小面积区域内采用小能量分层打夯代替强夯置换施工方法

　　摘要：结合某造地工程地基处理的施工经验，浅谈在小区域面积内采用小能量分层打夯
　　代替强夯置换施工方法。
　　关键词：小能量、分层、航空限高、强夯置换。
　　一、工程概况：
　　1.1工程概况
　　本工程属于某机场三期扩建前期工程和飞行区基础工程，填海造地面积90.92万m2，共分A、B、C三个标段。本标段为C标段，总面积为18.27万m2。本工程设计平均高程为+5.5m（基准面为1956年黄海高程系）。整个工程的地基加固主要有回填砂垫层、打设排水板、振冲砂桩、高压旋喷桩联合加固、分层碾压粘性土、强夯置换等。
　　设计地基处理目的
　　为了消除地基不均匀沉降，在隧道两侧衔接段的软土地基普遍采用振冲砂桩加固；在机场主跑道与滑行道的衔接段，则采用振冲砂桩与高压旋喷桩联合加固，提高复合地基刚度，减小其沉降，以进一步协调跑道、滑行道与隧道衔接段之间的变形。
　　内陆小块区域设计要求先进行排水砂垫层施工，再分层碾压粘性土造地，造地面积2.33万m2，工期为30天。由于环绕机场跑道外围有一条公路，在公路外侧有反压平台、抛石棱体、条石砌墙，长300m左右，宽10～30m、厚4～6m，面积约8000平方。反压平台为大块石抛石护脚，抛石棱体底层为大块石，中间为二片石理坡，坡面为干砌块石，面层为安装好的防浪块。公路边缘为浆砌条石墙。反压平台下有厚度不等的残余淤泥，淤泥顶面高程为-1.0～-3.0m，淤泥厚度2～3m。因受下层块石影响，采用插排水板和振冲砂桩进行地基加固是行不通的，但为了协调该区域新老填筑体的不均匀沉降，对于小块区域内侧公路护坡下层的软卧土，设计要求采用高能量的强夯置换进行地基处理。
　　1.2强夯置换设计要求：
　　1、先开挖公路下反压平台的条石、块石、防浪块，回填砂垫层标高至-0.5，再分层碾压回填土至+5.5m高程后强夯；
　　2、锤重20t，锤径2.4m，落距15m，强夯置换单击夯击能为3000kN•m；
　　3、正方形布置夯点，夯点间距为5.2m，共夯三遍，夯击过程之间不间歇；
　　4、最后再以较低能量（夯锤重量10t，落距10m，夯击能为1000kN•m）满夯一遍，将表层松土夯实；
　　5、砂垫层的顶面高程为-0.5m，回填土碾压造地高度为6.0～8.5m。
　　6、地基承载力≥80kPa。
　　强夯置换夯击压力：
　　F1=W1/S1
　　F1=3000kN•m/3.14*1.2*1.2=663.5kN/m
　　强夯置换有效加固深度：
　　Z1=η1（W1*H1）1/2
　　η1=0.5，W1=20t，H1=15m，得出Z1=0.5(20*15)1/2=8.6m
　　设计夯击能为3000kN•m，强夯置换施工标高在回填土面+5.5m，回填土面层至淤泥底高度6～8.5m，强夯置换有效加固深度为8.6m，强夯置换实际影响深度的标高为-3.1m。淤泥顶面高程为-1.0～-3.0m，设计强夯置换有效加固深度已达到淤泥面。
　　1.3航空限高：
　　因强夯置换施工区域位于机场跑道附近，离跑道最近才50m。由于受航空限高的影响，（华东航空管理局规定此区域的航空限高为黄海高程+10.0m）。
　　限高计算
　　设计要求夯击能达到3000kN•m时，按夯锤重W=20t计，落距h=15m，地面标高为+5.5m，考虑富裕高度2m，强夯机械高度最少在+22.5m以上。即使将夯锤增加到W=30t，落距h也需10m，施工时强夯机械总高程在+17.5m以上，也远远超过了航空限高+10.0m的要求。采用增加锤重、减少落距也无法满足航空限高要求。致使强夯置换无法进行施工。
　　施工方与航空港方面多次协商，航空港方面出于对安全方面的考虑，强夯置换施工对航班起降存在很大安全隐患，甚至可能会造成机毁人亡的安全事故，航空港方面一直不同意在此区域进行强夯置换施工。
　　1.4提出低能分层方案：
　　由于受航空限高的制约，施工时为保证飞机起降安全。施工方提出了采用降低施工面标高、采用挖掘机配5t的夯锤进行低能分层打夯施工方案。
　　1、因采用挖掘机进行打夯施工，效率高、施工灵活、方便，对航行安全没大的影响，随时可降低施工高度，满足航空限高要求；
　　2、原设计采用3次点夯，1次满夯，新方案提出夯击4次，全部采用满夯，不搞点夯，满足设计要求；
　　3、在夯击前先进行碾压，保证夯面平整，有利于夯击时锤底接近水平状态，满夯搭接宽度为10cm；
　　4、保证最下层采用小能量夯击的影响深度达到原设计强夯置换的影响深度；
　　5、在单位面积内，小能量夯击的压力大于强夯置换的夯击压力；
　　6、保证在地基处理后地基承载力大于原设计地基承载力。
　　经施工方与航空港、设计等多方的沟通，同意采用施工方提出的低能分层打夯施工方案。
　　所谓低能分层打夯就是采用小能量的夯击能，在其夯击能影响深度内，分成多层，在每层表面采用小能量的夯击能进行夯击，通过几次叠加达到原设计强夯置换的夯击效果。
　　1.5小能量分层打夯施工：
　　1、机械设备
　　挖掘机、推土机、压路机各一台；
　　夯锤一个（锤重5t，锤径70cm，落距6m，强夯置换单击夯击能为300kN•m）；
　　2、施工方法
　　首先采用挖掘机将公路下方的反压平台条石、块石、防浪块进行清除。清除满足设计要求后，进行回填砂垫层，回填砂垫层至设计标高-0.5m。然后对回填砂垫层进行碾压，直接在砂垫层上进行第一层小能量夯击，夯击时采用一台挖掘机将5t的夯锤吊至6m高处直接落锤进行夯击，单击夯击能可达到300kN•m。
　　3、低能分层夯击压力：
　　F2=W2/S2
　　F2=300kN•m/3.14*0.35*0.35=779.9kN/m
　　F2=779.9kN/m>F1=663.5kN/m
　　小能量夯击压力F2大于强夯置换夯击压力F1，满足设计要求。
　　4、低能分层夯击有效加固深度：
　　Z2=η2（W2*H2）1/2
　　η2=0.5，W2=5t，H2=6m，得出Z2=0.5(5*6)1/2=2.7m
　　5、低能分层夯击见下图：
　　
　　低能分层夯击有效加固深度Z2为2.7m，第一层砂垫层标高为-0.5m，实际影响深度的标高为-3.2m，深于原设计实际影响深度标高-3.1m，满足设计要求。
　　施工时，每次低能夯击时分层厚度取2.5m。每层夯击完4遍满夯后，进行下层回填粘性土施工，都按原设计要求进行分层碾压。回填厚度2.5m后，即第二层回填标高到+2.0m，按同样的方法进行4遍小能量满夯，夯击完后再进行下一层碾压回填粘性土的施工。以此类推，直到第三层回填标高+4.5m。设计回填土顶面标高为+5.5m，第四层（即最后一层）厚度仅为1m，远远小于采用低能分层夯击有效加固深度2.7m。为保证质量满足设计要求，第四层也按同样工艺进行施工。
　　1.6施工效果：
　　为保证工程质量，对采用低能分层代替强夯置换的施工的方案是否可行?采用低能分层施工后是否能达到原设计要求的地基处理效果?为此，对采用低能分层整个施工过程进行了沉降观测、压实度、动力触探、承载力的试验。
　　低能分层夯击时，每夯完一遍后都用推土机进行推平，再进行下一遍夯击，并进行沉降观测。夯击完后的回填粘性土施工，均按设计要求的摊铺厚度进行分层回填、碾压。并请具有资质的检测单位进行了压实度检测、动力触探、承载力的试验。
　　1、沉降观测
　　从统计数据可看出，采用低能分层夯击的效果还是比较理想的。沉降观测只是反映了夯击后地基的沉降量，证明地基经过夯击后有密实、下沉。为了更好地说明夯击后的效果是否能满足设计要求。还进行压实度、动力触探、承载力等试验。
　　2、压实度检测
　　回填土分层碾压后，每层都请了具有资质的检测单位进行了压实度检测。设计要求每2000平方检测一个点，每层检测4个点。通过压实度的检测，碾压效果很好，压实度全部达到设计要求指标。
　　3、动力触探
　　本工程整个强夯置换区共进行了9点动力触探，在+2.0m，+4.5m，+5.5m高程面上分别各做了3个点。
　　名称 +2.0m +4.5m +5.5m
　　动力触探击数 28 23 25 30 25 29 36 31 34
　　平均值击数 25.3 28 33.6
　　地基承载力
　　参考值（kPa） 181 204 248
　　粘性土地基的承载力与动力触探击数换算表
　　N10（击/30cm） 15 20 25 30
　　δ0（kPa） 100 140 180 220
　　根据上表换算得出强夯后地基承载力最低为181kPa，均大于设计要求（80kPa）。
　　4、承载力试验
　　按设计要求每10000平方做一组承载力试验，强夯置换区承载力试验做了一组承载力试验，承载力检测报告结果为283kPa，远远大于设计要求的地基承载力。
　　1.7结论
　　采用小能量分层打夯施工，很好地解决了本工程中施工机械高度受航空限高的制约这一难题。采用小能量分层打夯施工，沉降量、压实度、动力触探、承载力等各项指标都达到了原设计要求强夯置换时的效果。25天内就完成了内陆小块区域造地，满足业主一个月的节点工期要求，有利工程的顺利实施。

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