工程建設場平強夯與分層回填碾壓施工方案對比研究

張慶旭

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250101）

0 引言

我國目前核電項目選址大部分位于沿海地區，設計方對四通一平階段場平的要求基本只有場地標高、場地回填壓實度等要求。場平施工方案基本采用分層回填碾壓的方式。核電項目尚未大規模應用強夯方式進行場平處理。

某核電廠項目選址處于南方侵蝕丘陵地貌區，根據項目廠址測量成果分析，廠區挖填方量較大，均為500萬m3以上，填方最深處約15m。如按照分層回填碾壓方法進行場平，每層只能回填松土50cm厚，全部回填分層較多，且受南方多雨天氣影響，工期不受控風險較大。而強夯作為一種成熟有效的地基處理方式，比較適合大規模回填的工程，在工期方面尤其具有優勢。

因此，本文結合該核電廠廠址地質情況、地基處理要求，從工藝、工期、費用等角度分析分層回填碾壓和強夯處理的優劣。

1 強夯與分層回填碾壓兩個方案的介紹

1.1 強夯地基處理方案

強夯地基處理主要方法為通過機械將重錘反復提升后自由落地，通過沖擊、震動改變回填土層的密實度、滲透性，以提高土層的地基承載力。強夯處理地基適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。強夯地基處理在道路、機場、港口、倉儲、房建等領域有廣泛應用。

強夯地基處理施工前，應在施工現場有代表性的場地選取一個或幾個試驗區，進行試夯或試驗性施工。每個試驗區面積不宜小于20m×20m，試驗區數量應根據建筑場地復雜程度、建筑規模及建筑類型確定。應在試夯結束后一周至數周進行試夯檢測，根據檢測結果確定工程的強夯參數（如夯擊能、有效加固深度、夯點布置等）[1]。

強夯的有效加固深度[2]根據工程經驗預估如表1（最終應根據現場試夯確定）。

表1 強夯的有效加固深度（單位：m）

強夯設計應符合《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）、《強夯地基處理技術規程》（CECS 279-2010）及其他國家、行業相關規范、規程。

經過調研，該核電站廠址周邊有地質情況相似的某火電廠項目，該火電廠場平采用強夯方案，按6000kN·m夯擊能試夯后檢測得到地基承載力特征值和地基土的變形模量，在考慮大面積施工質量控制及各種不利工況下地基土的工程特性，對試夯結果進行折減后，仍可達到330kPa和25.6MPa。

根據該核電廠場地平整階段巖土工程勘察報告，廠區勘測區域范圍內覆蓋層主要為第四系人工成因素填土、淤泥質土、沖洪積成因黏性土及砂土和坡殘成因粉質黏土等；下伏砂巖、粉砂質泥巖等。地貌類型簡單，總體以侵蝕丘陵地貌為主；回填區地形地貌主要為剝蝕殘丘和丘間溝谷，局部為沖積平原。而該核電廠地質情況、氣候狀況與所調研強夯廠址地質情況十分類似，為該核電廠采取強夯提供了有力的支撐。根據勘察報告，廠區挖方主要為中風化和強風化巖，挖方區土石方可以就地回填至填方區作為回填料。

根據場平設計標高推算，場地回填深度位于5～15m的區間，根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）以及《強夯地基處理技術規程》（CECS 279-2010）中夯擊能和處理深度預估，選用6000kN·m夯擊能可以進行有效處理，據此選用38t夯錘重量，落距16m，碎石土夯擊處理深度8m左右，對于回填厚度8m以內采用一次回填強夯，回填厚度大于8m區域采取2次回填強夯。

實際強夯作業過程中，應先清表后挖除表層淤泥質土至中風化巖層，采用廠區挖方開山料回填。《強夯地基處理技術規程》規定，人工回填土粒徑最大不超過800mm，實際回填時，為保證夯擊質量，可采用粒徑不大于500mm進行控制。為保證回填粒徑滿足要求，可在填方區設置破碎機，對到場的大粒徑回填料進行就地破碎。回填材料到場并對大粒徑破碎后，采取分層回填土石方，利用推土機進行粗平，然后再進行夯擊處理，夯前回填高度可按規范提出的超過設計標高50cm控制，以保證夯擊后頂標高滿足要求。

夯擊工藝應根據試夯檢測結果確定，根據規范規定，對于大面積強夯，回填深度較大時，應增加復夯，復夯夯擊能為選點夯的1/2。根據廠址的回填情況，結合規范規定，可采用兩遍點夯加一遍滿夯的組合工藝。根據規范，采用6000kN·m夯擊能時對碎石土處理深度可達8～9m，該夯擊能下夯點間距按5.5～6m設計，采用正方形布點。前兩遍采用點夯，第二遍夯擊點布置于第一遍夯擊點中間，最后兩擊夯沉量均不大于100mm。第三遍滿夯，夯擊能可降低至3000kN·m，夯點之間搭接為1/4面積。最后兩擊夯沉量均不大于100mm。

強夯施工完成后，靜置7d，待夯擊應力擴散均勻之后進行地基均勻性、地基承載力特征值、壓縮模量等參數的檢測。以上相關參數及工藝均屬初步設計，夯擊參數應根據試夯結果調整后確定。

1.2 分層回填碾壓方案

分層回填碾壓是通過機械重量及機械振動能量使土體密實，以此提高土體強度，分層碾壓適用于處理大面積填土地基。壓實地基的施工質量檢驗應分層進行。每完成一道工序，應按設計要求進行驗收，未經驗收或驗收不合格時，不得進行下一道工序施工。

碾壓法施工時，應根據壓實機械的壓實性能、地基土性質、密實度、壓實系數和施工含水量等，并結合現場試驗確定碾壓分層厚度、碾壓遍數、碾壓范圍和有效加固深度等施工參數。根據經驗預估時，分層碾壓的參數見表2。

表2 填土每層鋪填厚度及壓實遍數

分層回填碾壓施工前要進行試驗，選取兩個10×25m2具有代表性的區域進行試驗。每層回填虛鋪厚度分別控制在40cm、60cm左右。回填料的粒徑控制在100mm，并不應含有淤泥質土、清表土、有機質含量大于5%的土。

根據該核電廠場平壓實度的要求，需配備26t振動壓路機，從碾壓區兩邊向中間進行碾壓，每道碾壓輪跡應與上一道輪跡搭接1/4輪跡寬度，縱向輪跡搭接2m。壓路機碾壓時也采用組合碾壓，第一遍碾壓采用靜壓，壓路機不開啟振動；第二遍采用弱振碾壓一次；第三遍采用強振碾壓4～6次；第四次再啟用弱振一遍，之后再靜壓一遍。壓路機工作時應控制行車速度，不宜過快，車速一般2km/h，總共碾壓8遍左右。

碾壓完成后檢測壓實度。壓實度不合格時應增加一遍碾壓后再檢測壓實度，之后循環，直至壓實度合格。碾壓過程中應對壓實厚度、碾壓遍數等詳細記錄。壓實度的檢測時間通常在12h左右，即每層施工間隔約為1d。上一層檢測合格后方可進行下一層回填碾壓施工。

2 強夯及分層回填碾壓方案對比

2.1 費用對比

通過調研市場價格，分層回填碾壓單價約4元/m3；強夯價格與夯擊數有關，夯擊數越多，價格越高，市場價格約8擊20元/m2。該核電廠初步回填面積約15萬m2，回填土方量約80萬m3。據此可以推算，強夯的總費用約為20元/m2×15萬m2=300萬元，而分層回填碾壓費用為4元/m3×80萬m3=320萬元。強夯較分層回填碾壓略有節省。

考慮到強夯處理后地基承載力及變形模量都較高，而分層回填碾壓僅僅是場地回填平整，對承載力不作要求。如后期上部建筑物對地基承載力要求較高時，強夯的價格優勢會進一步凸顯。

綜合來講，強夯法與分層回填碾壓的施工價格與場地條件、回填深度、回填方量、回填面積等因素相關，工程量越大，單價越低。通常情況下，強夯適合處理回填高度高、回填方量比較大的工程，根據經驗，一般回填總高度不超過4m時，強夯與分層回填碾壓的投資相差不大。應結合工程具體情況和市場報價進行詳細分析來對比兩種工藝的費用高低。

2.2 工期對比

根據經驗，分層回填碾壓每機每臺班產量約2000m2，回填高度每層500mm。強夯每臺班產量約600m2。

假定處理區域面積為2000m2，總回填高度8m。采用分層回填碾壓處理，須分16層，且每層施工完成后須檢測合格才能進行下一層施工，因此回填碾壓時間為16d。

而強夯處理方式可一次回填到位，強夯處理時間約為4d，強夯完成靜置7d后進行檢測。

分層回填碾壓受天氣影響較大，雨天無法施工，臺班產量受場地形狀制約，場地不規則時產量受限。同時，還受回填厚度、取樣檢測時間等因素限制，尤其是施工前期受回填工作面的限制，每天的回填面積和回填方量較低，施工效率受到嚴重制約。

強夯處理方案受回填區面積和回填厚度、檢測時間影響相對較小，相對分層回填碾壓受天氣影響小，單日開挖回填方量基本不受限制，施工時可迅速進入正常作業模式，形成施工高峰，可有效縮短工期。

分層回填碾壓施工過程中，需要挖機、土方運輸車輛、推土機等機械全過程配合，機械占用率較高，相互之間的配合較多，需要消耗較多的機械及人力資源。強夯則可一次回填到位，機械設備集中使用，可提高機械使用效率，減少周轉時間。

3 結束語

綜上所述，對于該核電廠大面積大方量的回填工程，強夯具有優勢，尤其在工期方面優勢更明顯。因此，應結合該核電廠情況進行分析，因為廠區回填面積大、方量大，同時工期要求緊張，采用強夯可有效節約工期，并可減少上部結構施工時的地基處理時間和費用。只要在強夯過程中加強對回填土粒徑、夯擊遍數、夯點布置的監督、監控，制定詳實可靠的控制措施，該核電廠采取強夯方式十分合適。