強(qiáng)夯法在水庫地基處理中的應(yīng)用探討

張喬軍

（貴州水利科技開發(fā)有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

水庫是我國最重要的水利工程建筑物，具有發(fā)電、攔洪蓄水和調(diào)節(jié)水流等眾多功能，而這些功能的發(fā)揮均是建立在水庫建設(shè)質(zhì)量完好的基礎(chǔ)上。然而，受水庫地基土體性質(zhì)、水庫作業(yè)環(huán)境惡劣等因素的影響，不少水庫地基土體強(qiáng)度較低，這種現(xiàn)象會(huì)給水庫建設(shè)質(zhì)量帶來嚴(yán)重的不良影響，因此，就需要采用有效的加固方法對(duì)其進(jìn)行加固處理。

1 強(qiáng)夯法的定義及其進(jìn)行地基加固的作用機(jī)理

強(qiáng)夯法是指將重錘（一般為十幾噸至上百噸）起吊到相應(yīng)的高度（一般為幾米至幾十米），利用自動(dòng)脫鉤裝置使重錘自由下落對(duì)地面產(chǎn)生作用，對(duì)土體施加巨大的沖擊能，從而降低土的壓縮性和提高其強(qiáng)度，如圖1 所示。該種加固方法自1969 年被法國Menard 技術(shù)公司提出后，就被廣泛應(yīng)用于各類地基加固處理中，如黏性土、砂土、碎石土、濕陷性黃土、低飽和度的粉土、素填土、雜填土等地基。且不少實(shí)踐研究證實(shí)，利用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基加固，不僅能提高地基土的強(qiáng)度，同時(shí)還能改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性，并促進(jìn)地基土層的均勻程度提高，從而能避免其以后出現(xiàn)差異沉降。強(qiáng)夯法進(jìn)行地基加固的作用機(jī)理為其能利用強(qiáng)大的夯擊能給地基予以巨大的沖擊力和動(dòng)應(yīng)力，在沖擊力和動(dòng)應(yīng)力的作用下，會(huì)對(duì)上部土體產(chǎn)生沖切，破壞土體結(jié)構(gòu)，使其形成夯坑，并對(duì)周圍土體進(jìn)行動(dòng)力擠壓，從而使周圍土體更加密實(shí)，進(jìn)而能有效提高土體強(qiáng)度。

圖1 強(qiáng)夯法施工

2 強(qiáng)夯法施工工序及質(zhì)量控制

2.1 強(qiáng)夯法施工工序

2.2 強(qiáng)夯法施工質(zhì)量控制

強(qiáng)夯法施工工序較為簡單，但是，在施工過程中，也需做好施工質(zhì)量控制，才能保障施工質(zhì)量，強(qiáng)夯法施工質(zhì)量控制要點(diǎn)主要包含以下4 個(gè)方面。

（1）施工前，需按設(shè)計(jì)要求在現(xiàn)場選點(diǎn)進(jìn)行試夯，若場地內(nèi)的土性相同，可在同一處進(jìn)行試夯，若場地內(nèi)的土性不同，則需要分別在不同地段進(jìn)行試夯，試夯時(shí)，需對(duì)夯沉量（每個(gè)夯點(diǎn)每夯擊一次的下沉量進(jìn)行測量，并確保最后兩擊的平均夯沉量在5cm 以內(nèi)，試夯結(jié)束后，還需取夯面土樣進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)土的壓縮系數(shù)、干密度等指標(biāo)進(jìn)行檢測。

（2）開夯前，需對(duì)夯錘重和落距進(jìn)行測量，確保單擊夯擊能量符合設(shè)計(jì)要求。

（3）每遍夯擊前，需復(fù)核夯點(diǎn)放線，完成夯擊后，需對(duì)夯坑位置進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)漏夯或夯坑位置出現(xiàn)偏差，需及時(shí)糾正。

（4）完成一遍夯擊后，需對(duì)夯點(diǎn)間距、夯坑深度、夯沉量等進(jìn)行檢測，確保基礎(chǔ)內(nèi)每個(gè)夯點(diǎn)的累計(jì)夯沉量大于試夯時(shí)各夯點(diǎn)平均夯沉量的95%。

3 水庫地基處理中強(qiáng)夯法的應(yīng)用

3.1 某水庫地基概況

某水庫地基土體為低液限黏土，這種地基土具有濕陷性，且濕陷場地等級(jí)達(dá)到中等和嚴(yán)重，為提高該水庫地基強(qiáng)度，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)夯法進(jìn)行水庫地基處理，并要求地基6cm 深度范圍內(nèi)土的濕陷系數(shù)小于0.015，12m 深度范圍內(nèi)壩基土總濕陷量不大于100mm，才能將地基濕陷性基本消除。

3.2 強(qiáng)夯法在水庫地基處理中的應(yīng)用方法

3.2.1 施工前準(zhǔn)備

隆化縣位于河北省承德市中部，地處燕山—太行山連片特困地區(qū)，屬國家級(jí)貧困縣和河北省深度貧困縣，生存環(huán)境惡劣、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，貧困發(fā)生率高、貧困人口較多、人均可支配收入低、基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)較差。為吸引更多金融資源參與扶貧以期早日實(shí)現(xiàn)脫貧致富，隆化縣在精準(zhǔn)扶貧實(shí)踐中，探索出以小額信貸支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展從而帶動(dòng)貧困戶脫貧的“政銀企戶保”金融扶貧模式。

（1）壩基清理，先根據(jù)設(shè)計(jì)提供的清基線進(jìn)行壩基清理邊線測量放線，然后，在設(shè)計(jì)的清基邊線和深度范圍內(nèi)，采用推土機(jī)和裝載機(jī)將地表植被、雜草、樹根、垃圾、廢渣等清除干凈，并用自卸汽車將這些物質(zhì)運(yùn)至棄土場，確保施工場地?zé)o雜物。

（2）確定強(qiáng)夯機(jī)具和相關(guān)參數(shù)，采用強(qiáng)夯法進(jìn)行水庫地基加固處理前，還需進(jìn)行強(qiáng)夯生產(chǎn)性試驗(yàn)，以便合理選擇強(qiáng)夯機(jī)具和確定相關(guān)施工參數(shù)，從而才能確保地基處理效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。如根據(jù)上述水庫地基性質(zhì)，可選擇履帶式強(qiáng)夯機(jī)、質(zhì)量為20t 夯錘、底面積為5m2的鑄鋼錘（錘體有兩個(gè)貫穿孔，貫穿孔能及時(shí)將夯錘和土體接觸時(shí)產(chǎn)生的氣體排除）的進(jìn)行施工。完成強(qiáng)夯機(jī)具選擇后，還需安裝自動(dòng)脫鉤裝置和龍門架。

（3）確定強(qiáng)夯施工參數(shù)，施工前，施工人員還需根據(jù)強(qiáng)夯生產(chǎn)性試驗(yàn)確定強(qiáng)夯施工的夯點(diǎn)間距、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、沉降量等相關(guān)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)流程為，先進(jìn)行測量放線，再挖探坑取樣，而后依次進(jìn)行現(xiàn)場布點(diǎn)、強(qiáng)夯施工、現(xiàn)場記錄分析、夯后挖探坑取樣，最后，整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)各項(xiàng)施工參數(shù)進(jìn)行確定[2]。

3.2.2 施工工序

（1）布設(shè)夯點(diǎn)位置，完成上述施工準(zhǔn)備后，施工人員便可以根據(jù)強(qiáng)夯生產(chǎn)性試驗(yàn)確定的強(qiáng)夯布點(diǎn)圖，在實(shí)際的施工現(xiàn)場布設(shè)夯點(diǎn)位置，并在夯點(diǎn)位置撒上一層白灰作為標(biāo)記。根據(jù)上述水庫地基現(xiàn)場的實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求，施工人員在實(shí)地呈梅花形布置了夯點(diǎn)位置，并將各夯點(diǎn)位置間排距控制為6.5m。

（2）確定夯錘落距，先校核全部夯錘重量，確保滿夯夯擊能量為2000kN·m，主、副夯夯擊能量為4000kN·m，并根據(jù)夯錘的實(shí)際重量對(duì)其落距進(jìn)行確定，確保夯擊能不低于4000kN·m 的設(shè)計(jì)要求。

（3）測量地面高程，根據(jù)設(shè)置好的夯點(diǎn)位置及強(qiáng)夯范圍邊界，對(duì)地面高程進(jìn)行測量，確保滿夯時(shí)錘印搭接1/4。

（4）調(diào)整起重機(jī)位置，起重機(jī)就位后，需對(duì)其位置進(jìn)行調(diào)整，確保夯錘中心對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置，并對(duì)夯前錘頂高程進(jìn)行測量。

（5）主夯夯擊施工，確定夯錘中心位置后，采用起重機(jī)將夯錘起吊至設(shè)計(jì)高度，然后將夯錘脫鉤使其自由落下，對(duì)地基土進(jìn)行夯擊，為保證地基土夯擊施工質(zhì)量。夯錘落下前，施工人員還需對(duì)錘頂高度進(jìn)行測量，確保夯錘兩擊平均沉量不超過5cm。

（6）各夯點(diǎn)夯擊，按設(shè)計(jì)規(guī)定的夯擊能和控制標(biāo)準(zhǔn)，參照（6）全部夯點(diǎn)夯擊施工，步驟完成各夯點(diǎn)夯擊施工，然后，還需重復(fù)（4）～（5）操作，再次進(jìn)行全部夯點(diǎn)的夯擊，以確保各夯點(diǎn)土體加固質(zhì)量良好。最后，用推土機(jī)整平夯坑，并對(duì)夯后的地面高程進(jìn)行測量。

（7）副夯夯擊施工，完成主夯施工后，施工人員還需重新放線定位，按上述主夯夯擊施工步驟完成副夯夯擊施工，即進(jìn)行第二遍點(diǎn)夯的夯擊施工，然后，用推土機(jī)整平夯坑，再進(jìn)行滿夯夯擊，連擊5 次，確保滿夯能量達(dá)到2000kN·m，最后，用推土機(jī)將場地表層松土整平壓實(shí)，并對(duì)滿夯后場地高程進(jìn)行測量。在施工過程中，施工人員還需對(duì)每個(gè)夯點(diǎn)的每擊夯沉量和夯擊次數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。

3.2.3 施工質(zhì)量控制方法

為確保水庫地基處理效果達(dá)到水庫地基質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，在施工過程中，施工人員還需嚴(yán)格做好各項(xiàng)施工質(zhì)量控制，也即要做好實(shí)際施工過程中的一些細(xì)節(jié)處理和控制，具體方法如下。

（1）夯擊施工細(xì)節(jié)處理：施工人員需采用全站儀布設(shè)夯點(diǎn)位置，并用白灰標(biāo)記夯點(diǎn)位置和將夯錘夯擊范圍圈出，然后，在強(qiáng)夯影響范圍外設(shè)置現(xiàn)場測量基點(diǎn)，定期對(duì)現(xiàn)場測量基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核；開夯前，需采用尺測量夯錘落距，并對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格檢查，確保其落距控制為±30mm，才能達(dá)到施工質(zhì)量要求，并在鋼索上設(shè)置夯錘落距標(biāo)志；施工過程中，確保強(qiáng)夯點(diǎn)位偏差不超過5cm，夯坑傾角不超過30°，施工測量誤差不超過2cm，若施工發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)偏錘現(xiàn)象，需將坑底重新填平再進(jìn)行夯擊施工；用尺度量檢查夯點(diǎn)間距，將其誤差控制為±50mm；滿夯時(shí)必須保證夯錘錘印彼此搭接1/4；冬季施工過程中，若發(fā)現(xiàn)凍土厚度超過0.5m，需停止施工；夯點(diǎn)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為最后兩擊平均夯沉量不超過5cm；施工過程中，若發(fā)現(xiàn)夯錘排氣孔堵塞，需及時(shí)對(duì)其進(jìn)行疏通。施工過程中，施工人員不僅要嚴(yán)格按照強(qiáng)夯生產(chǎn)性試驗(yàn)確定的參數(shù)、步驟進(jìn)行施工，且進(jìn)行各項(xiàng)施工作業(yè)前，還需認(rèn)真測量、校核各項(xiàng)數(shù)據(jù)，認(rèn)真記錄施工原始數(shù)據(jù)、資料，并將這些數(shù)據(jù)資料完好保存，以便后續(xù)進(jìn)行施工項(xiàng)目質(zhì)量檢查[3]。

（2）施工檢查：施工過程中，施工人員還需嚴(yán)格做好相關(guān)施工工序的檢查，如完成施工場地平整后，需對(duì)地面高程進(jìn)行測量，并取土樣進(jìn)行現(xiàn)場室內(nèi)土工試驗(yàn)，對(duì)土的含水率進(jìn)行測量；還需對(duì)重錘脫鉤裝置進(jìn)行檢查，確保其可以在預(yù)設(shè)高度脫鉤，才能保證強(qiáng)夯施工順利進(jìn)行和避免施工中發(fā)生意外事故；施工人員還需對(duì)夯錘底部進(jìn)行檢查，若夯錘底部粘有土坯，會(huì)對(duì)強(qiáng)夯效果產(chǎn)生一定的影響，因此，需及時(shí)將土坯清理干凈；完成強(qiáng)夯處理后，施工人員還需在一周間歇期后挖探處理完的地基區(qū)域土樣進(jìn)行檢測，一般來說，每1000m2取一處土樣，根據(jù)檢測結(jié)果判斷強(qiáng)夯處理效果。

（3）其他要求：為保證水庫地基施工順利和高效進(jìn)行，施工人員還需全面熟悉施工程序，且在施工過程中完成各項(xiàng)工序施工后，需及時(shí)進(jìn)行檢測，并將檢測記錄結(jié)果報(bào)送監(jiān)理工程師進(jìn)行驗(yàn)收；施工過程中，若發(fā)生特殊情況，需及時(shí)報(bào)告給項(xiàng)目部，由項(xiàng)目部上報(bào)給監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位，然后，由相關(guān)單位共同探討和制定特殊事件的應(yīng)急處理方案；施工過程中，若出現(xiàn)強(qiáng)降雨，需立即停工，并將施工區(qū)域內(nèi)積水及時(shí)排除，以免影響施工質(zhì)量。

3.3 強(qiáng)夯法在水庫地基處理中的應(yīng)用效果

完成上述強(qiáng)夯施工處理后，在水庫壩基范圍開挖多個(gè)探井取原狀土樣進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示，地基6cm 深度范圍內(nèi)土總濕陷量不超過50mm，6cm 以上地基濕陷性基本消除，且地基總濕陷量均小于100mm，說明該水庫地基處理效果達(dá)到了設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。

4 結(jié)語

強(qiáng)夯法是一種利用起重機(jī)將一定重量的重錘起吊到相應(yīng)的高度，然后，利用自動(dòng)脫鉤裝置使重錘自由下落對(duì)地面產(chǎn)生作用，對(duì)土體施加巨大沖擊能的加固處理方法，具有工工藝、操作簡單、施工速度快、施工費(fèi)用低、變形沉降量小、加固效果顯著、節(jié)省加固原材料等眾多優(yōu)勢，從而被廣泛應(yīng)用于各類地基加固處理中，如粘性土、砂土、碎石土、濕陷性黃土、低飽和度的粉土、素填土、雜填土等地基，不僅有效提高了地基承載能力，同時(shí)也有效降低了地基不均勻沉降。而要確保強(qiáng)夯法發(fā)揮良好的地基加固處理效果，也需要施工人員全面掌握強(qiáng)夯法的地基加固處理方法，如將強(qiáng)夯法應(yīng)用于水庫地基處理中，首先就需要施工人員做好施工前準(zhǔn)備，如壩基清理、確定強(qiáng)夯機(jī)具和相關(guān)參數(shù)、確定強(qiáng)夯施工參數(shù)等，其次，還需按照施工工序進(jìn)行規(guī)范施工，即先布設(shè)夯點(diǎn)位置，再確定夯錘落距、測量地面高程、調(diào)整起重機(jī)位置、主夯夯擊施工、全部夯點(diǎn)夯擊施工、副夯夯擊施工等，另外，還需做好夯擊施工細(xì)節(jié)處理、施工檢查等，才能保證施工質(zhì)量。