工程建設(shè)場(chǎng)平強(qiáng)夯與分層回填碾壓施工方案對(duì)比研究

張慶旭

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

我國(guó)目前核電項(xiàng)目選址大部分位于沿海地區(qū)，設(shè)計(jì)方對(duì)四通一平階段場(chǎng)平的要求基本只有場(chǎng)地標(biāo)高、場(chǎng)地回填壓實(shí)度等要求。場(chǎng)平施工方案基本采用分層回填碾壓的方式。核電項(xiàng)目尚未大規(guī)模應(yīng)用強(qiáng)夯方式進(jìn)行場(chǎng)平處理。

某核電廠項(xiàng)目選址處于南方侵蝕丘陵地貌區(qū)，根據(jù)項(xiàng)目廠址測(cè)量成果分析，廠區(qū)挖填方量較大，均為500萬(wàn)m3以上，填方最深處約15m。如按照分層回填碾壓方法進(jìn)行場(chǎng)平，每層只能回填松土50cm厚，全部回填分層較多，且受南方多雨天氣影響，工期不受控風(fēng)險(xiǎn)較大。而強(qiáng)夯作為一種成熟有效的地基處理方式，比較適合大規(guī)?；靥畹墓こ?，在工期方面尤其具有優(yōu)勢(shì)。

因此，本文結(jié)合該核電廠廠址地質(zhì)情況、地基處理要求，從工藝、工期、費(fèi)用等角度分析分層回填碾壓和強(qiáng)夯處理的優(yōu)劣。

1 強(qiáng)夯與分層回填碾壓兩個(gè)方案的介紹

1.1 強(qiáng)夯地基處理方案

強(qiáng)夯地基處理主要方法為通過機(jī)械將重錘反復(fù)提升后自由落地，通過沖擊、震動(dòng)改變回填土層的密實(shí)度、滲透性，以提高土層的地基承載力。強(qiáng)夯處理地基適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。強(qiáng)夯地基處理在道路、機(jī)場(chǎng)、港口、倉(cāng)儲(chǔ)、房建等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

強(qiáng)夯地基處理施工前，應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)有代表性的場(chǎng)地選取一個(gè)或幾個(gè)試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行試夯或試驗(yàn)性施工。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)面積不宜小于20m×20m，試驗(yàn)區(qū)數(shù)量應(yīng)根據(jù)建筑場(chǎng)地復(fù)雜程度、建筑規(guī)模及建筑類型確定。應(yīng)在試夯結(jié)束后一周至數(shù)周進(jìn)行試夯檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定工程的強(qiáng)夯參數(shù)（如夯擊能、有效加固深度、夯點(diǎn)布置等）[1]。

強(qiáng)夯的有效加固深度[2]根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)預(yù)估如表1（最終應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯確定）。

表1 強(qiáng)夯的有效加固深度（單位：m）

強(qiáng)夯設(shè)計(jì)應(yīng)符合《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）、《強(qiáng)夯地基處理技術(shù)規(guī)程》（CECS 279-2010）及其他國(guó)家、行業(yè)相關(guān)規(guī)范、規(guī)程。

經(jīng)過調(diào)研，該核電站廠址周邊有地質(zhì)情況相似的某火電廠項(xiàng)目，該火電廠場(chǎng)平采用強(qiáng)夯方案，按6000kN·m夯擊能試夯后檢測(cè)得到地基承載力特征值和地基土的變形模量，在考慮大面積施工質(zhì)量控制及各種不利工況下地基土的工程特性，對(duì)試夯結(jié)果進(jìn)行折減后，仍可達(dá)到330kPa和25.6MPa。

根據(jù)該核電廠場(chǎng)地平整階段巖土工程勘察報(bào)告，廠區(qū)勘測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)覆蓋層主要為第四系人工成因素填土、淤泥質(zhì)土、沖洪積成因黏性土及砂土和坡殘成因粉質(zhì)黏土等；下伏砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等。地貌類型簡(jiǎn)單，總體以侵蝕丘陵地貌為主；回填區(qū)地形地貌主要為剝蝕殘丘和丘間溝谷，局部為沖積平原。而該核電廠地質(zhì)情況、氣候狀況與所調(diào)研強(qiáng)夯廠址地質(zhì)情況十分類似，為該核電廠采取強(qiáng)夯提供了有力的支撐。根據(jù)勘察報(bào)告，廠區(qū)挖方主要為中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖，挖方區(qū)土石方可以就地回填至填方區(qū)作為回填料。

根據(jù)場(chǎng)平設(shè)計(jì)標(biāo)高推算，場(chǎng)地回填深度位于5～15m的區(qū)間，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）以及《強(qiáng)夯地基處理技術(shù)規(guī)程》（CECS 279-2010）中夯擊能和處理深度預(yù)估，選用6000kN·m夯擊能可以進(jìn)行有效處理，據(jù)此選用38t夯錘重量，落距16m，碎石土夯擊處理深度8m左右，對(duì)于回填厚度8m以內(nèi)采用一次回填強(qiáng)夯，回填厚度大于8m區(qū)域采取2次回填強(qiáng)夯。

實(shí)際強(qiáng)夯作業(yè)過程中，應(yīng)先清表后挖除表層淤泥質(zhì)土至中風(fēng)化巖層，采用廠區(qū)挖方開山料回填。《強(qiáng)夯地基處理技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，人工回填土粒徑最大不超過800mm，實(shí)際回填時(shí)，為保證夯擊質(zhì)量，可采用粒徑不大于500mm進(jìn)行控制。為保證回填粒徑滿足要求，可在填方區(qū)設(shè)置破碎機(jī)，對(duì)到場(chǎng)的大粒徑回填料進(jìn)行就地破碎?；靥畈牧系綀?chǎng)并對(duì)大粒徑破碎后，采取分層回填土石方，利用推土機(jī)進(jìn)行粗平，然后再進(jìn)行夯擊處理，夯前回填高度可按規(guī)范提出的超過設(shè)計(jì)標(biāo)高50cm控制，以保證夯擊后頂標(biāo)高滿足要求。

夯擊工藝應(yīng)根據(jù)試夯檢測(cè)結(jié)果確定，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于大面積強(qiáng)夯，回填深度較大時(shí)，應(yīng)增加復(fù)夯，復(fù)夯夯擊能為選點(diǎn)夯的1/2。根據(jù)廠址的回填情況，結(jié)合規(guī)范規(guī)定，可采用兩遍點(diǎn)夯加一遍滿夯的組合工藝。根據(jù)規(guī)范，采用6000kN·m夯擊能時(shí)對(duì)碎石土處理深度可達(dá)8～9m，該夯擊能下夯點(diǎn)間距按5.5～6m設(shè)計(jì)，采用正方形布點(diǎn)。前兩遍采用點(diǎn)夯，第二遍夯擊點(diǎn)布置于第一遍夯擊點(diǎn)中間，最后兩擊夯沉量均不大于100mm。第三遍滿夯，夯擊能可降低至3000kN·m，夯點(diǎn)之間搭接為1/4面積。最后兩擊夯沉量均不大于100mm。

強(qiáng)夯施工完成后，靜置7d，待夯擊應(yīng)力擴(kuò)散均勻之后進(jìn)行地基均勻性、地基承載力特征值、壓縮模量等參數(shù)的檢測(cè)。以上相關(guān)參數(shù)及工藝均屬初步設(shè)計(jì)，夯擊參數(shù)應(yīng)根據(jù)試夯結(jié)果調(diào)整后確定。

1.2 分層回填碾壓方案

分層回填碾壓是通過機(jī)械重量及機(jī)械振動(dòng)能量使土體密實(shí)，以此提高土體強(qiáng)度，分層碾壓適用于處理大面積填土地基。壓實(shí)地基的施工質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)分層進(jìn)行。每完成一道工序，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行驗(yàn)收，未經(jīng)驗(yàn)收或驗(yàn)收不合格時(shí)，不得進(jìn)行下一道工序施工。

碾壓法施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)性能、地基土性質(zhì)、密實(shí)度、壓實(shí)系數(shù)和施工含水量等，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定碾壓分層厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓范圍和有效加固深度等施工參數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)估時(shí)，分層碾壓的參數(shù)見表2。

表2 填土每層鋪填厚度及壓實(shí)遍數(shù)

分層回填碾壓施工前要進(jìn)行試驗(yàn)，選取兩個(gè)10×25m2具有代表性的區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)。每層回填虛鋪厚度分別控制在40cm、60cm左右。回填料的粒徑控制在100mm，并不應(yīng)含有淤泥質(zhì)土、清表土、有機(jī)質(zhì)含量大于5%的土。

根據(jù)該核電廠場(chǎng)平壓實(shí)度的要求，需配備26t振動(dòng)壓路機(jī)，從碾壓區(qū)兩邊向中間進(jìn)行碾壓，每道碾壓輪跡應(yīng)與上一道輪跡搭接1/4輪跡寬度，縱向輪跡搭接2m。壓路機(jī)碾壓時(shí)也采用組合碾壓，第一遍碾壓采用靜壓，壓路機(jī)不開啟振動(dòng)；第二遍采用弱振碾壓一次；第三遍采用強(qiáng)振碾壓4～6次；第四次再啟用弱振一遍，之后再靜壓一遍。壓路機(jī)工作時(shí)應(yīng)控制行車速度，不宜過快，車速一般2km/h，總共碾壓8遍左右。

碾壓完成后檢測(cè)壓實(shí)度。壓實(shí)度不合格時(shí)應(yīng)增加一遍碾壓后再檢測(cè)壓實(shí)度，之后循環(huán)，直至壓實(shí)度合格。碾壓過程中應(yīng)對(duì)壓實(shí)厚度、碾壓遍數(shù)等詳細(xì)記錄。壓實(shí)度的檢測(cè)時(shí)間通常在12h左右，即每層施工間隔約為1d。上一層檢測(cè)合格后方可進(jìn)行下一層回填碾壓施工。

2 強(qiáng)夯及分層回填碾壓方案對(duì)比

2.1 費(fèi)用對(duì)比

通過調(diào)研市場(chǎng)價(jià)格，分層回填碾壓?jiǎn)蝺r(jià)約4元/m3；強(qiáng)夯價(jià)格與夯擊數(shù)有關(guān)，夯擊數(shù)越多，價(jià)格越高，市場(chǎng)價(jià)格約8擊20元/m2。該核電廠初步回填面積約15萬(wàn)m2，回填土方量約80萬(wàn)m3。據(jù)此可以推算，強(qiáng)夯的總費(fèi)用約為20元/m2×15萬(wàn)m2=300萬(wàn)元，而分層回填碾壓費(fèi)用為4元/m3×80萬(wàn)m3=320萬(wàn)元。強(qiáng)夯較分層回填碾壓略有節(jié)省。

考慮到強(qiáng)夯處理后地基承載力及變形模量都較高，而分層回填碾壓僅僅是場(chǎng)地回填平整，對(duì)承載力不作要求。如后期上部建筑物對(duì)地基承載力要求較高時(shí)，強(qiáng)夯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)會(huì)進(jìn)一步凸顯。

綜合來講，強(qiáng)夯法與分層回填碾壓的施工價(jià)格與場(chǎng)地條件、回填深度、回填方量、回填面積等因素相關(guān)，工程量越大，單價(jià)越低。通常情況下，強(qiáng)夯適合處理回填高度高、回填方量比較大的工程，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般回填總高度不超過4m時(shí)，強(qiáng)夯與分層回填碾壓的投資相差不大。應(yīng)結(jié)合工程具體情況和市場(chǎng)報(bào)價(jià)進(jìn)行詳細(xì)分析來對(duì)比兩種工藝的費(fèi)用高低。

2.2 工期對(duì)比

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，分層回填碾壓每機(jī)每臺(tái)班產(chǎn)量約2000m2，回填高度每層500mm。強(qiáng)夯每臺(tái)班產(chǎn)量約600m2。

假定處理區(qū)域面積為2000m2，總回填高度8m。采用分層回填碾壓處理，須分16層，且每層施工完成后須檢測(cè)合格才能進(jìn)行下一層施工，因此回填碾壓時(shí)間為16d。

而強(qiáng)夯處理方式可一次回填到位，強(qiáng)夯處理時(shí)間約為4d，強(qiáng)夯完成靜置7d后進(jìn)行檢測(cè)。

分層回填碾壓受天氣影響較大，雨天無(wú)法施工，臺(tái)班產(chǎn)量受場(chǎng)地形狀制約，場(chǎng)地不規(guī)則時(shí)產(chǎn)量受限。同時(shí)，還受回填厚度、取樣檢測(cè)時(shí)間等因素限制，尤其是施工前期受回填工作面的限制，每天的回填面積和回填方量較低，施工效率受到嚴(yán)重制約。

強(qiáng)夯處理方案受回填區(qū)面積和回填厚度、檢測(cè)時(shí)間影響相對(duì)較小，相對(duì)分層回填碾壓受天氣影響小，單日開挖回填方量基本不受限制，施工時(shí)可迅速進(jìn)入正常作業(yè)模式，形成施工高峰，可有效縮短工期。

分層回填碾壓施工過程中，需要挖機(jī)、土方運(yùn)輸車輛、推土機(jī)等機(jī)械全過程配合，機(jī)械占用率較高，相互之間的配合較多，需要消耗較多的機(jī)械及人力資源。強(qiáng)夯則可一次回填到位，機(jī)械設(shè)備集中使用，可提高機(jī)械使用效率，減少周轉(zhuǎn)時(shí)間。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于該核電廠大面積大方量的回填工程，強(qiáng)夯具有優(yōu)勢(shì)，尤其在工期方面優(yōu)勢(shì)更明顯。因此，應(yīng)結(jié)合該核電廠情況進(jìn)行分析，因?yàn)閺S區(qū)回填面積大、方量大，同時(shí)工期要求緊張，采用強(qiáng)夯可有效節(jié)約工期，并可減少上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)的地基處理時(shí)間和費(fèi)用。只要在強(qiáng)夯過程中加強(qiáng)對(duì)回填土粒徑、夯擊遍數(shù)、夯點(diǎn)布置的監(jiān)督、監(jiān)控，制定詳實(shí)可靠的控制措施，該核電廠采取強(qiáng)夯方式十分合適。