淺談強夯工藝在吹填砂地層中的應用

1、引 言

強夯施工工藝進行地基處理具有效果顯著、設備簡單、施工方便、適用范圍廣、經濟易行和節省材料等優點，因此越來越廣泛地被應用于工民建、公路、鐵路路基、機場跑道、碼頭等地基處理工程。

2、工程概況

某鋼廠擬建場區位于沿海部位，場區淺部為6m吹填砂層，不能滿足建筑物對天然地基強度和變形要求，因此采用強夯法進行地基處理，以消除砂土的液化性，提高地基承載力。設計要求強夯夯擊能3000kN.m，處理后的地基承載力特征值≥220kPa，處理有效加固深度≥7m。

本工程施工場區內巖性在垂直和水平方向上無較大變化，巖性以粉土、粉質粘土和細砂層為主。按地層的巖性及物理力學性質，各層土的性質、分布如下:

第一層:吹填砂.由新近吹填成，以粉砂為主，混有少量粘性土，稍密。該層厚度約5.1-6.9m。

第二層:細砂，顆粒呈亞圓形，均粒，中密，飽和，該層厚度約7.4m。中間夾一粉土層，厚度約為1m，局部有層理構造，低干強度。低韌性，中密，飽和。該層厚度約16.1m。

為了確定強夯夯擊的工藝參數，在工程強夯施工開始前進行了試夯并檢測，本次試夯設置兩個試夯區，其尺寸均為50 m×50 m。

3、試 夯

3.1 試夯參數

試夯分為兩組，通過試驗比較分析，確定相關的技術參數，驗證其適宜性。

(1)試夯面積:兩組均為2500m2。

(2)單擊夯擊能:3000kN.m，其中夯錘直徑為2 m，錘鶯為20t。

(3)夯擊遍數:點夯2遍，滿夯2遍。

(4)滿夯參數:滿夯2遍，夯擊能暫取1000kN.m，每點夯1擊.夯印搭接1/4錘底面積。

(5)夯點間距:第一組:2.5D即5m，第二組:3D即6 m，其中D為夯錘直徑。

3.2 施工工藝和過程

(1)施工工藝流程:

清理并平整場地-標出-遍夯點位置并測量場地高程一起重機就位夯錘置于夯點上一測量夯前錘頂高程一夯擊并測量夯沉量一推土機整平井進行滿夯一場地整平

(2)最佳夯擊能和夯擊次數的提取

由動力固結理論，使地基中產生的孔隙水壓力達到土的覆蓋壓力時的夯擊能稱為最佳夯擊能。確定原則為:夯坑的壓縮量最大，而夯坑的隆起最小。由于夯擊能為設計院給定，故不在提取最佳夯擊能。

在試夯過程中對每一夯點的每一擊的夯沉量進行測量，并繪出夯沉量與夯擊次數關系曲線。當△s-N曲線趨于穩定，接近常數，且同時滿足以下條件時，可取相應夯擊次數為最佳夯擊次數。

a、最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm。

b，不因夯坑過深而發生起錘困難。

c，夯坑周圍地面不發生過大的隆起和側擠。

根據試夯，確定了1遍夯最佳夯擊次數為6-8擊，二遍夯夯擊次數為7-10擊。

(3)夯擊點的布置及間距

本場地按正方形布置夯擊點，第一組試夯夯點間距按5m控制，第二組試夯夯點間距為6m。

(4)間歇時間

間歇時間是指兩遍夯擊之間的時間間隔，間歇時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。由于本工程土層主要為砂性土，孔隙水壓力消散時間快，滲透性好，故可連續夯擊。

4、檢 測

試夯區域內，在強夯處理前后分別用土工試驗、原位測試(標準貫入試驗、靜力觸探試驗等)相結合的方法進行試驗檢測。每一試夯區域取六個試驗點，每個試驗點做標貫取土孔或靜力觸探試驗。靜力觸探孔深為7.0m，標貫取土孔孔深也為7.0m，每米取一個原狀土樣并進行一次標準貫入試驗，取出的原狀土樣及時送至土工試驗室進行試驗。

1、夯實前該場地土層分布較均勻，砂土處于松散～稍密狀態，標準貫入基數在7.0-18.0之間，變異系數較大，土層性質變化較大，為可液化土層，液化等級為輕微液化，al-2=0.28-0.58MPa-1，屬中等-高壓縮性土，工程性質較差，承載力特征值fak=80kpa，壓縮模量Es=5.5Mpa，未經處理不可直接使用。

經判定本地層液化等級為中等。

2、第一組試夯區夯實后該場地土層相對較均勻，砂土處于中密-密實狀態，標準貫入基數在27.0-34.0之間，變異系數較小。土層性質變化不大，為不可液化土層，a1-2=0.07-0.13MPa-1，屬低壓縮性土，工程性質較好，承載力特征值fak=230kpa，壓縮模量Es=12.0Mpa，可作為一般工程的基礎持力層。

經判定，本地層經過第一組強夯施工方案處理后砂土液化性消除。

3、第二組試夯區夯實后該場地土層相對較均勻，砂土處于中密-密實狀態。標準貫入基數在20.0-35.0之間，變異系數較小，土層性質變化不大，為不可液化土層，a1-2=0.12-0.21MPa-1，屬低壓縮性土，工程性質較好，承載力特征值fak=190kpa，壓縮模量Es=9.0Mpa。

經判定，本地層經過第一組強夯施工方案處理后砂土液化性消除。

檢測結果:本次檢測最大深度7.00m，共揭露砂土層1層，兩組試夯夯實后砂土土質相對較均勻，工程性質較好。第一組方案夯實后細砂的承載力特征值fak為230kpa-220kpa。砂土液化性消除滿足設計要求。第二組方案夯實后砂土液化性消除，承載力特征值fak為190kpa≤220kpa未能滿足設計要求。

經過試夯施工，基本確定了吹砂填海砂層強夯施工參數:

(1)單擊最佳夯擊能:3000kN.m，可取夯錘直徑為2 m，錘重為2眥。

(2)夯擊遍數:點夯2遍，最佳夯擊次數為一遍夯6-8擊，二遍夯7-10擊，

(3)滿夯參數:滿夯2遍，夯擊能暫取1000kN.m，每點夯1擊，夯印搭接1/4

(4)夯點間距:夯點按照正方形布置，間距為5m或小于5m。

(5)間歇時間:砂土滲透性好，可以連續施工。

5、結束語

由于目前強夯法處理地基基礎理論研究尚不十分成熟，實際工作中強夯處理參數的確定往往都是憑以往施工經驗或參照已建工程擬定某一工程地基的強夯方案，再通過現場試夯確定。筆者在本工程的施工過程中得出以下幾點體會:

1、影響強夯有效加固深度的因素很多，除了夯擊能量外，還同土的阻尼性質、夯錘的形狀、錘底的單位壓力、土層孔隙中存在的氣體和空氣，不同土層的埋藏條件，地下水位狀況，夯擊次數等不同有關，因此，目前還沒有任何一種計算方法可精確地計算出各種不同地質條件下的強夯影響深度。強夯法的有效加固深度應根據當地經驗并經現場試夯確定，試夯及試夯檢驗是強夯施工中確定夯擊能量、夯擊次數、夯擊遍數及間歇時間的關鍵工序。

2、在強夯的間隔時間方面，《建筑地基處理技術規范》規定:當缺少實測資料時，可根據地基土的滲透性確定，對于滲透性好的砂土層可以連續夯擊。但是在實際施工中，尤其是在水位較高時，適當增加間隔時間，會起到事半功倍的效果。間隔時間的具體確定，需要根據施工經驗和現場施工情況確定。另外在施工中要合理布置現場。在排水方面加大力度。

3、由于在相同的夯擊能下，底面較小的夯錘其有效影響深度較深。針對我國施工機械起吊能力一般較小的現狀，采用鑄鐵夯錘可在不加大起吊重量與起吊高度的條件下，提高夯擊效果與增大加固深度。應優先選用鑄鐵夯錘，在條件所限的情況下，可在鋼殼內填充混凝土制成夯錘。此外，夯錘形狀的合理與否，在一定程度上也會影響夯擊效果。