研究強夯法在山區高填方機場地基處理工程中的應用

◎王建國

本次機場項目工程選址位于我國某地區一處山區內部，該地區主要是以丘陵地質地貌條件為主，地勢整體偏高，海拔平均高度為1410m，該山區作為機場工程施工過程中的不良地基條件，在施工中會出現地基不均勻沉降以及受到地質條件因素的影響而產生安全隱患問題。與此同時，隨著項目工程建設施工高度的不斷上漲，會造成上部結構的荷載量進一步加大，因此對于地基基礎結構的承載能力以及變形量大小，提出了更高的要求和標準。本次機場項目工程位于半填半挖施工區域，填方施工厚度差異性相對較大，如果填方施工區域沒有進行有效處理，很容易造成地基基礎結構產生不均勻沉降情況，如果使用分層碾壓施工方法來進行處理，在整個工程施工周期上相對較長，工程施工要求更高，因此通過對比分析之后，通過采取強夯法對地基進行加固處理，整體的經濟效益表現更加明顯，有效結合本次機場工程施工區域的地理條件特點，通過使用強夯法不但可以提高項目工程的施工效率，同時可以有效提高機場地基施工的整體質量。

一、地基處理工作方案

根據本次機場項目工程施工條件，本次機場向工程基礎施工當中的重點問題，在于基礎巖體的開挖填筑體處理挖填協調、變形處理、交界面抗滑處理以及邊坡防護處理等多項工作。

1.基巖開挖。

基礎巖體結構天然抗壓強度相對較高，因此需要使用爆破處理工作方法來進行處理，為了有效防止超挖和少挖問題的產生，有效保證基礎墊層的厚度大小均勻一致，保證地基結構的承載能力和穩定性，要求基巖部分使用光面爆破，平均平整程度允許誤差值不能超過15cm，有效提高基巖開挖工作質量和穩定性。

2.填筑體處理要點。

在本次機場向工程施工過程中，填筑施工材料主要是以細砂粉土、泥質粉砂巖、細顆粒土壤等各種原材料備注填充工作過程中，所使用的材料含水量相對較低，因此不容易直接進行壓實。挖方施工區域土壤爆破開挖工作結束之后，由于填筑體顆粒程度相對較大，同時經常會產生基礎材料鋪設不均勻，根據材料顆粒直徑大小對其進行劃分，飛機軌道標高以下2～10m范圍內，通過使用細顆粒的土壤進行填筑處理，最大顆粒直徑不能超過20cm，飛機軌道表面標高10m以下范圍，可以通過使用粗顆粒材料來進行填充處理，要求最大的材料顆粒直徑不能超過50cm。在填充工作過程中，需要對原材料的匹配進行合理控制，含泥量不超過5%，含石塊總量不能超過70%，填筑施工材料不均勻系數需要大于10。填方區域高度局部需要達到47m，要保證邊坡結構的穩定性避免對填筑的施工質量產生影響，需要優先選擇使用級配更好的碎石土沙土作為常外回運施工填料，如果使用卵石塊石作為填料過程中，在強夯施工處理過程中，最大的顆粒直徑不能超過50cm，同時其中不能摻雜大量的淤泥耕土、膨脹土以及有機質含量超過5%的土壤材料。

綜合所述，在填筑體處理工作過程中，通過采取水平分層鋪筑施工方法和分層強夯施工工藝技術，可以全面提高機場基礎施工區域的承載能力和穩定性，如果所使用基層材料的含水量相對較低，會影響到實際壓實程度和處理工作效果。填筑體分層填筑施工之前必須要做好保濕處理工作，實際含水量需要控制在標準含水量到2%誤差范圍之內。在基礎強夯工作過程中，需要有效控制填筑體材料當中的水體含量、壓實系數材料的顆粒直徑大小以及材料的不均勻系數等各項參數，避免對機場基礎結構部分的穩定性產生不良影響。

二、強夯法的主要技術特點

在一些沙土，粉土、粘性土、碎石土等地基加固處理工作當中，通過強夯法的使用效果非常明顯，可以對基礎面形成良好的加固處理作用。強夯法在一些濕陷性黃土地基處理工作中應用效果尤為明顯，不但可以有效提高基礎基礎面的承載能力和穩定性，同時材料的壓縮程度更低，強夯工作完成之后土壤的濕陷性和抗液化能力得到了全面改善。對于地下水位相對較淺的粘土和粉質土壤地基條件而言，在加工處理工作過程中固結工作原理主要是以動態加固方式為主，當基礎面底部的填充物在地下水位，或者是以下具有更強滲透性的情況下，通過強力壓實處理是主要的加固工作方法，在基礎底面部分通過大規模的整體壓實處理可以有效解決土壤當中存在的大量空隙，以及對其中多余的水體進行排出，可以有效提高地基基礎結構的強度和穩定性，使得地基基礎面的承載能力得到了全面提高。通過強夯法處理工作之后地基基礎面土壤的干重參數會有所增加，地基基礎結構的承載能力有所提高，并且在道路路面結構施工完成之后，表面的地質條件穩定性更強，由于受到土質因素所產生的干擾，突然濕陷型和膨脹型，在特定的條件下會產生比較嚴重的液化情況，因此需要通過更加復雜的處理工作方法來進行控制。由于大部分的土壤在處理工作完成之后可以直接進行使用，但是對于其中一些含水量相對較大的粘土條件，則不能直接進行使用。如圖1：

圖1 強夯法

強夯法在使用工作過程中，不需要其他的建筑施工材料來進行輔助處理，對土質條件進行壓力沖擊，以此來全面提高基礎施工材料的實用牢固性和穩定性。由于原材料的購置成本相對較低，整個施工流程相對比較簡單，可以省略大量的原材料投入環節，除了機械成本之外基本上不存在其他的材料消耗，因此在整個估計成本投入量上相對較小，可以有效控制項目工程施工的整體造價。通常情況下，山區當中的廢棄物填埋場地下水位相對較低，很多土壤當中存在大量的礫石材料，通過使用強夯法對山區當中的地基條件進行處理效果非常明顯，但是在強夯法正式開始使用之前，必須要對施工區域的地質條件情況進行全面勘察和分析。山區內部高填方地基，通常情況下是由削峰填谷所構成，在回填施工過程中具有厚度更大、土質更加松懈、填土性質比較復雜、均勻性較差以及會出現不均勻沉降等各種情況，地下水位的改變和排水工作，對于施工區域基礎沉降所產生的影響非常明顯，尤其在黃土地基條件下，回填地基具有較強的軟弱特征，因此需要通過強夯法，對地基進行加固處理工作之后，保證地基結構的基礎穩定性，控制地基后續使用產生的變形量大小，有效保證整個機場地基施工的順利開展[3]。

三、山區機場高填方地基施工處理工程中強夯法的具體應用分析

1.工程概況。

本次機場項目工程建設施工位于我國某地區一處山村地帶，總占地面積570公頃，項目工程施工總面積23.5萬m2，本次機場項目工程建設施工跑道長度1200m，寬度30m，整個場地設計地勢主要是以西北高、東南低為主，和現狀地勢條件相符合。擬建場地區域的機坪位置自然地面標高范圍在1395.5～1438.8m之間，施工區域場地的起伏程度相對較大，同時涉及地平標高范圍在1435.5～1414.25m之間，機場的飛行區域和夯站區域很多地段需要進行深度開挖處理，開挖完成之后需要保證填方高度范圍在4.8～25m之間，局部最深可地基施工的承載力，加固深度壓縮模量密實度20m。

2.強夯準備工作。

在山區機場高填方地基處理工作過程中，對于整個項目工程施工規劃有著更加詳細的要求和標準，同時在施工技術層面上的要求標準也相對較高，必須要保證機場高填方地基結構的穩定性，有效控制沉降問題所產生的影響。不但如此，地基施工問題也可以劃分成多個不同的工作層面，其中主要包含邊坡結構的穩定性，地基下部和原有地基基礎結構的穩定性，地基交界面穩定性等各種不同類型的問題。根據相關工作理論和實踐工作方案來進行分析，因為不同地域、不同地質條件下以及不同的土質環境條件，都會對整個項目工程建設施工帶來較大的工作難度。與此同時，在施工原材料填方施工過程中，由于材料運輸設備以及運輸難易程度等方面因素的影響，造成原材料在供應使用過程中也會存在一定的困難，同時還需要通過使用更加精密的計算機設備，有效控制機場高填方地基施工完成之后沉降量和差異沉降量大小，對相關工作人員的專業技能要求相對較高。在針對原有的地基和填方分別采用相應的加固處理工作方法，有效控制基礎面的穩定性要求。

3.高填方強夯設計工作方案。

通過對施工區域地理條件情況進行全面勘察和分析，有效判斷強夯工藝方法在生產力當中的適用性條件，判斷是否可以滿足機場地基施工的承載力、壓縮程度、地基模量等相關參數要求。對大面積的地基處理和土石方填筑設計工作提供出必要的參考依據，需要確認不同填料的深度強夯強度等級，同時確認不同強夯點的不主動的方法，對強夯次數強夯變數以及整體強夯沉降量大小進行確認，同時需要有效控制兩次強夯工作過程中的間歇時間，有效滿足強夯工作的實際工作要求。通過前期的試驗檢測工作開展，為大面積的地基處理以及土石方填筑工作提出必要的優化處理工作方案以及相關工作建議，提高強夯工作的整體穩定性。

4.單點夯機實驗工作分析。

（1）強夯點位設定。

通過對強夯施工區域不同的夯機點位進行有效確認，從中總共展開兩個單點夯機試驗工作。在夯機工作過程中需要對夯機次數進行有效確認，夯機次數越多在土體結構當中所形成的擠壓能量越大，但是隨著夯機次數的不斷增加基礎，土壤內部的空隙率也會進一步縮減，主體結構的壓縮性能會達到極限狀態，整體的壓實量會趨于穩定，因此需要對夯機的次數進行控制，有效保證標準的夯機次數范圍內，得到最佳的加工處理工作效果，有效減小實際工作量，提高工作效率并且縮短地基強夯工作時間。在進行單點夯機實驗工作過程中，需要保證在互相垂直的方向上，基于行垂的外邊緣位置開始，每間隔0.5m需要設置出一個觀測點，總共設置出5個夯實點位。在正式開始測量工作之前，需要對夯實標高大小進行有效控制，要保證每一個區域夯實高度符合要求，同時要有效確認夯擊次數。

（2）夯點間距大小確認。

在地基夯實加固處理工作過程中，需要對夯點的間距大小進行有效控制，避免夯點相互之間的沖擊能量形成擴散而產生影響，對于分層填筑地基工程項目而言，通過合理布置房間點的幾率大小，可以最大限度上減小能量空白區域的深度，同時可以進一步增大夯機點位的加固處理工的效果，不同的地基基礎土壤性質和基礎底面的形狀大小也需要進行事先確認，夯點布置形狀和間距大小之間也存在著一定的差異性。因此，在基礎夯實工作過程中，必須要對這一問題加以充分重視，有效保證行基點和形狀之間的有效對應，提高地基的總體架構處理效果。在首次夯時工作過程中，夯機點的間距大小可以選擇夯垂直徑大小的2.5～3.5倍之間；第2次夯實點位的布置需要保證，在第1遍夯實點布置中間。本次機場項目工程基礎夯實工作工作夯實點，以8×8m成梅花形狀來進行布置，實驗區域的夯實點平面布置和滿垂應搭接布置如圖2所示：

圖2 夯實點位和方法

（3）夯機加固效果。

在夯機處理工作過程中，通過采取兩遍點夯、一遍滿行的處理工作方法，主夯點間距大小設定為8.00m，主行點分為兩次來進行夯實處理，然后再使用2000kN、1500kN能量集進行充分夯實一次，夯機次數為兩次夯實過程中相互之間的搭接范圍控制在30%。在夯實工作過程中需要對夯實間歇時間進行有效控制，本次場地數據范圍內回填土的天然含水量相對較低，因此在夯實工作過程中所形成的超空氣水壓力可以瞬間消散，因此不需要考慮到夯機間歇時間所產生的影響。在停錘工作標準方面每一次夯機點和夯機次數的設置，必須要符合基礎面土壤的性質條件以及夯機下沉量的關系曲線，同時需要有效滿足以下的夯實工作條件。最后，夯沉量滿足以下要求：能級4 000k N·m，最后兩擊平均夯沉量小于等于50㎜；

能級6 000k N·m，最后兩擊平均夯沉量小于等于100㎜。在實際行機工作過程中，周圍地表面不能產生明顯的隆起，不能因為夯空深度過大造成起錘困難等情況。強夯工作結束后經過后續的檢測和沉降量監測工作，發現場地區域的地基結構穩定性較強符合項目工程基礎加固處理標準。

四、結語

機場項目工程在建設施工過程中，如果屬于山區地質條件，經常會遇到大量的高填方地基結構，在地基施工處理工作過程中，核心問題是需要保證基礎內結構的安全性和穩定性，不能產生嚴重的沉高填方地基處理工作結束后，實際沉降量和差異沉降量的控制工作難度相對較大，因此需要對原有的地基和填方地基采取分別處理工作方式，同時需要提交最終的處理工作結果，以此來有效達到地基穩定沉降的控制工作要求和標準。