填海工程強夯施工工藝探討

董 偉

（中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250101）

0 引言

得益于經濟和科技的不斷發展，我國基建工程如機場、鐵路、公路填海工程建設達到前所未有的規模。隨著強夯施工理論和施工技術的不斷完善，強夯施工工藝在地基加固處治中的應用越來越多，強夯施工工藝的適用范圍也在持續擴大[1]。然而，由于土體性質的不同，松散軟土地基強夯施工設計參數的計算基本停留在經驗和定性分析層面，強夯法的施工質量和施工效果有待進一步研究，因此，深入研究強夯施工工藝，對于提高強夯施工工藝在填海工程地基處治中的應用水平具有非常重要的理論和現實意義。本文首先介紹強夯施工工藝的基本原理和主要優點，并討論某機場填海工程軟土地基的夯擊能級等關鍵施工設計參數，最后總結強夯施工工藝流程和質量控制措施。

1 強夯施工工藝應用

1.1 工程概況

某機場填海工程三面環水，土地總面積為453，873m2，包括護岸、聯絡道、主跑道、土面區域，地基土體位于海平面下5m～15m，主要由淤泥、黏土、粉砂構成的軟土，厚度約5m～15m，其自然承載力無法滿足施工設計要求。經勘察，原有的施工場地地質勘察數據無法全面客觀反映試驗區地質情況，對試驗區一進行追加勘察后，發現第二層淤泥黏土層平均厚度為3.03m～4.60m，試驗區一基于淤泥質黏土層實際厚度較大，原方案直接拋石擠淤工法難以控制工程質量，調整為先清淤后拋填的方式進行試驗區陸域形成。回填至標高+3.50m工作平臺時，填石層加固厚度增大至平均14.5m，原強夯能級采用800kN·m難以有效加固全部海拋填石層，擬調整強夯能級至12000kN·m和18000kN·m來進行試驗，根據試驗檢測結果對強夯加固效果進行評價，選取合適的能級作為深海拋填石層大面積施工的強夯能級。

1.2 平面位置和施工便道調整情況

試驗區一及施工便道的布置將根據機場平面規劃進行調整。在此基礎上，經過改造，東側和南側可以繼續建造機場的永久護岸。同時，改變試驗場一的規模，以便進行兩種不同強夯能級地基加固試驗。考慮到潮汐變化對施工便道的影響，便道拋填頂標高設置為+3.50m，兩側坡度設置為1∶15，海洋一側的邊坡防護面為800kg～1000kg塊石。在表層淤泥厚度超過3m的區域開挖至淤泥厚度3m以內，通過拋石擠淤將剩余3m后的淤泥擠至邊側，按照拋石落底的標準控制。施工期路堤芯石可用塊石構筑，塊石泥含量小于10%，飽和抗壓強度大于30MPa，無裂紋、級配良好。

1.3 清淤

結合工程區域現狀條件，對試驗區一范圍及其周邊臨時便道區域，淤泥質土清除至標高-85m，其他便道區域清淤至厚度不大于3m，上層軟泥清淤采用“挖、運、拋”的施工工藝，拋泥區位于指定拋泥點。

1.4 原地基處理方案（高能級強夯）

試驗區一原地基處理按以下流程：清淤→回填→單點夯試驗→確定強夯參數→強夯處理→盲區補強→淺層處理。

（1）回填試驗∶回填爆破山皮石料至強夯工作平臺標高，暫定3.5m。平臺區域大小為160m×160m，優先通過回填周邊圍堰，圍堰頂寬15m，圍堰完成后，從四周向中間推進回填，回填過程中如有出現明顯淤泥包（淤泥包頂高程大于-7.0m），應及時測量淤泥包高度及范圍，并及時進行清除。如淤泥包無法進行清除，應及時停止回填試驗，試驗區一回填施工按照從外到內的順序進行。

（2）強夯試驗分區∶回填完成后，兩側留出20m安全區域，高能級強夯試驗區面積定為120m×120m，分為兩個10m×60m區域分別對12000kN·m和18000kN·m能級進行強夯試驗;進行單點夯擊試驗確定夯擊能[2]，初步選取單點夯試驗夯擊能∶1200N·m和18000kN·m。

（3）強旁處理：進行拋填頂面通旁處，強夯施工設計參數見表1。

表1 強夯施工設計參數

（4）強夯平臺頂面表層采用沖壓處理，參數不變。

（5）原地基處理試驗區檢測和監測數量應進行調整，單個能級區內檢測內容和數量不變。

（6）要求對每遍強夯完成后的夯坑回填料數量進行統計。

1.5 最佳夯擊能量的確定

在試驗區一選取兩個夯點進行測試，分別取夯擊能級12000kN·m、18000kN·m，夯擊間距分別取10m、12m，分兩遍夯擊，以選擇合適的夯擊次數和夯擊點之間的距離，當夯擊達到設計沉降控制指標時，夯擊結束。夯擊能級為12000kN·m的夯點曲線如圖1所示，夯擊能級為18000kN·m的夯點曲線如圖2所示。

圖1 12000kN·m某夯點曲線

理論上，地基孔隙水壓力在某個夯擊能級下達到土體覆蓋壓力時，該夯擊能級稱為最佳夯擊能級[3]。砂土、碎石土應使用不同的測量方法。該機場土體主要為開山石料（碎石土），過去的經驗表明，碎石土中的孔隙水壓力可以在幾分鐘內升降，孔隙水壓力的增加無法隨夯擊能的增加而疊加。因此，可通過孔隙水壓力增加量與夯擊次數的關系曲線確定最佳夯擊能，當孔隙水壓力的增加隨著夯擊次數增加趨于穩定時，此時的夯擊能最佳，根據圖2可知，夯擊能量為18000kN·m時，累計夯沉量、每擊夯沉量更大，因此，最佳夯擊能量為18000kN·m，如圖3所示，夯擊次數18次左右孔隙水壓力增加量趨于穩定，因此，最佳夯擊次數為18次。

圖2 18000kN·m某夯點曲線

圖3 試夯區1孔隙水壓力增量歷時變化曲線

2 強夯施工工藝流程及質量控制

2.1 施工準備

按設計規范要求平整填筑的+3.5m平臺，強夯區域測量放樣、布設夯點，報項目管理公司、監理確認，驗收合格后進行夯前標高測量、靜力觸探、面波測試、標貫試驗，同時按設計要求布設孔隙水壓力計。

2.2 施工順序

2.2.1 建筑物和圍護墻強夯施工順序

（1）首先，清潔填筑體表面，清除表面所有海苔、浮標等雜物。

（2）平整場地并測量場地高度。

（3）測量標記點夯點位置，夯點位置的偏差不應超過5cm，強夯設備進入施工場地，將夯錘中心對準夯點，偏差不超過15cm，強夯前測量并記錄錘頭的高度[4]。

（4）強夯機將夯錘提升至規定高度后自由落錘。根據落錘的重量，測量并記錄落錘后的錘頂高度，共夯擊2遍，每遍強夯不小于20擊，夯點間距12m，單點夯擊能量18000kN·m，最后兩擊夯沉量不大于200mm。夯點之間的距離為3.5m×3.5m，呈正方形排列。

（5）重復多次夯擊，直至達到施工設計要求的貫入度，強夯施工完成。

（6）將強夯機移至下一個夯點，重復步驟3～5，直到第一輪強夯施工完成。

（7）重復步驟2～6，依次完成第二個夯點位置施工。如果地基土質較弱或含水量較高，則需要先換填磚渣再進行強夯施工，以保證下道施工工序的施工質量。

（8）強夯施工結束后，將場地平整，測量場地標高，然后再實施補夯和滿夯。

（9）淺層補夯1遍，夯擊次數14，夯點間距6m，單點夯擊能量8000kN·m，滿夯單點夯擊能量1500 kN·m，單點夯擊次數3次，夯印搭數搭接1/4。

2.2.2 其他區域強夯施工順序

（1）回填至夯面高度后，將場地整平。

（2）架設強夯機，將夯錘中心對準夯實點，點的偏差應在15cm以內，強夯前測量并記錄錘頭高度，單點夯擊能量18000kN·m，夯點之間的距離為3.5m×3.5m，呈正方形排列。

（3）強夯將夯錘升至預定高度，自由落錘，測量并記錄錘頭頂部高度，直至達到貫入控制標準后才能進行后續夯點的施工。

（4）將強夯機移動到下一個夯點，重復步驟②～③直到所有夯點強夯施工完成。

（5）平整場地，測量場地高度，然后用低錘補夯、滿夯。淺層補夯1遍，夯擊次數14，夯點間距6m，單點夯擊能量8000kN·m，滿夯單點夯擊能1500 kN·m，單點夯擊次數3次，夯印搭數搭接1/4，夯擊結束后平整地面并測量其標高。

2.3 質量控制

(1)確保準確的測量和定位。測量定位是強夯施工的首要步驟，其整體精度決定了強夯施工質量是否滿足設計要求的關鍵。在施工過程中，施工人員必須根據夯點布置圖確定所有校準夯點，經確認符合上述施工步驟完成后，項目管理公司、監理按規定程序進行驗收復測。

(2)確保場地平整度符合施工要求。在強夯施工的準備階段需要對場地進行平整處理，以保證場地平整度符合施工要求。場地平整后測量場地表面標高，夯點位置是否與放樣點重合。

（3）施工前應復核夯錘重量、夯錘落距及落錘控制手段，施工中應檢查落距、夯擊遍數、夯點位置、夯點重合情況，必要時采用執法記錄儀等手段全程記錄施工過程。

（4）確保強夯施工順序合理。監理人員需確保施工人員按施工計劃分步進行施工，使強夯工作由外向內進行。強夯施工完成后需要重新對站點進行平整，以保證后續強夯施工質量。在強夯過程中，施工人員應遵循“先深后淺”的原則。強夯過程完成后，施工人員需要進行淺層補夯、滿夯，條件允許的情況下，可以使用小型夯錘[5]。

（5）強夯施工時必須按試驗和規定的施工參數進行夯實。強夯時需要保持夯錘平穩，夯錘位置正確，夯點內無水。如果滲入水超0.5m必須停止夯擊。每次作業完成后，施工人員應檢查夯點，確保夯擊次數和地基沉降量符合要求。同時需記錄強夯施工過程中的各種數據。

（6）施工結束后根據設計規范要求進行固體體積率、面波、土體強度、孔隙水壓力測試，滿足要求后方可+3.50m以上土體填筑。

3 結束語

綜上所述，強夯施工工藝是一種經濟實用的地基處理方法，可以有效加固地基，進一步提高地基的承載力，降低地基土體的可壓縮性，有效消除地基的不均勻沉降。由于強夯施工機制的復雜性以及缺乏系統全面的理論研究，其實際應用和發展需要進一步深入研究。本文將結合某機場填海工程，探討強夯施工工藝在填海工程地基加固處治中的應用，以更好地了解強夯施工工藝參數的設計與優化，并為類似工程施工提供技術參考。