强夯法施工工艺在处理软基地基中的应用

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　　摘要：强夯法具有设备简单、效果显著、经济和施工快等优点得到了广泛应用。本文作者结合工程实例，主要对强夯法施工技术在软土地基处理中的应用进行了简要的综述和分析。

　　关键词：强夯法,路基施工,地基处理

　　强夯法又称动力固结法，即反复将重锤提到高处使其自由下落夯击地基，利用夯锤自由下落的冲击能产生的冲击波使地基密实，从而使地基的强度提高，压缩性得到降低的方法。与其他方法相比，强夯法做为一种经济高效而又简洁的地基处理方法，在处理碎石土、砂土、黄土、非饱和土、填土等土类方面得到了广泛的应用，积累了很多的经验，在理论方面也取得了一定的进展。强夯法是利用强大的夯击能给地基一个冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围的土体进行动力挤压，从而提高地基承载力(一般可提高200%～500%)，降低压缩性(一般可降低20%～90%)，消除湿陷性，改善地基抵抗震动液化的能力等。同时，强夯法可提高土层的均匀性，减少工后差异沉降。

　　一、工程概况及场地岩土工程条件

　　1、工程概况

　　该工程拟建的主体构筑物为配水池、絮凝沉淀池、恒速滤池、清水池。由于场地浅部由人工填土层等软弱土层组成，不能满足地基基础设计的要求，因此必须对地基进行加固处理。根据设计要求：地基处理的有效深度为6m，经过处理后的地基承载力特征值ƒak不得低于150kPa。本工程软土地基加固处理的面积约8720m2。

　　2 、场地岩土工程条件

　　根据工程地质勘察报告,该场地分布的主要岩土层有：

　　(1)人工填土层：A 素填土层 , 松散～稍密状,厚度为1.8～5.6m，堆填时间为5～6年。

　　(2)第四系冲积土层：B-1 粉质粘土层，可塑状、层厚0.5～3.4m;B-2 粘土层，可塑状、层厚1.4～7.8 m;B-3 中砂层，稍密状、层厚4m。

　　(3)第四系残积土层：C 粉土层，可塑～硬塑状、层厚1.2～9.5m。

　　(4)基岩风化层：D 强风化含砾砂岩揭露厚度为3.5～15m。

　　该场地地下水类型主要为赋存于中砂层中的孔隙潜水，其次为赋存于人工填土中的上层滞水，基岩裂隙水贫乏。

　　二、地基处理方案的确定

　　根据工程地质勘察报告中提供的岩土承载力特征值、土的状态及物理力学参数，本着“方法可行、经济节约”的原则，对浅部地基处理常用的换填垫层法及强夯法两种方案进行了比较。

　　(1)换填垫层法：适用于浅层软土地基及不均匀地基的处理，换土垫层材料可采用砂、砂石、灰土等，但厚度不宜大于3m。采用灰土换填材料，石灰选用新鲜消石灰，土料选用粉质粘土，两者体积比按3∶7计，本工程采用换填垫层法处理时预算造价较高。

　　(2)强夯法：适用于浅层软土地基的处理，使用设备简单、施工方便、施工工艺及检测方法相对简单，有利于总体工程施工的组织安排。本工程采用强夯处理的预算造价相对比采用换填垫层法的造价低。

　　经综合对比，在满足设计要求的同时，选择既能保证工期而且施工费用较少的强夯法对地基进行加固处理。

　　三、强夯参数的确定

　　1、有效加固深度

　　强夯加固地基的有效加固深度以广东省《建筑地基处理技术规范》(DBJ15-38-2005)公式计算 ,见式 1 。

　　式中 h———有效加固深度(m);

　　α———修正系数,可取0.5～0.8(根据土质情况而定,粘性土取 0.5);

　　Q———锤重(t);

　　H———有效落距(m)。

　　2 、单击夯击能

　　强夯的单击夯击能根据地基土类别、性质,上部结构类型、荷载大小、基础形式和要求处理深度等综合考虑,并通过试夯确定。本项目要求处理深度为6m。

　　本工程中原定采用夯锤质量为25t，锤径为2.2～2.4m，落距第一、二遍为10m，后考虑附近找不到此种参数的夯锤，为赶在雨季来临之前完成强夯工作而改选定夯锤质量为16.5t，直径2.0m，落距为15.2m，则： QHg =16.5×15.2×10≈2500(kN·m),QHg 值即为单击夯击能。

　　3、夯击遍数与夯点布置

　　本工程强夯采用两遍点夯一遍满夯。两遍点夯布点均采用5m×5m正方形布点，第二遍夯点位于第一遍夯点四个相邻点的对角线相交处，两遍布点最后形成梅花形布点(见图1)。满夯夯锤印间搭接0.5m(见图2)。

　　4 、点夯每点夯击数及间歇时间

　　点夯每点夯击数均为6～8击，两遍点夯施工间歇时间不小于14d。

　　5、满夯夯击能及每点夯击数

　　根据《建筑地基处理技术规范》(DBJ15-38-2005)的规定：点夯完成后，应以低能量满夯1～2遍，锤印搭接。在本工程中，根据现场回填土的实际情况，结合施工单位以往的施工经验，采用一遍满夯，满夯夯击能取1000kN·m;满夯每点夯击数为2～3击。

　　四、强夯法施工

　　1、施工准备

　　在施工准备阶段，施工人员对机械设备进行了安装、调试和维护，并对设计图纸和场地地质资料进行了熟悉。工程测量人员第一时间进入施工现场，收集已有控制点成果资料，详细、准确地绘制了水准基点的布置图;并对加固处理场地范围附近的地下管线位置进行了细致检查和测量，以免因强夯施工造成破坏。

　　2、强夯机械设备

　　采用50t履带式起重机作为提升机具，采用自动脱钩器来起落夯锤，夯锤采用直径2.0m的钢板壳内填混凝土锤、夯锤质量16.5t，采用140W推土机进行场地平整，采用经纬仪、水准仪等测量仪器进行放点和夯沉量观测。

　　3 、试夯

　　试夯参数：点夯单击夯击能为2500kN·m，点夯每点夯击数为6～8击，点夯收锤标准为最后两击平均夯沉量须小于5cm;满夯单击夯击能为1000kN·m ，满夯夯锤印间搭接0.5m，满夯每点夯击数为2～3击。

　　试夯：在做好强夯施工的准备工作后，施工单位会同甲方、设计、监理、质检等相关单位在场地内选择有代表性的3个夯点进行了试夯施工，按《建筑地基处理技术规范》(DBJ15-38-2005)的要求做好每个夯点的施工记录，试夯施工结束2周后，对试夯场地进行了检测。根据试夯夯击情况、施工数据以及检测结果对比显示，强夯设计参数是合理的，可作为最终的施工参数。

　　4、施工操作

　　4.1 点夯施工

　　点夯施工按如下步骤进行：

　　A 平整场地、测量场地标高，并按照夯点平面布置图将第一遍夯点进行定位放点;

　　B 起重机就位，使夯锤对准夯点位置;

　　C 测量夯前锤顶标高;

　　D 将夯锤起吊至预定高度15.2m后脱钩器自动开启，待夯锤脱钩自由落下后放下吊钩、测量锤顶标高(施工中若发生坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平后再进行夯击);

　　E 重复步骤D，按设计规定的夯击次数及控制标准完成一个夯点的夯击;

　　F 换夯点，重复步骤B～E，完成第一遍夯点的夯击;

　　G 用推土机平整场地并测量整平后的场地标高;

　　H 间隔14d后，按照上述步骤完成第二遍点夯的夯击。

　　4.2 满夯施工

　　在第二遍点夯施工完毕后，用推土机将场地整平，然后进行满夯将场地浅表松土夯实。本工程满夯单击夯击能为1000kN·m，采用搭夯施工。

　　施工时，行走强夯机到达指定的位置，调节起吊高度为6.1m、满足满夯单击夯击能1000kN·m的设计要求，使夯锤对正起始位置，起吊夯锤夯击地基，达到设计锤击数后，移动夯锤至将要施工的夯点与已施工夯点搭接0.5m后，吊起夯锤继续夯击，重复上述步骤直到覆盖式夯完所有夯区。满夯施工完毕后，用20t振动压路机对场地进行了碾压。

　　4.3 施工质量控制要点

　　严格按照施工程序组织施工，施工前检查锤重和落距,以确保单击夯击能符合设计要求;在每遍夯击前，对夯点放线、夯点布置进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯时及时纠正;施工过程中及时、准确地作好每个夯点的夯沉量等原始资料的记录;加强质量监督检查工作，除设立专职质检员对施工质量进行监督检查外，在各工序之间经常开展自检、互检活动。

　　五、强夯检验

　　强夯施工结束2周后，采用动力触探试验和压板载荷试验对强夯地基处理质量进行了检验。

　　1、动力触探试验

　　动力触探试验的目的是为了推定处理后的土地基的地基承载力，检验强夯处理的加固深度、评价强夯地基处理的施工效果。本工程采用N63.5重型动力触探进行试验。

　　动力触探试验点按网距15～20m布置，共布置30个检测点位，累计检测试验185.00m。试验过程遵循《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001)的有关规定进行，N63.5重型动力触探试验结果及地基承载力特征值见表 1。

　　2 、压板载荷试验

　　试验的目的是了解较深范围地基土的承载力和变形模量。根据《N63.5重型动力触探试验报告》的检验结果，共选取场地内三个最薄弱的点进行压板载荷试验。并根据规范关于试验中的总加载量不小于设计要求值的两倍的规定，在本次试验中每个试验点共压了12块钢筋混凝土件，每件试件尺寸均为1.0m×1.0m×1.0m，总加荷重为300kN。检测报告显示，三个检测点的荷载-沉降量(Q-s)曲线较平缓，沉降量-时间对数(s-lgt)曲线基本呈平行规则排列，说明场地内的地基承载力ƒak≥150kPa。其试验结果见表2。