大型場區濕陷性黃土地基處理技術研究

張峰，楊浩，馬江紅，于智民，杜榮波

（中電建路橋集團西北基礎設施建設有限公司，陜西 西安 710000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

斗門水庫工程如圖1，位于陜西省西安市，建設場地在西郊灃河右岸。工程所在地距離西安市中心大致為20km，位于灃河東岸原昆明池舊址，斗門水庫工程為引漢濟渭輸配水工程的調蓄水庫，其中，斗門水庫主要作用是為西安、咸陽等城市供水、提高城市環境；同時也可以用來防洪。

圖1 強夯現場

分洪渠全長4262.58m，在整個范圍內地基處理采用強夯法，橫向處理范圍為整個開挖橫斷面（包括濕地），且超出每側渠道外坡腳線以外各3m，強夯地基處理最終要完全消除地基4m以下深度范圍內黃土的濕陷性。設計要求強夯處理后的地基承載力檢測不得小于180kPa，并且測得的濕陷性系數均應小于0.015。

在強夯施工前制定試驗方案，選取合理的機械配備，制定高效可行的質量控制方案，通過試驗獲得適合該工程合理的強夯施工參數，以指導強夯施工。

1.2 區域地質

斗門水庫工程場區地處秦嶺北麓沖積平原處，出露的地層巖性主要為第四系（Q）上更新統風積黃土及第四系全新統沖洪積、沖積堆積的松散堆積物。工程區在地質構造單元上位于汾渭斷陷（Ⅰ）西部渭河斷凹（Ⅰ’）的南部邊緣，南鄰北秦嶺加里東褶皺（Ⅱ）。區域斷裂發育，受其影響工程區屬構造較不穩定地區。斗門水庫工程區的地震動峰值加速度為0.20g，地震動反應譜特征周期0.40s，地震基本烈度為Ⅷ度。

1.3 試驗場地布置

考慮到優先具備施工及進場條件的因素，本次強夯試驗場地規劃在分洪閘兩側平臺及下游渠堤基礎范圍。

根據強夯的不同能級分別選擇試驗區，由上游向下游共布置A、B、C三個試驗區域，三個試驗區域長寬均為25m。

1.4 試驗場地處理

按照設計圖紙及規范要求進行基面清表處理，表土運至業主指定堆土場。經自檢、監理工程師檢查合格后方可進行試驗段施工。

10t自卸汽車配合1m3挖掘機對強夯試驗區進行清表，清表深度不小于50cm，清表完成后用推土機進行整平。試驗區的平整度需滿足要求，并將大的土塊等不利于試驗的物體揀出試驗區，以免影響試驗效果。

試驗單元周圍設足夠寬度，供施工機械與重車行走、回車錯道。

2 強夯方案的選擇

2.1 夯擊能量

根據強夯加固公式計算：

式中：

H——影響深度，m；

M——強夯重力，kN；

H——落距，m；

K——修正系數，一般粘性土取0.5；對砂性土取0.7；對黃土取0.35～0.50。（暫定 0.25～0.35，后經試驗確定）；

根據上式計算：

h取值 17m～9m，夯擊能為2550kN·m～1350kN·m。

根據設計要求和設備情況，強夯試驗使用參數如下表。

2.2 夯點布置

為防止強夯過程中夯錘沖擊對夯點周圍的土體造成剪切破壞，導致夯坑周圍地面產生大的隆起，按照規范要求，第一遍點夯的夯點間距宜布置為2.5～3.5倍錘底直徑，對于本工程，即L=2.5×（2.5～3.5）=6.25m～8.75m，根據該地區土壤濕陷程度，強夯處理影響范圍等因素，本次點夯夯距選為8.4m，主夯點布置為梅花形，如圖2，副夯點在主夯點之間布置；滿夯時錘印搭接1/4，滿夯點布置詳見圖3。

圖2 強夯處理夯點布置示意圖

圖3 滿夯夯點布置示意圖

2.3 夯擊次數和夯點遍數

在正式施工之前需要先進行單點試夯，通過觀察豎向壓縮量和側向的偏移量來確定適合工程所在地的強夯參數。最佳夯擊次數要根據最后兩擊的平均夯沉量來確定。由于本工程采用的強夯能量均低于4000kN·m，因此依據規范，最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，并且夯坑周圍地面不應發生過大的隆起時，證明基礎已經夯實，已達到最佳夯擊次數。

強夯試驗使用參數

按照單點試夯數據對每個夯擊點夯擊次數等做適當調整。

2.4 主副夯間歇時間

強夯時要根據孔隙水壓力的消散情況決定主夯和副夯之間的間隔時間。對于含水量高的粘土，主副夯間的間歇時間應該酌情加長。前一遍強夯完成后，必須等到間歇時間以后才能進行下一遍強夯。

間隔時間根據試驗結果做適當調整，若遇雨水天氣，間隔時間及工期做相應順延。

現場采樣進行試驗，可知工程所在地地基滲透性強，并且地下水位低于強夯影響深度，因此試驗方案設計為連續夯擊，若在施工中發生特殊情況，可以視情況設置間歇時間。

2.5 設備投入

2.5.1 強夯機

強夯法處理地基，強夯機必不可少，強夯機的款式有多種多樣，日本采用輪胎式吊車，而西歐大多國家采用履帶式強夯機，本工程強夯施工采用帶有自動脫鉤裝置的XGH300K履帶式強夯機。

2.5.2 夯錘

一般情況下，夯錘的底面為圓形，并且夯錘的中心在夯錘的中垂線上，而且夯錘的重心最好在夯錘的一半高度之下。夯錘的選擇需要根據施工設計強夯能量來選擇，進而計算出夯錘的落距。常見的夯錘會設置4～6個φ250mm～φ300mm的排氣孔，排氣孔貫通夯錘頂面和底面，排氣孔不宜過小，當氣孔小時，下落時受到的阻力大，入坑時會影響夯擊效果并且容易堵孔，而且清孔和再次起錘都很困難。除此以外，夯錘的材質最好選用鑄鐵。

斗門水庫強夯工程選擇圓形夯錘，選擇的夯錘錘重15t，直徑2.5m，最大落距為20m。如果檢驗得現場夯錘的重量不是15t時，則應該根據現場的夯錘規格，針對不同的強夯能級，計算夯錘對應的落距，最終滿足設計要求的強夯能量。

2.5.3 自動脫鉤裝置

本工程強夯機采用自動脫鉤裝置。自動脫鉤裝置可確保每次強夯時夯錘的落距相同。牽引鋼絲繩，滑輪及吊鉤組成了脫鉤裝置。夯錘在既定高度時，脫鉤實現夯錘的自由脫落。自動脫鉤裝置應具有足夠的強度和耐久性，其結構形式應滿足操作容易、掛鉤輕便、脫鉤靈活的要求。

3 施工方法

3.1 施工工藝流程

斗門水庫強夯工藝流程如圖4。

圖4 強夯施工工藝流程

3.2 施工方法

采用3000kN·m強夯機進行地基處理，夯點間距為8.4m×8.4m，夯點布置為梅花形（如圖2），夯錘的直徑為2.5m，夯擊能根據夯錘落距調節。實際施工參數由強夯試驗確定。

3.2.1 夯點測設

首先對場地進行平整，測量地面高程，根據項目設計圖布置夯點，并在地面標出夯點位置。

3.2.2 夯機就位

夯機到達作業面，根據每次夯擊的夯擊能確定夯錘落距，進而調整脫鉤裝置。每次夯擊能發生變化時都需要對裝置進行重新的調整和控制。

3.2.3 第一遍點夯

將網格點劃在施工現場平面內，當強夯設備全部就位后，按照所規劃好的施工參數展開強夯。每完成一次夯擊后，測量并記錄單擊夯沉量與累計夯沉量，通過對所有記錄數據進行分析，再制定更準確的控制標準。點夯時強夯機沿夯點線成梅花形行進，跳行跳點施工。

3.2.4 第二遍點夯

第一遍點夯全部完成后，根據要求，兩周后開始第二遍點夯，由于第一遍與第二遍點夯的夯點布置不同，在第二遍點夯前需要再進行一次定位放線，同樣用白灰做出標記，定位第二遍夯點位置。

第二遍點夯與第一遍點夯的施工方法一樣。施工過程中，技術人員同樣需要對施工關鍵參數隨時進行檢測與記錄，第二遍點夯結束后，對場地進行平整。

其中，技術人員在點夯的過程中應該按同一標準記錄對施工參數進行測量和記錄，這些數據包括：單擊夯沉量與累計夯沉量，夯點原始高程、夯點最終高程、強夯能級（夯錘重量、底面積、落距）、夯擊次數、夯擊遍數、強夯間歇時間等；除此以外，還應該拍照進行記錄，方便后續工作的開展。

3.2.5 滿夯

按要求完成以上兩遍點夯后，必須對地面進行整平，然后采用小的夯擊能量完成滿夯。滿夯時，夯錘與夯錘之間有1/4的搭接面積，在每個滿夯點位夯擊一次，然后在完成后對場地的高程進行測量。

3.2.6 地基檢測

在強夯施工完成后，根據現場實際情況，進行地基承載力檢測，測得地基承載力不能小于180kPa。

4 結論

在修建水利工程系統時，施工過程中需要對各種客觀的施工條件加以克服，在處理大壩地基時經常會遇到濕陷性黃土這種相對比較差的施工條件。在這種情況下可以采用強夯施工技術來加固水利大壩，使包括地基部位在內的水利大壩具有更強的承載力。本文結合陜西省斗門水庫工程，對分洪渠試驗區采用不同施工參數，使濕陷性黃土加固處理效果能夠滿足設計要求，進而提高地基加固的施工質量。