強夯法在某鐵路站場素填土地基處理中的應用

摘要:結合某鐵路專用線站場素填土地基處理工程，介紹了強夯法的機理、設計方法、施工方法及處理效果.

關鍵詞:強夯 強夯系數 施工方法 地基處理檢測

1、強夯及其機理

強夯法，即“強力夯實法”，又稱動力固結法，是用起重機械反復將大噸位夯錘(質量一般為10～40t)起吊到10～40m高度后使其自由下落，給地基以強大的沖擊和振動能量，使土中出現很大的沖擊應力，土體產生瞬間變形，迫使土層孔隙壓縮，土體局部液化，在夯擊點周圍產生裂痕，形成良好的排水通道，孔隙水合氣體逸出，使土粒重新排列，經時效壓密達到固結，從而提高地基承載力并降低其壓縮性，改善地基性能.是1968年由法國的L.Menard技術公司首先提出并創造使用的.我國自1978年引進這一方法，并進行了試驗研究，取得了成功.該法具有設備簡單、施工方便、節省材料、經濟易行、效果明顯、適用范圍廣等特點，越來越受到工程技術界的重視.目前，我國已廣泛應用強夯法來加固碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土。雜填土和素填土等各類地基.

本文結合某鐵路專用線站場路基地基處理工程，就強夯法的設計及施工作以簡要說明.

2、工程地址概述

該鐵路專用線位于廣西欽州港開發區，站場地基的原始地貌為海岸丘陵，場地中不遠為一條北東走向，寬約60～110m，深8～9m的天然溝，是溝通南北水流的唯一通道，現已人工挖山、填方回填整平，并經初步夯實，地勢平坦.地面標高9.25～7.19m，相對高差2.06m，整個廠區地層主要由第四系的素填土、海陸相沉積層和泥巖、砂巖、泥質砂巖組成，分述如下:

①素填土:由山體挖方區的全風化～中等風化的砂巖、泥巖、頁巖組成，局部覆蓋粉土，厚度0.5m～15.1m，綜合確定的承載力特征值fak=140kPa，呈稍密～密實，稍濕～飽和狀態，隨上部荷載的增加產生較大的不均勻沉降，應進行加固處理.

②海陸相沉積層:該層在場地原始沖溝低洼處均有分布，包括以下亞層:

②-1層淤泥質粘性土:黑色、灰黑色，有腥臭味，局部夾有粉質粘土薄層，呈軟塑狀態.分布較廣泛，厚度0.2～12.5m，fak=60kPa.

②-5砂:黑色、灰黑色，有腥臭味，巖性不均勻，局部夾有粘土薄層，呈松散～稍密、很濕～飽和狀態.局部分布，厚度0.5m～2.2m，呈透鏡體狀，fak=100kPa.

以下為泥巖、砂巖、泥質砂巖，結構穩定，具有一定的承載力.

場地地下水類型主要為填土層中的上層潛水與賦存于基巖節理、層理、裂隙中的基巖裂隙水，水量不大.地下水穩定水位埋深為0.60～2、92m，受季節性江水影響.建筑場地抗震設防烈度為7度.

站場地基總面積為137497m2，為防止工后沉降，需進行地基處理，處理深度應至基巖強風化帶頂面.

3、設計技術標準

3.1 地基處理要求

地基承載力特征值fak≥160kPa，地基土壓縮模量Es≥10MPa.

設計方案的確定

處理深度應至基巖強風化帶頂面，深度2.10～17.2m.由于素填土和海陸沉積層全場分布，場地地址條件復雜，要提高天然地基的承載力和減少沉降量，增加場地均勻性，經綜合考慮，采用強夯法具有設備簡單、施工方便、節省材料、經濟易行、效果明顯等特點，且鐵路站場路基廠區與廣西石油公司的其他廠區相鄰，其它廠區采用此法成功的處理好地基，故采用強夯處理.

4、強夯參數

4.1 單擊夯擊能

按《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)強夯法有效加固深度表和Menard修正公式(H=а×，H:加固深度，W:錘重，h:落距а:修正系數，取0.5)，根據要求的地基有效加固深度，結合相鄰廠區的經驗，確定單擊夯擊能.

夯擊次數

夯點的夯擊次數，常以夯坑的壓縮量最大、夯坑周圍隆起最小為確定原則.按現場試夯得到的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定，并應同時滿足下列條件:

(1)最后兩擊的平均夯沉量不宜大于下列數值:當單擊夯擊能小于4000KN·m時為50mm，當單擊夯擊能為4000～6000KN·m時為100mm，當單擊夯擊能大于6000KN·m時為200mm.

(2)夯坑周圍地面不應發生過大的隆起;

(3)不因夯坑過深而發生提錘困難.

4.3 夯擊遍數

夯擊遍數根據地地基土的滲透性確定，滲透性強的地基夯擊遍數可少，反之要多.強夯法的加固順序是先深后淺，即先加固深層土，再加固中層土，最后加固表層土.對于加固深度較深的地基，強夯時先高能級點夯處理深層，再降低能級點夯處理中層，最后低能級滿夯處理表面土層，尤其是夯坑之間的空隙.

4.4 夯點布置及夯距

本工程宜采用正方形布置夯點.夯點間距一般根據地基土的性質和要求處理的深度而定，滲透性差，為了便于超靜孔隙水壓力的消散，夯點間距應大點.要求處理深度較深，點夯采用較大的夯點間距，一面夯擊時在淺層形成密實層而影響夯擊能往深層傳遞.第一遍夯擊點位置確定后，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間.

4.5 間隔時間

相臨兩遍夯擊的間歇時間應根據超靜孔隙水壓力消散時間而定.因本工程素填土屬弱性透水性地層，故可在前一遍夯完后，將土推平，間歇時間為3～4d.

4.6 本工程的設計參數

本工程要求的地基有效加固深度2.10～17.2m，變化幅度大，面積廣，依據強風化層頂高程等高線圖，結合相鄰廠區的施工經驗，分區域進行設計，不同的加固深度選擇相應的夯擊能，夯擊能分為2000KN·m，3000KN·m，6000KN·m，10000KN·m，12000KN·m五個能級，分述如下:

2000KN·m能級強夯，主夯點間距4m，第一、二遍強夯能級2000KN·m，點夯完成后采用1500KN·m能級滿夯一遍，夯印1/3搭接;前兩遍間隔時間不少于3d，之后可連續施工.

3000KN·m能級強夯，主夯點間距5m，第一、二遍強夯能級3000KN·m，點夯完成后采用1000KN·m能級滿夯一遍，每點兩擊，夯印1/3搭接.

6000 KN·m能級強夯，主夯點間距6m，第一、二遍強夯能級6000KN·m，點夯完成后滿夯兩遍，第一遍能級2000KN·m，每點兩擊，第二遍能級1000KN·m，每點兩擊，夯印1/4搭接;前兩遍間隔時間不少于3d，之后可連續施工.

10000 KN·m能級強夯，主夯點間距10m，第一、二遍強夯能級10000KN·m，第三遍能級4500KN·m.點夯完成后滿夯兩遍，第一遍能級2000KN·m，每點兩擊，第二遍能級1000KN·m，每點兩擊，夯印1/4搭接;前三遍間隔時間不少于4d，之后可連續施工.

12000 KN·m能級強夯，主夯點間距12m，第一、二遍強夯能級12000KN·m，第三遍能級6000KN·m，第四遍能級3000KN·m.點夯完成后滿夯兩遍，第一遍能級2000KN·m，每點兩擊，第二遍能級1000KN·m，每點兩擊，夯印1/4搭接;前四遍間隔時間不少于4d，之后可連續施工.

以12000 KN·m能級強夯為例，給出夯點布置圖，見圖1.

4.7 試夯檢驗強夯系數

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.強夯施工前，應在施工現場有代表性的場地上選取各種能級的試驗區，進行試夯，夯后28d后進行檢測，驗證以上確定各種能級的強夯參數是否合理.若地基處理后不符合設計要求，則應改變設計參數.

5、施工方法及注意事項

(1)在施工前排除地表積水，場地平整度和表面硬度應滿足施工設備安全行走要求.

(2)復測場地標高，按施工圖布置夯點，并白灰標出夯印.

(3)強夯主機和夯錘就位后，要對夯錘的落距進行測量，并采取措施，使其在夯擊過程中落距始終保持不變，確保每擊均能達到設計單擊夯擊能.

(4)將夯錘起吊到預定高度后自動脫鉤，夯錘夯擊地面，測量夯錘頂面標高，減去夯錘就位時的頂面標高就是第一擊的夯沉量，如此反復進行，直至滿足控制要求，重復上述步驟，直至所有第一遍夯點全部完成.

(5)第二遍夯點施工時應先將第一遍夯坑回填，平整場地，進行第二遍夯點施工，按第一遍強夯方法進行施工.

(6)滿夯施工時，控制夯擊數、夯錘落距和夯印搭接情況.

(7)本工程強夯工藝流程如下:

場地平整→測量放線→第一遍夯點→場地平整→測量放線→第二遍夯點→場地平整→測量放線→滿夯→場地平整→測量放線→單體驗收.

(8)強夯錘應為圓柱型鋼錘或鑄鐵錘，直徑應為2.2～2.6m，強夯錘應設置若干個上下貫通的氣孔，孔徑250～300mm，施工過程中須保證暢通.磨損嚴重、錘底為鍋底型，錘身為梨形的錘在本工程中不得使用.本工程采用的最大強夯錘重61.38t.

(9)監理及施工技術人員應隨時掌握填土成分，塊石粒徑的大小.夯后夯坑宜立即回填，防止下雨夯坑積水.

(10)強夯施工時，不得在夯坑底有水或淤泥的情況下施工，若出現大量淤泥，應挖出淤泥并回填碎石后，再進行施工.

(11)強夯施工過程中，如遇地面隆起，影響施工，則應適當考慮消散期，并分次施工.適時挖除隆起量，保持起夯面標高不變.如隆起土方為淤泥，應適當超挖一定深度后，回填中風化的含土量較少的山皮石至起夯標高，繼續強夯施工，保證強夯施工設備能夠正常作業.

(12)應對整個施工過程做詳細記錄，包括每擊夯沉量，填料量等，完整填寫強夯施工記錄表.

(13)強夯振動問題:場地內若有構筑物在強夯邊界15m范圍內，應引起注意，施工時應注意保護并加強施工監測，必要時應設置減震溝并進行振動監測.

6、填料控制

施工過程中，應采取各種有效措施盡量減少塌孔保證有效加固深度.對孔深超過2.5m的夯坑，施工中應堅持“少喂料，喂小料，喂好料”的原則.強夯置換夯坑填料盡量選用材質較好的填料，填料中等風化塊石成分不宜少于70%，粒徑不宜大于30cm，含泥量不得大于5%，填料中不得含有植物殘體、垃圾等雜質.

7、地基處理檢測

(1)鑒于本場地地層條件復雜，施工單位在施工過程中應加強夯沉量與隆起量等變形監測.若在施工中出現異常現象，應立即停止施工，并及時報告監理方、建設方和設計方.

(2)要嚴格執行相關規定和設計要求，加強自檢工作，及時對夯點布置、夯錘落距、夯擊次數、夯沉量等進行檢測.

8、地基處理檢測

地基處理工程于2007年10月17日開始施工，2007年12月20日全部完成.地基強夯完成后，在滿足相關規范規定的消散期后，對地基處理效果進行檢測:

(1)鑒于場地的及其不均勻性，本場地地基檢測采用平板靜力載荷試驗、瑞利面波試驗和重型動力觸探試驗進行綜合檢測，檢測點布置原則:隨機、均勻并有足夠代表性.判斷地基加固效果，包括承載力、壓縮模量、有效加固深度等.

(2)施工完成后到檢測之間的間歇時間為28天.

(3)檢測數量執行《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》(GB50202-2002)的相關規定.共布平板靜力載荷試驗點62個;瑞利面波試驗點夯前64個、夯后248個，夯前夯后完全重合;重型動力觸探試驗點夯前32個、夯后77個，夯前夯后基本重合.檢測時間:夯前2007年10月16日-10月19日，夯后2007年11月30日-12月31日.

(4)夯后檢測結果及分析

由于篇幅所限，下面以12000 KN·m能級強夯檢測結果為例說明，對夯前、夯后的動探和瑞利波檢測結果進行分層統計分析，統計結果見表1，地基靜載試驗結果匯總見表2.

從表1可以看出，該強夯加固區9～12m以下分層剪切波速較高，逐漸進入基巖;整體上強夯加固效果較好，其中1.0～10.0m加固效果顯著(土層動探擊數提高率為103～208%，土層等效剪切波速提高率為21～30%))，10.0～13.0動探擊數提高率逐漸降低(為61%～47%)和波速提高率逐漸降低(為15%～12%).強夯有效加固深度10～12m，局部達風化巖面.

全場檢測結果表明，場地強夯加固處理后，地基強度有明顯提高，整體加固效果較好.強夯有效加固深度內地基承載力指標滿足設計要求(地基承載力特征值fak≥160kPa，壓縮模量ES≥10Mpa).

結語

大面積的施工經驗證明，本區域強夯有效加固深度內地基承載力指標滿足并達到了設計要求.充分證明強夯法在地基處理中具有設備簡單、施工方便、節省材料、經濟易行、效果明顯、節省時間等特點.

參考文獻

[1]建筑地基處理技術規范(JGJ79-2002).北京:中國建筑工業出版社，2002.

[2]徐至鈞.強夯和強夯置換法加固地基.北京:機械工業出版社，2004.