拋石強(qiáng)夯地基加固研究

宋金峰

摘 要：近年來，國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度不斷加快，對(duì)于水運(yùn)工程建設(shè)的投入也逐漸的加大，水運(yùn)工程在建設(shè)的規(guī)模方面也有所增加，不斷的向著重泊位、深水化的方向發(fā)展，水下拋石基床在厚度的厚度也越來越大，這對(duì)于水運(yùn)工程的基床加固也提出了更高的要求。本文主要以拋石強(qiáng)夯加固的機(jī)理為切入點(diǎn)，分析了拋石強(qiáng)夯加固的技術(shù)要點(diǎn)，并對(duì)基床加固的效果進(jìn)行了深入的分析和研究，以期為具體的施工操作行為提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：水運(yùn)工程；拋石強(qiáng)夯；地基加固

中圖分類號(hào)：TU742 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）14-0109-02

在現(xiàn)階段水運(yùn)工程建設(shè)發(fā)展的過程中，基床的承載能力和穩(wěn)定性對(duì)于工程的質(zhì)量有著重要的影響，在施工之前應(yīng)根據(jù)工程的具體情況對(duì)采取相應(yīng)的措施對(duì)基床進(jìn)行處理，保證其密實(shí)程度能夠滿足施工的要求。在重力式碼頭、沉管隧道等工程中拋石基床作為基礎(chǔ)部分，不僅具有承載能力優(yōu)良的特點(diǎn)，同時(shí)也具有良好的抗滑性能，經(jīng)濟(jì)效益也比較高。而隨著水運(yùn)工程的逐漸向深水化方向發(fā)展，其施工條件也更加的復(fù)雜，在施工技術(shù)難度方面在不斷的增加，如何實(shí)現(xiàn)基床的有效加固是水運(yùn)工程建設(shè)中的重要問題。拋石基床中的強(qiáng)夯處理技術(shù)是常用的施工方式，但是由于施工條件的復(fù)雜性，在進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)對(duì)合理的確定強(qiáng)夯的參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)拋石基床的有效加固。

1 工程案例

在某港區(qū)二期工程岸壁工程，根據(jù)要求將其泊載量設(shè)計(jì)為10萬噸級(jí)，技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場的勘測得出，碼頭工程的岸線長度為614.77m，其中拋石基床的厚度在14—17m左右。由于工程和附近的村莊距離較近，如果使用傳統(tǒng)的爆夯的施工工藝不僅在施工難度方面比較大，而且對(duì)周邊的環(huán)境有一定的影響。因此在基床密實(shí)施工的過程中采用強(qiáng)夯的處理方式，加之本工程的工程量比較大，每層夯實(shí)的厚度可保持在4m以內(nèi)。經(jīng)過技術(shù)人員對(duì)工程情況的研究，設(shè)計(jì)為夯錘的質(zhì)量為15t，錘落距設(shè)計(jì)為4m，夯錘與地面接觸的面積為1.77㎡。在水下拋石基床施工的過程中，由于水力作用可能還會(huì)導(dǎo)致在能量受到一定程度的損失，所以需要嚴(yán)格控制夯擊的參數(shù)，確保夯擊能的大小滿足基床密實(shí)的要求。

2 拋石強(qiáng)夯加固機(jī)理研究

拋石強(qiáng)夯法主要是在基床面層上鋪設(shè)碎石塊，再通過重錘夯實(shí)的作用是石塊緊密的結(jié)合在一起，來提高地基的承載能力，減少沉降問題的出現(xiàn)。同時(shí)由于塊石材料的振動(dòng)擠壓，在強(qiáng)夯過程中產(chǎn)生的孔隙水壓力也能夠及時(shí)的釋放出去，使得土體之間的固結(jié)更為緊密，大幅提高了抗剪切強(qiáng)度，減少后期基床變形或者沉降問題的出現(xiàn)。在原基床中所承擔(dān)的壓力主要是垂直方向的，通過塊石的作用使得基床的受力向水平方向延伸，使得面層的處于受力均勻的狀態(tài)。在強(qiáng)夯的過程中，拋石基床加固的效果受到多方面因素的影響，主要包括基床的厚度、基槽底部土質(zhì)以及含水率等。

3 拋石強(qiáng)夯地基加固的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 夯實(shí)工具配備

在機(jī)床夯實(shí)加固的過程中需要用到專業(yè)的打夯船，并在船首配備相應(yīng)規(guī)格的吊機(jī)，夯錘的主要材料是鑄鋼，或者是由后鋼板焊接形成的，為了在水下施工時(shí)減少阻力作用，同時(shí)保證夯錘作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性，夯錘的重心應(yīng)相對(duì)較低，并將排水孔設(shè)計(jì)在中間的部位。根據(jù)水運(yùn)工程的實(shí)際情況確定夯錘的施工參數(shù)，依照相關(guān)規(guī)定的要求，一般夯錘的錘重應(yīng)保持在40—60KN之間，夯錘落距保持在2—3m。錘底部分的壓強(qiáng)應(yīng)達(dá)到40—60KPa，在進(jìn)行正常施工的過程中，每夯實(shí)的沖擊能應(yīng)該大于120kj/㎡。由于是在水下作業(yè)，應(yīng)考慮到水阻力在夯擊過程中產(chǎn)生的影響，根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算單位面積有效的夯擊能，保證拋石基床的穩(wěn)定性和承載能力。其中夯錘的運(yùn)動(dòng)方式如下所示：

（1）

解此常微分方程，得：

（2）

式中：

進(jìn)而得到單位面積有效夯擊能表達(dá)式為：

（3）

根據(jù)公式可以發(fā)現(xiàn)，在夯錘運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)產(chǎn)生夯擊能損失的現(xiàn)象，因此需要確定在夯擊過程中產(chǎn)生的有效夯擊能，來對(duì)最終的加固深度進(jìn)行研究。

3.2 基床整平

為了保證強(qiáng)夯施工能夠順利的進(jìn)行，需要保證基床的平整性和承載能力。首先對(duì)基床的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測量，確保與施工方案要求的保持一致。另外片石填筑完成之后應(yīng)對(duì)表層進(jìn)行整平，避免存在坑洞現(xiàn)象影響夯實(shí)加固的效果，一般情況下基床表層的高度差應(yīng)該控制在15—30cm之間。其次是按照施工方案的具體要求對(duì)夯實(shí)范圍的確定，在采用分層整平的方式時(shí)，每層的應(yīng)力擴(kuò)散線的兩端應(yīng)增加1m，確?；舱w夯實(shí)的質(zhì)量。

3.3 打夯船定位

打夯船的位置應(yīng)與基床軸線的位置保持平行，根據(jù)實(shí)際的情況在施工范圍的指定地點(diǎn)設(shè)置導(dǎo)標(biāo)，確定基床夯實(shí)的范圍，在船首和船尾出各設(shè)一個(gè)臨時(shí)對(duì)位標(biāo)，保證夯實(shí)船位置的準(zhǔn)確性。在打夯船就位之后，還需要對(duì)其定位的準(zhǔn)確性進(jìn)行復(fù)核，確?；彩┕さ馁|(zhì)量。

3.4 試夯

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，在正式夯實(shí)施工開始之前需要進(jìn)行試夯，確定施工中所需要的相關(guān)參數(shù)，為具體的施工操作行為提供標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下試夯工作段的長度應(yīng)大于10m，根據(jù)實(shí)際的夯實(shí)范圍確定試夯段的長度。通過試夯施工確定不同外界條件下的夯實(shí)效果，從而得出最佳的施工參數(shù)。在試夯時(shí)應(yīng)加強(qiáng)觀測工作，計(jì)算出夯實(shí)加固的效果。在試夯施工的范圍內(nèi)選取相應(yīng)的觀測點(diǎn)，通過對(duì)每個(gè)觀測點(diǎn)的加固效果進(jìn)行觀測計(jì)算，并得出平均值。通過對(duì)測算數(shù)據(jù)的分析，在相鄰兩次的平均沉降差在3cm以內(nèi)時(shí)的次數(shù)，即為最佳的夯擊施工次數(shù)。

3.5 強(qiáng)夯施工

在進(jìn)行強(qiáng)夯施工的過程中，夯實(shí)的順序?yàn)橛芍虚g向四周擴(kuò)散，這樣能夠避免“倒錘”的現(xiàn)象，同時(shí)也防止了由于夯實(shí)施工中出現(xiàn)邊坡坍塌的問題。強(qiáng)夯施工分為初夯和復(fù)夯兩個(gè)部分，一般運(yùn)用縱橫向鄰接壓半夯的方式，確保整個(gè)基床的工作面都能夠得到有效的夯實(shí)。在強(qiáng)夯施工完成后，應(yīng)對(duì)夯實(shí)的程度進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)夯實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的部分，需要繼續(xù)進(jìn)行強(qiáng)夯，直至質(zhì)量驗(yàn)收合格之后方可停止。如果補(bǔ)拋塊石的連續(xù)面積超過30㎡，厚度大于0.5m時(shí)，需要根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)采取補(bǔ)夯的處理措施。在進(jìn)行水運(yùn)工程拋石地基的強(qiáng)夯施工中，定位的準(zhǔn)確性對(duì)于施工質(zhì)量有著重要的影響，必須確定夯擊點(diǎn)位置的準(zhǔn)備性，并按照標(biāo)準(zhǔn)的操作規(guī)范進(jìn)行縱橫點(diǎn)位置的控制。

4 拋石強(qiáng)夯加固效果的影響因素

4.1 夯擊的次數(shù)

拋石地基加固的效果主要是由夯擊能的大小所決定的，一般情況下夯擊的次數(shù)與加固的程度成正比例關(guān)系，但是如果在每次夯錘夯擊的過程中基床的變形量基本上接近正常的變形量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致作用在基床上的夯擊能逐漸的減小，因此需要通過強(qiáng)夯試驗(yàn)施工確定最佳的夯擊次數(shù)，在保證基床密實(shí)程度的同時(shí)，合理的控制夯擊次數(shù)。在夯擊次數(shù)過多的情況下，不僅會(huì)導(dǎo)致夯擊能的損失，也影響相關(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 夯錘的面積與邊長

夯錘落地時(shí)所產(chǎn)生的沖擊壓力主要是由錘底的面積所決定的，而沖擊壓力對(duì)有效的加固深度有著重要的影響，所以需要根據(jù)水運(yùn)工程的實(shí)際情況來確定夯錘的面積，保證每次夯擊所產(chǎn)生的沖擊壓力超過120kj/㎡，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的需求。在每次夯擊所產(chǎn)生的能量確定的情況下，錘底面積與夯錘的貫入度呈反比例的關(guān)系。一般情況下，當(dāng)錘底面積過大時(shí)，其加固效果也會(huì)受到一定的影響，側(cè)向加固的范圍擴(kuò)大，影響基床受力的均勻程度。

4.3 夯擊點(diǎn)的間距與布局

如果拋石基床的厚度相對(duì)比較低，夯擊點(diǎn)之間的間距可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整。在進(jìn)行初步強(qiáng)夯作業(yè)時(shí)，間距可適當(dāng)?shù)募哟?，這樣能夠使得夯錘產(chǎn)生的夯擊能達(dá)到較深的部位，起到良好的加固效果。復(fù)夯階段的夯實(shí)點(diǎn)與初步夯實(shí)點(diǎn)錯(cuò)位分開，保證基床能夠得到全面的夯實(shí)，提高整體的穩(wěn)定性和承載能力。夯點(diǎn)之間的間距并不是越小越好，如果相鄰兩個(gè)夯擊點(diǎn)的間距過小，那么夯擊所產(chǎn)生的加固效果會(huì)出現(xiàn)疊加的現(xiàn)象，在基床淺層的部位形成受力面，影響沖擊能向基層深度傳播。在水運(yùn)工程拋石基床施工的過程中，由于水下工程的施工的特殊性，所以必須保證夯擊點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性，使基床設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)得到有效的夯擊密實(shí)，同時(shí)控制好夯錘的落距，確保夯擊能達(dá)到水運(yùn)工程施工的要求。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)拋石強(qiáng)夯加固機(jī)理和技術(shù)要點(diǎn)的研究，分析了影響強(qiáng)夯加固效果的因素?；驳某休d能力和密實(shí)程度對(duì)于水運(yùn)工程的穩(wěn)定性有著重要的影響，尤其是隨著水運(yùn)工程不斷朝著深水化的方向發(fā)展，拋石基床的厚度也越來越大，也在一定程度上增加了施工難度。拋石強(qiáng)夯能可以對(duì)基床進(jìn)行有效的加固，在具體的施工操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，加強(qiáng)對(duì)夯擊點(diǎn)位置的控制，確定合理的夯擊次數(shù)，實(shí)現(xiàn)基床加固效果的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]童新春，葉鋒，邱青長，張寶潔.重力式碼頭拋石基床重錘夯實(shí)施工效率改進(jìn)研究[J].水運(yùn)工程，2013，（03）：199-203.