高填方地基强夯法施工技术

　　1.工程概况

 

　　拟建工程位于萧山江东工业园区。场地系40年前钱塘江潮间浅滩，常遭受到潮水浸没，后经人工围垦造陆而成，土层暴露地表逐渐失水氧化固结形成，早期成为耕地，为灌溉挖掘了纵横方向人工河道，近年随着工业的发展，发展成为经济开发区。

 

　　场地现状为空阔地，正进行土方回填，原地势低洼，为养鱼而挖成较多的养鱼塘（布满鱼塘），鱼塘现已回填，因此表层分布较大面积的回填土，在地貌上场地属于钱塘江冲海积平原。由于填方区范围大，回填厚度较厚，为3～6m不等。回填过程中尚未作压实处理，拟对厂区内地基进行强夯处理。

 

　　2.强夯法的原理及特点分析

 

　　强夯法指的是为提高软弱地基的承载力，用重锤自一定高度下落夯击土层使地基迅速固结的方法，称动力固结法，利用起吊设备，将10t～40t的重锤提升至10m～40m高处使其自由下落，依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层。强夯法主要用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基。对非饱和的粘性土地基，一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法；并根据工程需要通过现场试验以确定夯实次数和有效夯实深度。现有经验表明：在100t·m～200t·m夯实能量下，一般可获得3m～6m的有效夯实深度。这是在重锤夯实法基础上发展起来的，而其加固机理又与它不一样，这是一种地基处理的新方法。

 

　　强夯过后土体会通过以下4个阶段使得土体强度持续提高：

 

　　（1）夯击能量转化使得土质强制压缩且伴随土体震密（表现为土体内气体排出，孔隙水压力随之上升）；（2）部分土体液化或者土体结构发生破坏（表现为原有土体强度降低或者土体的抗剪强度弱化）；（3）土体排水固结压密（表现为土体渗透性能改变，土体裂隙发展稳定，土体强度提）；（4）土体内部触变恢复且伴随固结压实（表现为部分自由水又变成薄膜水，土的强度随之继续提高）。影响强夯效果的因素较多，其中土质及其特性是最主要的原因，土体本身的特性在很大程度上影响强夯的质量。除此之外强夯能级、夯击锤、强夯冲击布点、单点夯击次数、夯击遍数以及间歇时间的影响也不可忽视。因此采用强夯法的主要设计参数就包括，确定有效加固深度、夯击点布置、夯击能量、夯击次数、夯击遍数、遍数间隔时间，根据这些设计参数的要求制定相应的强夯处理方案。

 

　　3.高填方强夯施工方法

 

　　3.1强夯的施工

 

　　（1）夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线及当地经验确定，且应同时满足下列条件：

 

　　A.最后两击的平均夯沉量：当采用6000kN.m能级时不大于100mm；当单击夯击能量较大时不大于200mm。

 

　　B.夯坑周围地面不应发生过大的隆起。

 

　　C.不因夯坑过深而发生起锤困难。

 

　　（2）夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般情况下，可采用2～3遍，最后再以低能量满夯两遍。对于渗透性弱的细粒土，必要时夯击遍数可适当增加。

 

　　（3）两遍夯击之间应有一定的时间间隔。间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可根据低级土的渗透性确定，对于渗透性较差的黏性土地基的间隔时间，应不少于3～4周；对于渗透性好的地基土可连续夯击。

 

　　（4）夯击点位置可采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5～3.5倍，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适当减小。

 

　　（5）试夯建议采用三遍主夯加一遍满夯，主夯夯击能6000kN-m，满夯能级为1500kN-m～2000kN-m（具体夯击能根据单点夯试验情况确定）。夯锤要求采用圆形平底的钢锤。前三遍夯需满足最后两击平均夯沉量不大于100mm，且夯坑周围地面不发生过大的隆起。每遍夯完后，将夯坑填平。夯击数按试夯确定，满夯按1/4锤径搭接。

 

　　3.2强夯夯击能与击实试验击实功的对比

 

　　本文以8000kN·m能级为例，如图2所示，选取图中的阴影部分为计算单元。由于满夯主要用于处理浅层，夯击能计算中不考虑满夯的锤击数，同时计算单元的角点及边线上的点，与其他单元共用，应进行折算，各能级强夯的夯击能计算公式为：

 

　　其中V=Ah式中：E为夯击能；m为强夯的遍数；ni为第i遍强夯的锤击数，计算单元角点及边线上的点，与其他单元共用，应进行折算；Ei为第i遍强夯的单击夯击能；V为计算单元所表示的土体体积；A为计算单元面积；h为填土厚度。

 

　　从高填方场地自身的特殊性，考虑场地的后期沉降稳定性，建议采用“薄分层，低能级”或者“先高后低”等原则进行处理，确保上层（后期建构筑物的主要持力层）填筑体的质量。建议延长施工期的跨度或场地施工完成后静置一段时间，确保工程安全。

 

　　高填方工程的主要特点：场地地形、地貌、地质条件复杂，土石方工程量大，施工工期紧、质量要求高。从试夯施工过程中来看，动态设计和信息化施工非常必要，现场有代表性的选取一个或几个试验区，施工前进行试夯或试验性施工，为大面积填土强夯法处理设计提供依据。

 

　　3.3强夯施工控制要点

 

　　（1）控制单击夯击能级：强夯效果主要取决于强夯单击能的大小。一般情况下，应该根据工程的地质条件和处理需要来确定强夯能级的大小。在强夯单击能的控制上，应该让夯锤重量与落点距离的比例接近1：4，这种比例下，可以有效的提高强夯效果，满足工程参数要求。

 

　　（3）确定最佳夯击能：最佳夯击能由两方面因素决定，即单击夯击能和单点夯击数。最佳夯击能的确定标准是，强夯地基的空隙水压力与土体的自重压力相等时的夯击能。不同的单击夯击能将对强夯效果和经济费用产生明显影响。

 

　　（4）调整夯击遍数：工程经验表明，强夯击数并不一定与加固程度成正比关系，即只有在夯击击数适宜的前提下，才有可能获得最佳效果。当夯击击数超过最佳值时，土体不但不能压密，反而产生过大的侧向挤出。

 

　　（5）夯击时间间隔：强夯后，只有等到孔隙水压力完全消散之后，才能够开始第二阶段强夯作业，对于砂性土来说，孔隙水压力瞬间消散，能够不间断作业，对于粘性土来说，时间间隔控制在2-4周左右才能满足要求。检测时间也需要根据土质来确定，一般情况下，碎石土检测时间为3-5天，有淤泥质下卧层的检测时间应为10-15天。

 

　　3.4强夯施工注意事项

 

　　（1）夯锤重其底面形式宜采用圆形。锤底面积宜按土的性质确定，锤底静压力值可取25～40kPa，对于细颗粒土锤底静压力宜取小值。锤的底面宜对称设若干个与其顶面贯通的排气孔，孔径可取250～300mm。

 

　　（2）强夯施工宜采用带自动脱钩装置的履带式起重机或其它专用设备。采用履带式起重机时，可在臂杆端部设置辅助门架，或采取其它安全措施，防止落锤时机架倾覆。

 

　　（3）当地下水位较高，夯坑底积水影响施工时，宜采用人工降低地下水位或铺填一定厚度的松散性材料。夯坑内或场地积水应及时排除。

 

　　（4）强夯施工前，应查明场地内范围的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等，并采取必要的措施，以免因强夯施工而造成破坏。

 

　　（4）当强夯施工所产生的振动，对邻近建筑物或设备产生产生有害的影响时，应采取防振或隔振措施。

 

　　4.结束语

 

　　通过上述的工程实例的运用，可以发现在高填方施工中运用强夯法具有非常大的作用。强夯法用于压实土体时应根据初始含水率、初始干密度等土体基本情况拟定相应的夯击击数、夯锤直径、夯击能的方案。与其他地基处理方法比较，强夯法是处理高填区地基的一种有效方法。在实际的运用过程中，要结合实际的工程，采用相应的技术措施。此外，还应当采取相应的质量控制措施，从而不但提高工程的质量。