強夯法對壩基的應用分析與探討

李海英

(饒河縣紅旗嶺農場水務局，黑龍江饒河155712)

0 引言

強夯法是強力夯實法的簡稱，又被稱作為動力固結法，該方法通過重錘墜落使地基得到強力的震動和沖擊，從而達到重新排列土地顆粒結構、增加地基密實度和承載能力的目的。該方法廣泛適用于各類軟土地基，對于消除地基的濕陷性有著非常顯著的效果。強夯法在20世紀60年代首次在法國使用，10 a后傳入我國，在港口、民用建筑、交通施工中得到了大規模應用。強夯法在水利工程中主要應用于泵站、水閘等地面建筑的施工中，經過長期的使用，已經形成了非常詳細的施工標準和規范。本文主要以濕陷性黃土壩基為例，對強夯法的應用進行說明。

在土壩壩基方面，我國的《碾壓式土壩設計規范》(SL274—2001)中明確指出，濕陷性黃土壩基宜采用翻壓、挖除、強夯等方法對其濕陷性進行消除，可根據實際情況在試驗通過后進行使用。不過我國目前尚未形成強夯法處理濕陷性黃土壩基的有關規范，盡管泵站、水閘等地面剛性建筑可以根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79—2002)中的要求進行處理，但土壩不僅具有一定的適應形變能力，且荷載強度較高，與剛性建筑有著明顯差別，所以不能完全套用此類規范進行施工，下面就對強夯法應用于濕陷黃土壩基中的一些問題進行探討。

1 影響深度及界定問題

梅那公式認為，從起夯面開始，強夯法的影響深度主要與單擊能有關，若將地基所受的單擊能設為Mh，則在深度為H范圍內的地基都會受到影響。不過梅那公式并沒有對影響深度的界定指標予以明確表示，因此無法在實際施工中進行應用。為了解決這一問題，梅那公式將修正系數k引入其中，稱其為有效加固深度，并對其進行相應的界定，即公式(1):

式中:k表示的是有效加固深度的折減系數，該系數在對不同的地基類型進行計算時選用不同的數值，濕陷性黃土地基的數值為0.34～0.5;M表示的是重錘的重量;h表示的是重錘下落距離。

由于多種因素均可對加固深度造成影響，因此k值在實際應用中也有著很大的不確定性，為了解決這一問題，(JGJ79—2002)中指出，有效加固深度應根據現場試驗進行確定，若缺乏試驗條件，則應根據表1進行預估。

表1 濕陷性黃土地基有效加固深度分析

從表1中可以看出，有效加固深度所對應的修正系數k值與公式(1)中所使用的k值基本相同，而以往的工程實踐也證明表1中所列數值基本屬實，可以作為預估值進行使用。

不過需要注意的是，(JGJ79—2002)并沒有對表1中的有效加固深度進行明確的定義，其它技術規范中也沒有給出明確的界定指標，所以在施工過程中，工作人員習慣將濕陷性的消除深度作為有效加固深度。這樣就導致了不同工程所采取的指標各不相同以及與施工所在地實際情況不符的問題，給施工帶來了很多不便。

地基處理是工程設計最重要的環節之一，處理工作必須使設計要求得到全方位的滿足，所以將強夯有效深度定義為施工結束后，地基的變形、強度等滿足設計要求的垂直深度無疑是合理的。土壩設計要求指標主要包括密實度指標(ρd)、濕陷性指標(δx)、地基承載力(fk)、壓縮系數(αv)，以及強度指標Φ、C和孔隙水壓力指標、滲流指標等。但是在進行設計時，不可能對各項指標都預先提出要求，考慮到土密實度與變形、強度、孔隙水壓力、滲流等指標的高度相關性，可以用干密度Pd作為代表。這樣，濕陷性黃土壩基的強夯有效加固深度就可以通過兩個指標來表示。

土體密實度的有效增加與濕陷性消除深度并不是同一個值，地基黃土在經過強夯后，其原有的結構遭到了破壞，濕陷性得以消除，而增加土體密實度、恢復土體結構的程度還受其它因素的影響。所以在絕大多數情況下，密實度的有效增加深度要小于濕陷性的消除深度。表2中列舉了幾項工程中二者深度變化的對比。

表2 強夯后密實度增加及濕陷性消除深度的對比

從表2可以看出，使用一個指標對強夯的有效加固深度進行反映是不確切的。針對這種情況，有些施工人員除了使用濕陷性的消除深度來對有效加固深度進行確定外，還使用密實度的提高程度使用一個能夠反映“綜合效果”的深度。也有的施工人員對密實度的加固深度進行了劃分，并將密實度顯著增加的深度作為“強加密帶”。

對于處在濕陷性黃土地及上的土壩而言，都需要對濕陷性進行消除，或者將其控制在一個可以接受的范圍內，以免壩體在開始蓄水后因濕陷而發生開裂。同時，還要求在壩基面以下一定深度范圍內的土體得到加密，以減少壓縮變形量，提高壩體的穩定性。不同工程受壩型、壩高等因素的影響，對于壩基加固的要求也存在著較大差異，所以很難將某一個有效加固深度應用到全部的工程項目當中，對于濕陷性消除深度的要求也往往高于對地基密實度增加的要求。通過以上分析，筆者認為應該將黃土壩基濕陷性消除深度定義為加固深度，并將密實度的有效增加深度作為強夯處理指標，以便在優化設計工作的同時與其它行業的劃分標準保持一致。

2 黃土地基密實度受強夯的影響

在經過強夯處理后，地基所能達到的土體結構、地層分布、干密度、夯擊功能等主要與所采用的工藝及各項參數和原始含水量有關，并且效果會隨著深度的增加而遞減。

日本的坂口旭將強夯后的地基分為4層:第一層是夯坑底部以上的部分，成為張弛隆脹區，這一土層的干密度會較之前出現大幅度的增加。第二土層的應力大于地基極限強度，加密效果也是各層中最為顯著的。第三土層的應力在屈服值與極限值之間，夯實能對其產生的影響相對較弱，加密效果不是非常明顯。第四土層的應力在屈服界限以內，基本上沒有固結。就以往的工程實踐結果來看，砂黃土地基在強夯后，干密度值有明顯的分層現象，并且遵循隨深度遞減的規律。地基土的天然含水量是另一個影響土體加密度的因素，實踐表明，在地基土層的含水量為9%～25%的時候，強夯法的效果是最佳的，在此范圍之外則效果不明顯。

3 強夯試驗

雖然在水利工程建設中，強夯法已經得到了廣泛的應用，在濕陷性黃土壩基的處理上也有了一些經驗，但對于強夯機理的研究直到目前也沒有得出令人滿意的成果。因此根據(JGJ79—2002)的要求，國內幾乎全部的重點工程在施工前都進行了強夯試驗，以便根據實地試驗結果對各項指標進行確認。如果不進行前期試驗，那么所提出的各項指標就有可能并不適用于施工所在地的實際情況，容易引發合同、設計、工期等多種問題，影響工程的按期、保質完工。

強夯試驗方案的確定應盡可能兼顧到可能出現的各類問題，做到多種選擇，試驗設計內容一般包括強夯點設置、試驗參數和結果檢測要求等，其中，試驗參數主要有主、副夯的夯點間距，夯擊次數，主、副夯的夯擊能、夯沉量等內容。

對于試驗檢測指標的選擇要有針對性，一般來說，民用及工業建筑的檢測指標為地基承載力變化、濕陷深度消除情況以及干密度的變化等。而表層土的承載力指標并不會在壩基施工中被直接使用，不過為了滿足設計及施工要求，壩基強夯試驗應對C值、φ值、滲流、變形等相關指標進行監測。夯點的設置應與有關地質及水利勘測規范相結合，切忌生搬硬套民用和工業建筑的標準規范。

4 結語

在對濕陷性黃土地基的處理過程中，強夯法無疑是最為有效的措施之一，而強夯設計則是壩體設計的重要組成部分，其作用是使壩基與壩體之間能夠更好的相互適應。當然，濕陷性黃土地基并非是不通過強夯就不能筑壩，例如黃河引水工程中北干線的大梁水庫，濕陷性黃土地基的深度就高達25 m，工作人員采用了砂礫石心壩墻，并將壩體的斷面擴大，以控制裂縫、消除變形，就是一個非常典型、有效的處理方式。

不過濕陷性黃土壩基在經過強夯處理后，即便是沒有完全消除其濕陷性，也會在很大程度上改良壩基狀態。所以只要將濕陷變形量控制在一個可以接受的范圍內，滿足壩體的穩定性要求也是可行方案之一。另外，即使是將濕陷性完全消除，也要注意進行變形、穩定及滲流的復核，以便為大壩安全提供更多的保障。

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