強(qiáng)夯置換法加固地基現(xiàn)場試驗(yàn)研究

李 琳

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060）

0 前言

強(qiáng)夯法就是利用起重設(shè)備將重錘提升到一定的高度，然后使重錘自由下落，以巨大的沖擊能量作用在地基上，使土中產(chǎn)生極大的沖擊波，以克服土顆粒間的各種阻力，使地基壓變以達(dá)到加固地基的一種地基處理技術(shù)。強(qiáng)夯置換法是在強(qiáng)夯法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用長鼓形夯錘，對地基土進(jìn)行反復(fù)夯擊并間斷向夯坑回填碎石等硬質(zhì)骨料，在軟土層中形成密實(shí)墩體的軟基處理方法[1～4]。

強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換法加固地基效果明顯、影響深度大，目前，強(qiáng)夯法與強(qiáng)夯置換法已廣泛用于建筑、公路、鐵路、港口、機(jī)場等工程的地基處理。但對于強(qiáng)夯的加固范圍、影響范圍的研究還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行的規(guī)范[3，4]也沒有對強(qiáng)夯法的影響范圍給出明確的定義，這給工程實(shí)踐和工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)合同留下了較多隱患。如何定義強(qiáng)夯的影響范圍，國內(nèi)外學(xué)者均進(jìn)行了這方面的研究和探索[5～9]。本文結(jié)合大亞灣石化區(qū)強(qiáng)夯置換工程，該工程周邊有重要的油氣管道，為判斷強(qiáng)夯置換施工對管道的影響，有針對性的進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得到了強(qiáng)夯置換施工時的相對安全范圍。

1 工程概況

1.1 大亞灣石化區(qū)工程概況

大亞灣石化區(qū)場地由素填土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土組成，素填土松散，素填土主要由塊石、碎石不均勻混粘性土等組成，碎塊石含量大于70%，粒徑一般在5～50 cm，局部大于100 cm，為確保場區(qū)建筑物的安全和路基的工后沉降滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯置換法加固。

強(qiáng)夯置換擬采用的夯擊能為5 000 kN·m，夯點(diǎn)間距4 m×4 m正方形布置，隔點(diǎn)跳夯，夯錘直徑1.4 m，夯錘重量20 t。強(qiáng)夯置換完成后再普夯1～2遍，普夯采用15 t重鋼錘，錘徑2.5 m，夯擊能 1 500～2 000 kN·m。

1.2 石化區(qū)與中海油埋管的關(guān)系

由于石化區(qū)北側(cè)有中海油地下埋管及地面管廊，中海油埋管埋深約3 m，地下埋管和地面管廊平面位置一致，距離石化區(qū)強(qiáng)夯邊線27.0 m。在強(qiáng)夯置換的施工過程中，必須確保石化區(qū)北側(cè)埋地原油管道及地面管廊架的的安全。為此，在無中海油管線的試驗(yàn)路段進(jìn)行強(qiáng)夯置換現(xiàn)場試驗(yàn)，以確定強(qiáng)夯置換施工的影響范圍。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

為確定強(qiáng)夯置換對周邊管線、構(gòu)筑物的影響，擬通過設(shè)置地表監(jiān)測點(diǎn)、深層測斜管和振動監(jiān)測點(diǎn)，全面掌握強(qiáng)夯置換施工在該場地的影響范圍，有效保護(hù)周邊管線和構(gòu)筑物。根據(jù)試夯和監(jiān)測結(jié)果，確定強(qiáng)夯置換施工的最小安全距離，分析強(qiáng)夯加固地基的效果。

2.2 監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)工地的實(shí)際情況，為確保管線和構(gòu)筑物的安全，設(shè)計(jì)對夯點(diǎn)周邊30～50m的范圍內(nèi)設(shè)置變形、振動監(jiān)測點(diǎn)，以全面掌握強(qiáng)夯置換施工時對周邊管線和構(gòu)筑物的影響。

監(jiān)測點(diǎn)主要有以下三類：

（1）地表變形監(jiān)測點(diǎn)：在地表每隔一定間距設(shè)置一個變形監(jiān)測點(diǎn)，通過對該點(diǎn)的高程和坐標(biāo)測量，掌握該點(diǎn)在強(qiáng)夯過程中的變形情況，測量儀器主要有水準(zhǔn)儀和全站儀。

（2）深層測斜儀：先鉆孔埋設(shè)測斜管，在強(qiáng)夯置換前后通過測斜儀測量出土體沿深度方向的側(cè)向變形情況，測量儀器主要為數(shù)字測斜儀。

（3）振動檢測儀：通過在地面設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，安裝振動速度傳感器、采集記錄儀、供電系統(tǒng)及其他附屬設(shè)施。記錄實(shí)時的強(qiáng)夯振動曲線，再利用筆記本電腦及專用分析處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到強(qiáng)夯引起的振動速度和振幅。

2.3 監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置

選擇試夯點(diǎn)（該試夯點(diǎn)也是強(qiáng)夯地基處理的置換樁），在試夯點(diǎn)的東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)和北側(cè)設(shè)置了四個監(jiān)測斷面。共設(shè)置了10個變形監(jiān)測點(diǎn)，8個深層位移監(jiān)測點(diǎn)和8個強(qiáng)夯振動監(jiān)測點(diǎn)（見圖1、圖2），進(jìn)行地表水平位移、深層土體位移和強(qiáng)夯振動的監(jiān)測。

圖1 強(qiáng)夯置換單夯點(diǎn)測試平面布置圖（單位：m）

圖2 強(qiáng)夯置換單夯點(diǎn)測試立面布置圖（單位：m）

3 試夯結(jié)果

3.1 地表位移

利用全站儀對強(qiáng)夯置換施工前后地表位移邊樁進(jìn)行測量，測量結(jié)果見表1。

表1 強(qiáng)夯置換的地表位移

從表1可以看出，一般距離夯點(diǎn)越近，地表的水平位移越大；由于監(jiān)測點(diǎn)距離夯點(diǎn)較遠(yuǎn)（8.0 m以上），本次監(jiān)測的位移絕對值不大，地表位移邊樁最大值出現(xiàn)在W5、W 8測點(diǎn)處，位移量分別達(dá)到10mm，11mm。而W 4測點(diǎn)出現(xiàn)異常，距離夯點(diǎn)5m，位移量僅為5 mm。

3.2 深層側(cè)向位移

利用數(shù)字式測斜儀對強(qiáng)夯置換施工前后進(jìn)行土體深層側(cè)向位移監(jiān)測，得到強(qiáng)夯置換的深度-深層側(cè)向位移曲線（見圖3）。

圖3 強(qiáng)夯置換的深度-深層側(cè)向位移曲線

從圖3可以看出：距離夯點(diǎn)越近，同一深度處土體的側(cè)向位移越大，當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)距離夯點(diǎn)8 m時，地表以下0.5 m處的側(cè)向位移為23.9 mm，當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)距離夯點(diǎn)27m處時（該位置也是管道距離夯點(diǎn)的距離），地表以下0.5m處的側(cè)向位移為1.9mm。

從圖3還可以看出，同一夯點(diǎn)土體的深層側(cè)向位移隨深度的增加衰減明顯，特別是在地表以下2.0～4.0 m的范圍衰減較快，5 m以下土體的深層側(cè)向位移基本為零。說明強(qiáng)夯置換施工對距離夯點(diǎn)5.0m以上、埋深5.0m以上的管線基本無影響。

為驗(yàn)證隔振溝降低強(qiáng)夯振動的效果，在C4～C6點(diǎn)設(shè)置了3.0 m深度的隔振溝，C7、C8點(diǎn)設(shè)置了2.0 m深度的隔振溝，從圖3分析可知：C4點(diǎn)與C7點(diǎn)距離夯點(diǎn)均為8.0 m，C4點(diǎn)的深層位移較C7點(diǎn)小，說明隔振溝越深，減振效果越好。一般隔振溝與夯點(diǎn)距離小于10 m時，隔振溝的深度不宜小于3.0 m；隔振溝與夯點(diǎn)距離大于10 m時，隔振溝的深度不宜小于2.0 m。

3.3 振動速度

通過對強(qiáng)夯置換過程中的振動監(jiān)測，得到強(qiáng)夯置換的振動速度-夯擊次數(shù)曲線（見圖4）。

從圖4可以看出：距離夯點(diǎn)越近，強(qiáng)夯振動速度越大，當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)距離夯點(diǎn)2.0 m時，第一擊時最大的振動速度為13.5 cm/s，當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)距離夯點(diǎn)27m處時（該位置也是管道距離夯點(diǎn)的距離），第一擊時最大的振動速度為1.6 cm/s。

圖4 強(qiáng)夯置換的振動速度-夯擊次數(shù)曲線

從圖4還可以看出：隨著夯擊次數(shù)的增加，振動速度也逐步增加，距離夯點(diǎn)較近時，振動速度隨夯擊次數(shù)的增加更加明顯。

根據(jù)本次實(shí)測數(shù)據(jù)以及有關(guān)國內(nèi)外相關(guān)資料[8～10]，可將本次強(qiáng)夯試驗(yàn)振動影響劃分為以下3個區(qū)。（1）振動破壞區(qū)：距離夯點(diǎn)邊緣距離小于5 m，該區(qū)域內(nèi)土體振動速度大于5 cm/s，該區(qū)域內(nèi)振動將對一般建筑物造成破壞。（2）振動損壞區(qū)：距離夯點(diǎn)8～20 m。該區(qū)域內(nèi)土體振動速度為2～4 cm/s，該區(qū)域內(nèi)振動將對一般建筑物造成一定程度損壞。（3）相對安全區(qū):距離夯點(diǎn)大于30 m。該區(qū)域內(nèi)土體振動速度小于1.0 cm/s，該區(qū)域內(nèi)振動除對精密儀器設(shè)備有一定影響外，對一般建筑物不會造成損壞。

從圖4的監(jiān)測數(shù)據(jù)看：Z4點(diǎn)距離夯點(diǎn)2 m，振動速度達(dá)到了14 cm/s以上，屬于振動破壞區(qū)；Z3點(diǎn)（管線位置處）距離夯點(diǎn)27 m，經(jīng)多次夯擊后振動速度接近了2 cm/s，介于振動損壞區(qū)和相對安全區(qū)之間，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，做好保護(hù)、減震措施；Z8點(diǎn)距離夯點(diǎn)42 m，振動速度接近1.0 cm/s以上，屬于相對安全區(qū)。

4 結(jié)論

（1）強(qiáng)夯深層位移監(jiān)測表明地下2.0～4.0 m范圍深層側(cè)向位移衰減較快，地下5.0 m處深層側(cè)向位移基本為零。說明強(qiáng)夯置換施工對距離夯點(diǎn)5.0m以上、埋深5.0 m以上的管線基本無影響。

（2）強(qiáng)夯的振動監(jiān)測表明在5 000 kN·m的夯擊能下，強(qiáng)夯振動影響范圍是25～30 m，相對安全區(qū)的范圍是夯點(diǎn)以外25～30 m的范圍。

（3）對監(jiān)測結(jié)果的分析可知：隔振溝越深，減振效果越好。一般隔振溝與夯點(diǎn)距離小于10 m時，隔振溝的深度不宜小于3.0m；隔振溝與夯點(diǎn)距離大于10 m時，隔振溝的深度不宜小于2.0 m。

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