強夯法在南水北調濕陷性黃土路基處理中的應用

□姬永立 □袁 波（河南省水利第一工程局）

0 前言

強夯法即強力夯實法，是利用大型履帶式起重機將8～40t的重錘從6～40m高度自由落下，對土進行強力夯實。強夯法施工具有設備簡單、施工工藝簡單、操作簡單，適用土質范圍廣，加固效果顯著，可取得較高的承載力，一般地基強度可提高2～5倍；壓縮性可降低2～10倍，加固影響深度可達6～10m；工效高、施工速度快，較換土回填和樁基可縮短工期一半；節省加固原材料，施工費用低，節省投資。

強夯法不僅能提高地基土的強度，降低其壓縮性，還能改善抗振動液化的能力和消除土的濕陷性，因此它不僅適用于處理碎石土、砂土、粉土、黏性土、雜填土和素填土地基，還常用于處理可液化砂土地基和濕陷性黃土地基。

1 工程簡介

南水北調中線一期總干渠沙河南-黃河南滎陽段是總干渠沙河南至黃河南段的一個設計單元，位于河南省滎陽市境內，起點在鄭州市董崗村西北；終點在滎陽市王村鄉王村變電站南（即穿黃工程進口A點），滎陽段線路總長約23.97km，設計流量265m3/s，加大流量320m3/s。

南水北調中線一期總干渠滎陽段渠線上分布有崗地、河谷，是由淮河和黃河沖積的平原，整體的地勢為南高北低、西高東低。沿線地表至渠底下5m范圍內地層主要由黃土狀粉質壤土及重粉質壤土構成。結構類型有黃土狀土均一結構、粘性土均一結構和上粘性土為主、下軟弱巖結構三種，并以黃土狀土均一結構為主。黃土狀土沿渠線分布廣泛而連續。沿線黃土狀土濕陷性在空間分布上的隨機性較大，無論水平方向還是垂直方向都具有不均勻性。本渠段黃土狀土多屬非自重濕陷性黃土，個別地點具自重濕陷性，場地濕陷類型為非自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級多為I級（輕微）。全新統沖積成因（alQ4）的黃土狀土多為中等濕陷性，濕陷深度一般2～4m；上更新統沖洪積成因（alplQ3）的黃土狀土多為輕微～中等濕陷性，局部具強濕陷性，濕陷深度一般3～8m，局部可達10m。

黃土狀土在自然的狀態下強度相對來說比較高，抗沖刷能力不高，由于黃土狀具有濕陷性，在遇到水后會出現濕陷變形的情況，強度會顯著降低，會對地基土的強度和渠道邊坡的穩定性造成比較大的影響。

2 強夯法在南水北調工程施工中的應用

根據南水北調中線一期總干渠沙河南～黃河南滎陽段工程設計文件要求，強夯基礎處理范圍主要為地層具有濕陷性黃土的渠段和建筑物地基基礎，處理深度為8m，要求消除地基的全部濕陷量，設計荷載為200kPa。強夯采用跳夯，一遍二序夯擊方式，單擊夯擊能3000kN.m，夯擊點為正方形布置，Ⅰ序夯擊點間距為7m，Ⅱ序夯擊點位于Ⅰ序夯擊點位之間，點夯后整平夯坑，再以低能量滿夯兩遍。滿夯采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。強夯處理范圍應大于建筑物基礎范圍，每邊超出基礎外緣寬度為設計處理深度的1/2至1/3，并不得少于3m。

3 強夯法施工工藝

強夯施工工藝流程為：施工準備→場地平整→夯機就位→夯擊施工→場地平整→工程驗收，見圖1。

3.1 施工準備

3.1.1 場地平整

強夯施工前，先用推土機將施工區域表層腐質土（≥30cm厚）推至施工區之外攏成堆，使用挖掘機和10t自卸車裝運至監理指定的地點或就進棄渣場，然后再將施工區整平，場內表面平整度不超過10cm。清除場地內障礙物，并標記處理場地范圍內地下構造物及管線等。

圖1 強夯施工程序圖

3.1.2 影響措施

強夯施工中，采取隔震、防震措施，消除強夯對鄰近建筑物的有害影響。強夯施工時避開鄰近居民的休息時間，以免震動和噪聲對周邊群眾的生活造成影響。

強夯施工在基坑基本無水的情況下進行，對進入強夯施工范圍的雨水、溶蝕系統滲水，采取引排或抽排措施排除。

3.1.3 施工設備進場

強夯施工機械宜采用帶有自動脫鉤裝置的履帶式起重機或其他專用設備，采用履帶式起重機時，在臂桿端部設置輔助門架或采取其他措施，防止落錘時機架傾覆。夯錘其底面形式宜采用圓形或多邊形，錘底面積宜按土的性質確定，錘底靜接地壓力值可取25～40kPa。錘的底面宜對稱設置若干個與其頂面貫通的排氣孔，孔徑可取250～300mm。強夯置換錘底靜接地壓力值可取 100～200kPa。

3.2 夯擊試驗

強夯試驗以前，按照要求編制強夯試驗大綱報監理單位審批。按監理單位指示在施工現場有代表性的場地上選取一個或多個試驗區，進行試夯或試驗性施工，每個試驗區內夯點數目、布置形式、落距、夯擊遍數等應經監理人批準。

強夯試驗前應按要求進行清基，并對細砂層分層取原狀樣進行顆粒分析和干密度檢測，如：各層原狀土的含水量、干容重、濕陷性、壓縮性、剪切性試驗指標，同時也可以繪制出土層深度與含水量、干密度的曲線圖。原狀土取樣設在試驗區內，取樣深度距地面8m。

強夯后的檢測項目為承載力，可采用原位靜載荷試驗和室內土工試驗。在強夯完成之后的1周后進行，不易在強夯結束后立即進行檢驗，否則，測得的強度偏低，不能反映實際效果。強夯試驗后在試驗區內挖一組探坑，取樣，得出和試驗前對應數據，繪出相應曲線，然后與夯前地質數據進行比較，得出最佳強夯試驗參數，出具正式試驗報告，上報監理工程師批準后作為強夯施工的控制參數。強夯試驗參數可先按單擊夯擊能＜2000kN·m進行。

3.3 強夯施工工藝

強夯在施工前，夯點的夯擊次數應按照現場試夯得到的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定，夯擊遍數根據地基土的性質確定，對于滲透性較差的細顆粒土必要時夯擊遍數可適當增加，最后再以低能量滿夯2遍，滿夯采用輕錘或低落距錘多次夯接，錘印搭接。

施工前，在強夯夯點布置、夯擊方式在強夯實驗的基礎上，按監理的指示進行。平整后的場地表面進行強夯前的控制樁、高程測量，作為進行強夯處理的基礎資料，強夯區夯點的布置按圖紙要求的參數由測量組先繪出夯點布置圖，然后按夯點布置圖所示在強夯區準確的用白灰撒出每個夯心點。強夯施工時，夯機所處位置地面要求平整，避免在坡面上施工。起錘之前，夯錘對準夯點，避免夯錘落下時，偏離夯點不完全在夯點上。

強夯施工可按下列步驟進行：

①在整平后的場地上標出第一遍夯擊點的位置，并測量場地高程；②起重機就位，使夯錘對準夯點位置；③測量夯前錘頂高程；④將夯錘起吊到預定高度，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程，若發生坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應及時將坑底整平；⑤重復上述步驟4，按設計規定的夯擊次數及控制標準，完成一個夯點的夯擊；⑥換夯點，重復上述步驟2～5，直到完成第一遍全部夯點的夯實；⑦用推土機將夯坑填平，并測量場地高程；⑧在規定的間隔時間后，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數，最后用低能量（最后一遍夯錘落距可降低至4～6m，夯擊3次）滿夯，將場地表層松土夯實，并測量夯后場地高程。

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。在最后一遍點夯夯擊完成后，用推土機將夯坑填平。

當夯錘落下出現錘在夯坑中傾斜現象時，停止夯擊，提起夯錘放置在一邊，組織工人用鐵鍬等工具進行夯坑底部整平工作，夯坑底部整平后再進行夯擊。

3.4 特殊地貌的施工控制

整個夯區地形地貌復雜，按圖紙所示位置，有些夯點正好布在高邊坡邊緣，在坡邊打夯可能導致塌坡、塌孔，達不到夯擊效果，在這種情況下，把邊坡坡壁垂直削平，坡頂邊緣的夯點放樣在坡底進行夯擊。

如遇夯點在路坡上，路坡做整平處理，再放樣夯擊。夯點如在高填方地段，高填方段須降低高度，后使用推土機整體推碾整平。

強夯施工后，將場地表層松土夯實，并測量夯后場地高程。

4 工程質量檢測

施工開始前，會同監理人復核現場放樣成果，經監理人簽認后，方可開始進行強夯施工。

強夯前對基礎面進行高程測量，在夯擊時對最后兩擊夯沉量和最終夯沉量進行測量和記錄，強夯最后兩擊相對夯沉量≤5cm。對不符合質量要求應及時進行補夯或采取其他措施。

強夯施工過程中，承包人會同監理人按試驗選定的施工參數，定時進行下列項目的檢查：強夯點位偏移值；夯擊次數、夯錘落距；每個夯點的最后兩擊夯沉量；夯錘傾斜度。

強夯施工后承載力檢驗采用原位測試和室內土工試驗，夯后承載能力需達到設計要求，強夯土的承載力檢測，在地基強夯結束30d左右，采用靜載荷試驗測定。

強夯質量檢查、取樣地點按監理工程師指示進行。在強夯施工中或施工結束后，隔7-10d，在每500～1000m2面積內的各夯點之間任選一處，自夯擊終止時的夯面起至其下6～12m深度內，每隔1m取1個土樣進行室內試驗，測定土的干密度、壓縮系數和濕陷系數。

5 結論

強夯法與擠密樁法在處理南水北調中線一期總干渠濕陷性黃土路基處理中廣泛應用，但強夯法較其他路基處理方法有其獨特的優點，尤其適于土質結構不均勻、土質情況差異的地基，更安全可靠,更重要的是強夯法是處理濕陷性黃土地基是最經濟、最有效、速度快的一種方法。