淺析強(qiáng)夯法施工技術(shù)在高飽和度粉土中的應(yīng)用

吳聰煌

（福建路港（集團(tuán)）有限公司 福建泉州 362000）

前言

在當(dāng)前城市建設(shè)過程中，一些工程項目建設(shè)區(qū)域由于工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，存在著不良軟弱地基，如果處理不當(dāng)極易造成地基出現(xiàn)承載力不足或者是嚴(yán)重的不均勻沉降問題，對工程主體結(jié)構(gòu)的安全造成非常嚴(yán)重的影響。國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，地基處理的方法多種多樣，因此，本文結(jié)合工程施工作業(yè)區(qū)域的地基土體實際情況，對強(qiáng)夯法施工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

強(qiáng)夯法是采用起重機(jī)械（起重機(jī)或起重機(jī)配三角架、龍門架）將大噸位夯錘起吊到一定高度后，自由下落，給地基土以強(qiáng)大的沖擊能量的夯擊，迫使土層孔隙壓縮，土體局部液化，排出孔隙水和氣體，土料重新排列，經(jīng)過時效固結(jié)，從而提高地基承載力，減少土層的壓縮。

強(qiáng)夯法已廣泛應(yīng)用于地基加固各種非飽和度土層（如：碎石土、砂土、低飽和度粉土、粘性土、濕陷性黃土、高填土、雜填土以及圍海造地地基、工業(yè)廢渣等），但是國內(nèi)對高飽和度土的強(qiáng)夯理論研究、相關(guān)文獻(xiàn)報導(dǎo)較少。本文結(jié)合閩南地區(qū)的土層特性，利用實際工程的室內(nèi)土工試驗資料，通過對強(qiáng)夯前后地基土物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行對比分析，簡要論述和總結(jié)了高飽和度土的強(qiáng)夯加固效果。

1 工程概況

臺商投資區(qū)東經(jīng)二路南延伸段工程，位于臺商投資區(qū)中部，呈南北走向，北起324國道，南至通港路，為臺商投資區(qū)“五橫五縱”路網(wǎng)規(guī)劃中的重要一橫，也是連接中心城區(qū)的一條重要的快速通道，規(guī)劃為城市快速路，是泉州市“兩重環(huán)灣+多向放射”快速路系統(tǒng)中的內(nèi)層環(huán)灣快速路的重要組成部分。本工程地處沿海地區(qū)，線路全長1.546937km，工程路基部分點(diǎn)多線長、并且多為軟土地段，地層較復(fù)雜，在K0+200～K0+700、K1+100～K1+500路段采用強(qiáng)夯法地基處理。

土層地質(zhì)自上而下描述如下：

（1）雜填土：灰黃色，松散狀，成分以碎石、粘性土建筑垃圾為主硬雜質(zhì)含量約30%，堆填時間少于1年，欠固結(jié)狀態(tài)，人工堆積而成，全場分布，厚度約 0.50～1.50m。

（2）淤泥：深灰色，沖淤積，大部分流塑狀，局部為軟塑狀，飽和，以粘粒，粉粒為主，局部含砂質(zhì)成分較多，混有貝殼等，含大量腐質(zhì)物，富含有機(jī)質(zhì)，有臭味，易污手，干強(qiáng)度高，韌性高，切面稍有光澤，無搖振反應(yīng)，全場分布，厚度約1.60～2.20m。

（3）黃土狀粉質(zhì)粘土和粉土：褐黃色，濕～稍濕，可塑為主，中等壓縮性，局部具有高壓縮性，工程性能較差，全場分布，厚度約3.10～4.50m。

（4）全風(fēng)化花崗巖：淺灰色，組織結(jié)構(gòu)基本破壞，尚可辨認(rèn)，含較多石英顆粒和云母等，巖芯呈堅硬土狀，手捏即散，泡水易軟化、崩解，強(qiáng)度降低，巖體極破碎，巖石為極軟巖，基本質(zhì)量等級為Ⅴ級，該層實測標(biāo)貫擊數(shù)為30～50擊，壓縮性較低，力學(xué)強(qiáng)度較高，天然狀態(tài)下工程性能較好，分布較廣，局部本層缺失，厚度約1.30～2.50m。

（5）砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：灰白色，組織結(jié)構(gòu)已大部分破壞，風(fēng)化裂隙極發(fā)育，巖芯呈砂土狀，散體狀結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為石英，長石等，巖體極破碎，巖石為軟巖，基本質(zhì)量等級為Ⅴ級，該層實測標(biāo)貫擊數(shù)均大于50擊或反彈，壓縮性低，力學(xué)強(qiáng)度較高，天然狀態(tài)下工程性能較好，分布較廣，局部本層缺失，厚度約10.0～16.30m。

2 加固原理及特點(diǎn)

強(qiáng)夯法是在極短的時間內(nèi)對地基土體施加一個巨大的沖擊能量，使得土體發(fā)生一系列的物理變化，其作用結(jié)果使得一定范圍內(nèi)的地基強(qiáng)度提高，孔隙擠密并消除濕陷性；在強(qiáng)夯作用下土體的主要變形范圍是夯錘下的橢圓形區(qū)域，沖擊荷載作用下土層變形以塑性變形為主，彈性變形很小表現(xiàn)為豎向壓縮、側(cè)向擠壓，具土顆粒重新整合，強(qiáng)夯過程對地基狀態(tài)的影響如圖1所示。

圖1

強(qiáng)夯法適用范圍：適用于加固碎石土、砂土、低飽和度粉土、粘性土、濕陷性黃土、高填土、雜填土以及圍海造地地基、工業(yè)廢渣等，也可用于防止粉土及粉砂液化；但對于高飽和度粉土或淤泥應(yīng)采取必要的措施方可使用。

強(qiáng)夯法地基處理的特點(diǎn)：施工機(jī)械設(shè)備簡單、施工工藝、操作簡單、地基加固效果顯著、承載力一般能提高2～4部左右、變形沉降量小、施工速度快、節(jié)省加固材料、施工造價低、減少勞動力、現(xiàn)場施工整潔文明。

3 高飽和度粉土層的物理特性分析

根據(jù)巖土工程勘察報告顯示，粉土層的物理力學(xué)指標(biāo)如表1。

從表1可以得出該土層飽和度在49～91之間，含水量的增加，粘聚力也有所提高、壓縮性也相應(yīng)提高。由于土層的含水量較高，沖擊夯實的能量轉(zhuǎn)換至土層的效果較差，強(qiáng)夯法對高飽和度的粉土進(jìn)行處理時應(yīng)進(jìn)行一定的技術(shù)措施，才可取得明顯的加固效果。

4 施工方案的布置

4.1 施工技術(shù)參數(shù)

（1）夯擊能量的選擇：夯錘與落距的乘積稱為夯擊能，夯擊能的確定應(yīng)根據(jù)地基土類別、結(jié)構(gòu)類型、荷載大小和處理的深度綜合考慮，并經(jīng)過現(xiàn)場試夯確定。本工程經(jīng)過現(xiàn)場試夯后選用夯錘20T，落距13m，夯能2600kNm/m2。

（2）施工機(jī)具的選擇：夯錘底面為圓形，錘底靜壓力約30kPa，錘中設(shè)有若干貫通的200mm的排氣孔，利于夯擊時空氣排出和減少起錘時的吸附作用；起重機(jī)選用符合提升高度和起重能力不小于30T的履帶式起重機(jī)；脫鉤裝置采用一端固定在銷柄上，另一端穿過轉(zhuǎn)向滑輪，固定在懸臂桿底部橫軸上，當(dāng)夯錘起吊到要求高度，升鉤拉繩隨即拉開銷柄，脫色裝置開啟，夯錘自動脫勾下落。

（3）夯擊點(diǎn)布置：

采用等腰三角形布置，夯距7m。

圖2 夯點(diǎn)局部示意圖

（4）設(shè)計要求：第一遍采用點(diǎn)夯，夯擊數(shù)9；第二遍點(diǎn)夯夯擊數(shù)7，夯能不變；第三遍滿夯夯擊數(shù)2，夯能為1000，錘印搭接；并同時滿足最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的降起，不因夯坑過深而發(fā)生提鍾困難。兩遍的間隔時間3d。

（5）試夯段：試夯選取面積為20m×20m的具有代表性的地段，根據(jù)初步確定的強(qiáng)夯參數(shù)，現(xiàn)場進(jìn)行試夯，待試夯場地進(jìn)行檢測后與夯前數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，待一周后，檢驗強(qiáng)夯效果，確定采用的各項參數(shù)，主要參數(shù)有地基的有效加固深度，處理后地基土的強(qiáng)度，承載力和土的性能變化指標(biāo)，夯擊能、夯錘尺寸、落距、夯點(diǎn)間距、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、最后兩擊的平均夯沉量、間隔時間等。

4.2 施工準(zhǔn)備

熟悉施工圖紙，現(xiàn)場實地考察掌握地基土質(zhì)情況初步確定各項參數(shù)，定位放線。制定施工方案、工施工區(qū)域內(nèi)選擇具有代表性的場地作強(qiáng)夯試驗，對試夯過的場地進(jìn)行測試并分析對比，根據(jù)試夯效果修正各項強(qiáng)夯參數(shù)；場地平整，修筑機(jī)械設(shè)備進(jìn)出場道路，保證足夠的凈空高度、寬度、路面強(qiáng)度，并在強(qiáng)夯范圍內(nèi)預(yù)留夯沉量所需的土方。

4.3 施工流程

（1）工藝流程：清理整平→標(biāo)出第一遍夯點(diǎn)位置→起重機(jī)就位、夯錘對準(zhǔn)夯點(diǎn)→測錘擊前地面高程→自由落錘（按修正后的錘擊數(shù)錘擊）完成第一遍夯擊→夯坑填平、測錘擊后地面高程→間隔上述規(guī)定的時間后重復(fù)以上工序。

（2）強(qiáng)夯前場地周圍內(nèi)做好排水溝、防震溝；場地內(nèi)布設(shè)縱橫盲溝，表層鋪一層1m厚的碎石墊層，防止設(shè)備下陷和便于排水。

（3）夯擊順序從邊緣向中央進(jìn)行，先深后淺，先夯擊深層土再夯擊中層土后夯擊表層土。

（4）回填土含水量控制在最優(yōu)含水量范圍內(nèi)。

（5）強(qiáng)夯時按試夯后修正的參數(shù)進(jìn)行，落錘平穩(wěn)，夯位準(zhǔn)確，夯擊坑內(nèi)積水應(yīng)及時排除，坑底含水量過大時加入新土或回填塊石、碎石等置換。通過強(qiáng)夯將坑底軟土向四周擠出，使在夯點(diǎn)下形成碎石墩并與四周軟土構(gòu)成復(fù)合地基。

表1 粉土土層物理、力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計表

4.4 施工監(jiān)測

強(qiáng)夯施工過程的監(jiān)測至為重要，必須由專人負(fù)責(zé)，并對各項參數(shù)及施工情況做好詳細(xì)記錄，監(jiān)測的主要目的是防止夯坑周圍土體的過大隆起與坑底形成橡皮土。

開夯前檢查夯錘重量和落距，每遍夯擊前對夯點(diǎn)放樣進(jìn)行復(fù)核，發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯時及時進(jìn)行糾正，并對每個夯點(diǎn)的擊數(shù)和夯沉量進(jìn)行記錄。地基土的含水量與飽和度的區(qū)域較大，在施工過程中通過監(jiān)測可調(diào)整施工參數(shù)，主要是點(diǎn)夯的夯擊次數(shù)。

5 夯沉量的分析

強(qiáng)夯施工時用水準(zhǔn)儀觀測點(diǎn)夯每一擊的夯沉量，根據(jù)現(xiàn)場記錄的大量實際數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理，分別計算A區(qū)、B區(qū)的單擊夯沉量與累計夯沉量的結(jié)果如表2。

表2 單擊夯沉量與累計夯沉量

圖3

從圖表中數(shù)據(jù)可以看出，原土強(qiáng)夯實施過程中，隨著夯擊次數(shù)的增加，夯沉量都會出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)，為第8擊（轉(zhuǎn)折點(diǎn)的擊數(shù)與夯擊能量大小所決定），在該擊數(shù)前，夯沉量增加呈遞減趨勢并慢慢平穩(wěn)，在第8擊數(shù)過后夯沉量出現(xiàn)反彈的明顯波動。夯擊過程中觀測到夯坑周圍土體隆起的情況是在第4或5擊時開始出現(xiàn)并逐漸發(fā)展，當(dāng)?shù)降?擊后夯擊的能量對土體加固的作用已不起作用，并且夯坑底部出現(xiàn)土體反彈的情況，測得該最后兩擊的平均夯沉量超過50mm（分別為51和65），此時繼續(xù)夯擊意義不大，故在該特殊地層的情況下不能以“最后兩擊平均夯沉量小于50mm”為停錘標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過上述試夯效果的檢驗結(jié)果：實際施工中第一遍采用點(diǎn)夯，夯擊數(shù)8；第二遍點(diǎn)夯夯擊數(shù)8，夯能不變；第三遍滿夯夯擊數(shù)3，夯能為600，錘印搭接；并根據(jù)坑底隆起的情況等因素而定，一般可以控制在7～9擊數(shù)，盡可能控制在夯沉量反彈前，夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的降起，不因夯坑過深而發(fā)生提鍾困難。兩遍的間隔時間3d。

表3 強(qiáng)夯后粉土土層物理、力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計表

由于該地區(qū)高飽和度土的特點(diǎn)，天然地基土強(qiáng)夯施工時，點(diǎn)夯擊數(shù)的確定應(yīng)通過數(shù)據(jù)的監(jiān)測，記錄夯坑的總夯沉量及夯坑周圍土體的隆起量并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析綜合得出結(jié)論。

6 地基土處理效果分析

強(qiáng)夯完成后采用兩種方法檢驗土層的物理力學(xué)性質(zhì)與承載性能：①現(xiàn)場采取夯后土樣本進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)土工試驗，取樣深度為1.5～2.0m之間；②在基底位置進(jìn)行平板靜載荷試驗確定承載力。

6.1 強(qiáng)夯后粉土土層物理、力學(xué)指標(biāo)（如表3）

從表3可以表明在強(qiáng)夯后地基土的含水量降低、重度提高，孔隙比減小，壓縮性降低，高壓縮性與濕陷性消除，工程性質(zhì)得到改善。

6.2 強(qiáng)夯后承載力檢驗

強(qiáng)夯完成一周后，在強(qiáng)夯區(qū)域內(nèi)選取比較有代表性的點(diǎn)進(jìn)行靜載荷試驗，共7個點(diǎn)，圓形承壓板面積2500cm2；采用慢速維持荷載法，荷載分級增量為50kPa，共分11級，最大荷載550kPa。承載力與沉降量（P～S）試驗數(shù)據(jù)如圖4。

圖4 土層試驗點(diǎn)靜載荷試驗P～S曲線圖

由曲線圖可以看出，P～S曲線基本呈直線狀態(tài)，在P在100～500kPa之間波動較平穩(wěn)，由于公路路基對承載力的要求約在175kPa，故該試驗未做到極限荷載，根據(jù)工程經(jīng)驗及P～S曲線圖，該段的承載力均能設(shè)計滿足要求；而達(dá)到工程實際使用荷載時的沉降量約為5mm，沉降量與壓縮系數(shù)、壓縮模量均得到很好的改善，同時土層的固結(jié)度、承載力隨時間的增加而增加。

7 結(jié)語

以臺商投資區(qū)東經(jīng)二路南延伸段工程的實際工程施工經(jīng)驗以及檢測單位提供的檢測資料進(jìn)行簡要的分析了場地高飽和度粉土運(yùn)用強(qiáng)夯法的案例，以及強(qiáng)夯效果的分析，對于高飽和度土進(jìn)行強(qiáng)夯時，點(diǎn)夯擊數(shù)應(yīng)通過施工過程中監(jiān)測夯坑總夯沉量及夯坑周圍土體的隆起量并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和施工經(jīng)驗來判斷等方法綜合確定。在夯沉量較大的夯坑內(nèi)應(yīng)進(jìn)行局部置換等措施，置換的材料可采用塊石、碎石、礦渣或砂石混合料，以保證土層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

強(qiáng)夯后地基土的主要指標(biāo)均得以改善，尤其是壓縮性指標(biāo)的變化明顯，經(jīng)處理后的土層具有較高的密實度和強(qiáng)度，而隨著時間的推移，處理后的土層壓縮性隨之降低，強(qiáng)度也將逐漸提高。