根據本地區的地質條件和現場施工情況，本標段地基回填土基本一致，填土厚度選取與技術要求基本相同的厚度，夯擊能的選擇需要根據強夯試驗的夯擊能量，需要進行三組試夯，故選取三個具有代表性的場地進行試夯。現將本標段4000kN·m強夯試夯區域選定在坐標X＝4199972.562，Y＝596255.488和X＝4199950.924，Y＝596292.970的對角區域內。9000kN·m強夯試夯區域選定在坐標X＝4199932.493，Y＝596228.883和X＝41999505.552，Y＝596252.475的對角區域內。10000kN·m強夯試夯區域選定在坐標X＝4199898.726，Y＝596229.010和X＝4199871.606，Y＝596252.410的對角區域內。4000kN·m點夯夯距、夯點布置：夯點按等邊三角形布置，夯點間距為5m。

圖2 夯點布置

5 分析強夯施工地基加固效果

在地基處理中應用強夯技術之后，為了地基加固處理效果能夠得到保證，綜合分析動力觸探試驗、靜力觸探試驗、現場密度試驗、標準貫入試驗。陜西延長石油榆林712項目工程強夯施工主要處理回填土工作，確定強夯施工設計參數時由于建設場地廠區部位已經回填，施工分為已經回填土層的強夯預處理和后續回填土層的強夯預處理兩部分。已經回填的場地，采用9000kN·m主夯擊能量，有效加固深度10m；后續回填土按厚度6m分層強夯，采用4000kN·m主夯擊能量，有效加固深度6m。要求施工采用跳夯方式，從中心向四周推進。

5.1 標準貫入試驗和現場密度試驗

標準貫入試驗(SPT)是利用質量為63.5kg的重錘，自由落距76cm，將標準貫入器打入地層，根據標準貫入深度得到的錘擊數判別土層的性質。強夯技術應用后地基承載力明顯提升，松散的回填砂土密度明顯提升，工程地基回填入土標準擊數提升95%或204%。現場密度試驗完成之后，發現土質由最開始1.54g/cm3的天然密度，變成現在的1.75g/cm3，有效提升地基承載力，增強土層結構密度。

5.2 動力和靜力觸探試驗

動力觸探試驗和靜力觸探試驗的實施，發現施工工期被顯著縮短，工程施工要求也得到滿足，有效提升了工程地基承載力，在沙漠地區施工中，強夯技術的應用有效提升了工程的綜合效益。

6 強夯地基預處理施工質量檢測內容

（1）標準貫入試驗：檢測地基土的密實度和均均性。（2）平板靜載荷試驗：檢測地基土承載力，得到地基土變形參數。（3）鉆探取樣：對強夯影響深度內地基土采取原狀土樣進行土工試驗得到地基土物理力學性質指標。試驗內容有：①密度試驗和含水量試驗：得到強夯后地基土壓實系數；②壓縮試驗：得到地基土強度指標；③濕陷性試驗：得到地基土濕陷系數；④輕型擊實試驗：得到回填土含水率與干密度關系曲線。

通過強夯試驗，為大面積強夯地基預處理提供設計和施工所需要的各種可靠參數，如所選夯擊能的適用性、夯擊次數、夯擊遍數、間隔時間、夯點布置及有效加固深度等，以保證工程強夯預處理能順利展開。同時，使強夯地基預處理的設計與施工做到技術可行、確保質量、節省投資和縮短工期。

7 結語

地基處理中，強夯法的應用具有普遍性，并且優勢眾多，例如成本較低、施工方便等，但是在毛烏素等沙漠地區中，強夯技術應用范圍有限。本文通過毛烏素某工程中，基于工程地質狀況和工程概論，對多種地基處理方案進行綜合分析，并分析施工效果和強夯法參數。研究表明，將強夯技術用于沙漠地區中，工程的地基承載力得到顯著提升，可確保后續工程施工工作的順利完成。