淺談強(qiáng)夯施工在東吳港區(qū)軟基處理中的應(yīng)用

◎ 鄒曉川 福建省羅嶼港口開發(fā)有限公司

1.引言

在加固地基的施工中采用強(qiáng)夯法，具有明顯的優(yōu)勢，原因在于這種施工方法可以降低施工成本，工藝不復(fù)雜卻能取得良好的效果，無需花費(fèi)較長的施工時(shí)間，并且施工中較少受到天氣影響。如果工程的回填深度較大，或者需要回填雜填土，就可以采取這種施工方法。東吳港區(qū)在施工時(shí)首先施打塑料排水板，然后堆載預(yù)壓，完成卸載之后以強(qiáng)夯的方式加固地基，之后樁基礎(chǔ)施工工藝。接下來，本文簡單介紹一下強(qiáng)夯施工。

2.工程概括

碼頭區(qū)域呈現(xiàn)出大沉箱結(jié)構(gòu)，港區(qū)陸地面積930291m，寬度為661m，深度為1407.4m。西圍堤已經(jīng)建成，東圍堤和北圍堤正在建設(shè)當(dāng)中，加上東西側(cè)駁岸前段可以圍出陸域的整片區(qū)域，再往其中回填海砂和開山石。

3.強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 強(qiáng)夯區(qū)域的劃分

陸域總共有819943 m的面積需要進(jìn)行強(qiáng)夯施工，整個(gè)區(qū)域劃分成三個(gè)部分：Ⅰ區(qū)為軌道區(qū)，Ⅱ區(qū)為堆場，余下部分是Ⅲ區(qū)，三個(gè)區(qū)域面積分別為90720m、526524m和202699m，具體分布如圖1所示，三個(gè)區(qū)域的夯能分別為4000kN·m、3000kN·m和2000kN·m，夯點(diǎn)依此是15.56個(gè)/100m、15.56個(gè)/100m和15.56個(gè)/100m。

圖1 強(qiáng)夯平面布置

3.2 點(diǎn)夯的布置以及每點(diǎn)夯擊數(shù)的控制

點(diǎn)夯施工中每點(diǎn)夯擊數(shù)至少為8擊，點(diǎn)夯2遍，再進(jìn)行一遍普夯，其中普夯夯擊能達(dá)到1000kN·m。在夯擊之前需要進(jìn)行試夯，根據(jù)試夯情況確定具體強(qiáng)夯擊數(shù)。在試夯過程中，先采取每點(diǎn)8擊的做法，如果沉降量符合要求，夯后低級承載力也符合預(yù)期，那么在正式夯擊的時(shí)候，就可以按照每點(diǎn)8擊來進(jìn)行點(diǎn)夯。若每點(diǎn)8擊之后的結(jié)果還沒有達(dá)成要求，則需要根據(jù)實(shí)際情況增加夯擊數(shù)，確保達(dá)成要求。在本案例中，經(jīng)過試夯之后發(fā)現(xiàn)，每點(diǎn)夯8擊即可。

按照設(shè)計(jì)，在試夯中點(diǎn)夯兩遍，具體布點(diǎn)如圖2所示。

圖2 強(qiáng)夯夯點(diǎn)布置示意圖

3.3 普夯的控制

三個(gè)區(qū)域各普夯一遍，夯能達(dá)到1000，每點(diǎn)夯擊2次，在普夯過程中需要設(shè)置夯印，且對搭接部分的面積有明確的要求，即不得小于夯錘底面積的1/3。

4.施工工藝

4.1 施工準(zhǔn)備

Ⅰ、Ⅱ區(qū)經(jīng)過卸載達(dá)到+9.0m，或者Ⅲ區(qū)回填達(dá)到+9.0m時(shí)需要設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，然后就可以強(qiáng)夯施工。在施工前需要做好準(zhǔn)備工作，比如回填達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，就需要平整地基，在夯點(diǎn)處放樣，負(fù)責(zé)施工的人員和機(jī)械都需要提前到達(dá)施工現(xiàn)場，提前編制施工方案并做好報(bào)審，設(shè)計(jì)人員需要就技術(shù)、環(huán)境以及施工向施工人員交底。

4.2 防震溝設(shè)置

在施工之前還應(yīng)該開挖防震溝。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況來確定防震溝的規(guī)格與位置，與之相鄰的區(qū)域完成強(qiáng)夯之后，就可以向溝中回填軟性材料，然后用壓路機(jī)分層碾壓，每層厚度保持在30～50cm的范圍內(nèi)，壓實(shí)度達(dá)到90%。

4.3 正式施工程序

1）在《地基處理平面布置圖》中詳細(xì)圈定了強(qiáng)夯區(qū)域位置和范圍。采用的夯能有兩種：一種是斗輪機(jī)基礎(chǔ)采用的3000kJ，另一種則是1800kJ。

2）施工現(xiàn)場首先要?jiǎng)澏ㄖ辽?0m×20m的試夯場地，根據(jù)試夯情況確定正式強(qiáng)夯的參數(shù)。

3）施工中首先要平整場地，然后按照先強(qiáng)夯，后普夯的順序，最后用壓路機(jī)進(jìn)行振動(dòng)壓力，直到地基加固，地面平整。

4）強(qiáng)夯需要進(jìn)行兩遍，普夯只需要1遍即可。夯點(diǎn)之間保持3.5m的距離，每個(gè)夯點(diǎn)夯擊能量為3000KJ時(shí)，次數(shù)在10 擊以上，若能量僅為1800 KJ時(shí)，至少夯擊6擊。最后兩擊要控制夯沉量，平均值保持在500mm以內(nèi)。普夯時(shí)運(yùn)用搭接夯，每點(diǎn)夯擊3擊，搭接部分面積要足夠大，至少達(dá)到夯錘底面積的1/4。

5）在剛開始強(qiáng)夯的時(shí)候，夯標(biāo)高要高出地基處理交地標(biāo)高60cm，這部分高度為夯沉量。

6）強(qiáng)夯的時(shí)候需要挖掘排水設(shè)施，比如排水溝、集水井等，通過排水讓地下水位降低，避免出現(xiàn)場區(qū)凹塘積水的情形。

7）普夯結(jié)束后，要使用壓路機(jī)碾壓整平，達(dá)到地基處理交地標(biāo)高的標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 普夯夯點(diǎn)示意圖

5.地基處理效果檢測

在加固地基之后還需要對施工效果進(jìn)行檢測，所有檢測內(nèi)容都需要達(dá)成規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。檢測內(nèi)容較多，主要包括如下項(xiàng)目：

（1）鉆孔取樣檢測。鉆孔取樣檢測在地基加固前后都要進(jìn)行。在加固之前，從深層分層沉降鉆孔中取出土樣，等到加固之后，取樣孔和之前的孔洞保持1m以內(nèi)距離。兩個(gè)取土位置的深度位置要保持對應(yīng)，通過分析加固前后土樣可以了解物理力學(xué)指標(biāo)的具體變化情況。在取土的時(shí)候，對鉆孔深度有一定要求，要完全穿透淤泥層，直至粉質(zhì)粘土層，并繼續(xù)向里深入至少1m。具體操作按照《港口巖土工程勘察規(guī)范》（JTS133-1-2010）（以下簡稱《規(guī)范》）的步驟進(jìn)行。試驗(yàn)中需要測量多項(xiàng)指標(biāo)，其中物理性質(zhì)指標(biāo)包括天然含水量、天然密度、飽和度等。另外還涉及到力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，比如固結(jié)系數(shù)Cv、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，還有變形模量、壓縮模量等等。

（2）十字板剪切試驗(yàn)。十字板強(qiáng)度檢測也需要分別在地基加固前后進(jìn)行。檢測位于預(yù)壓區(qū)中心區(qū)域，和深層沉降孔相距較近。每隔1m的淤泥質(zhì)軟土中都需要做一次試驗(yàn)，在試驗(yàn)中分別獲取原狀土和重塑土的Cu指標(biāo)，依照《規(guī)范》完成相關(guān)步驟。檢測深度要達(dá)到淤泥層包裹的良好土層之中，在該土層中的深度至少要達(dá)到1m。

（3）載荷板試驗(yàn)。載荷板試驗(yàn)被安排在處理完地基之后，載荷板的長和寬均為1.5m，試驗(yàn)坑寬度至少要達(dá)到4.5m，試驗(yàn)土層的天然濕度和結(jié)構(gòu)均不能破壞，找平位置在擬試壓表面20mm以上厚度的中粗砂中。具體按照《規(guī)范》完成操作。

（4）標(biāo)貫檢測。標(biāo)貫檢測同樣在地基處理之后開展，按照《規(guī)范》的測試方法，每5000m選取一個(gè)檢測點(diǎn)。

（5）回填層壓實(shí)度。按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTGE60 —2008）的要求進(jìn)行壓實(shí)度檢測，每5000m選取一個(gè)檢測點(diǎn)。其標(biāo)準(zhǔn)與重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)相同，距離地表80cm以內(nèi)的土層，其壓實(shí)度應(yīng)該在93%以上。

（6）回彈模量。借助載荷板開展回彈模量測試，運(yùn)用載荷板逐步對地基加載，再逐步卸荷，以此測量出不同載荷級下土基回彈變形情況，繼而計(jì)算得到土基回彈模量。

（7）高程測量。標(biāo)高測量也在地基加固前后均要進(jìn)行，網(wǎng)格點(diǎn)的規(guī)格為10m×10m。

6.夯后分析

不同夯能會(huì)給地基帶來不一樣的影響，每個(gè)區(qū)域的夯能并不相同，具體情況如表1所示。

表1 強(qiáng)夯機(jī)械安排

機(jī)械和夯錘不變，夯能不同，強(qiáng)夯達(dá)成的效果存在差異。

點(diǎn)夯每擊一擊，用水準(zhǔn)儀記錄一下沉降量，觀測得到試夯區(qū)總沉降量，以及平均兩擊的沉降量，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 點(diǎn)夯沉降量

點(diǎn)夯每夯一擊沉降量不足1m,兩擊平均沉降量在5cm以內(nèi)，與設(shè)計(jì)和規(guī)范相符。

本工程在測試地基承載力時(shí)采用的是靜力觸探的方式。即在壓力裝置的作用下，將觸探頭桿直接壓到試驗(yàn)土層中，測量系統(tǒng)測土貫入阻力，從而確定土的容許承載力、變形模量等基本物理力學(xué)特性。在本工程中，每5000m2完成一次靜力觸探。使用YJ-15型液壓機(jī)和型號為ZGS15-3為雙橋探頭作為貫入系統(tǒng)和靜探探頭，錐頭面積和摩擦筒面積分別15cm和300cm；靜探微機(jī)使用的型號是LMC-D310型，錐尖標(biāo)定和側(cè)壁標(biāo)定系數(shù)分別為5.0152kPa和0.065501kPa。靜力觸探得到的結(jié)果具體如表3所示。

由表3可知，Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)地基承載力達(dá)到200kPa以上，而Ⅲ區(qū)的這一數(shù)值也達(dá)到了150kPa以上，與設(shè)計(jì)和規(guī)范相符。

表3 靜力觸探結(jié)果

7.結(jié)語

在強(qiáng)夯的時(shí)候，需要將質(zhì)量很大的夯錘吊起，然后讓其自由落下，將勢能轉(zhuǎn)化成沖擊能，對土層產(chǎn)生極大的沖擊力，反復(fù)操作可以破壞土層原有結(jié)構(gòu)，減少孔隙，擠出土層中的水份，使其從孔道中流出。此舉可以讓土層壓實(shí)，提高密度，減少其中的含水量，進(jìn)而完成軟基的處理。本文主要采用靜力觸探的方式對加固前后的地基進(jìn)行檢測，由此得出如下結(jié)論：

（1）強(qiáng)夯土層在7.5m附近承載力出現(xiàn)了顯著變化，深度為6.5m以上的部分在強(qiáng)夯之后出現(xiàn)了明顯的效果，達(dá)到7.5m以下，強(qiáng)夯效果明顯減弱。

（2）相對于無堆載，預(yù)壓區(qū)經(jīng)過堆載和卸載之后再強(qiáng)夯，取得的效果更好。

（3）地基采取海砂和山皮土進(jìn)行回填之后強(qiáng)夯效果更好。

通過實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)夯沒有復(fù)雜的施工環(huán)節(jié)，無需較長的工期，施工之后可以取得明顯的效果，在很多地質(zhì)環(huán)境下都可以進(jìn)行強(qiáng)夯施工。若地基面積較大，強(qiáng)夯處理的效果較好。