強夯法在廠房填土地基處理中運用研究

張永初

（中國水利水電第一工程局有限公司，吉林長春 130000）

0 引言

強夯法主要用于地基加固作業中，可利用控制夯錘高度，使其以自由落體的方式對地基進行科學處理，降低土壤壓縮系數，提高地基緊實性，進而達到穩定加固的目的。在利用強夯法進行廠房的換土地基處理作業時，需要注意應在節能環保、保證施工質量的同時，有效縮短工期、減少資金投入。從實際使用的角度來看，強夯法具有極高的使用價值。

1 強夯法概述

1.1 概念

強夯法又可被稱為動力固結法，主要是利用各類起重裝置將一定重量的夯錘抬高至規定高度，使其在重力的作用下為地基施加較大沖擊動能，并在地基中產生沖擊應力，提高土壤密實性、減小土體孔隙，達到排水的目的，如圖1所示。土體在受到擠壓期間將出現局部液化的問題，導致各夯擊點周邊土壤開裂，為孔隙水及氣體的排出提供較為良好的通道，幫助土粒進行重組，并達到土壤固結的目的，有效提升地基承載力，其使用優勢在于經濟實惠、操作簡便、成效明顯，具有極大的使用價值。需要注意的是，由于強夯法的實際施工噪聲較大，因此需要盡量選擇遠離城區及建筑物密集的區域開展施工作業[1]。

圖1 利用強夯法進行作業

1.2 作用

利用強夯法進行建筑施工的作用在于以下3點：①可有效提升地基的承載能力，強夯法主要可用于砂土、填土、黃土、碎石土、一般粘性土等土質的地基作業中，經過處理后得到的地基其承載力及土壤密實度將得到顯著提高。②利用強夯法進行施工可有效避免地基出現不均勻沉降的問題，并實現深層加固，保證施工人員及業主安全，使用均勻作業的方式可降低土壤壓縮性，并將實際沉降差控制在預定的施工標準范圍中。③利用強夯法可有效縮短實際工作時長，提高施工效率。通過以往的施工經驗可知，每開展一次強夯作業，地基將沉降20～50cm，二次夯擊將產生的瞬時沉降，是一次強夯沉降量的3/5，施工速度明顯增加。在強夯環節結束后，即可直接開展后續的施工作業，無須預留保養、緩沖時間，可有效縮短實際施工工期[2]。

2 工程概況

本文以衡山科學城廠房工程施工為例進行分析，已知該工程共需建造十余棟4層建筑，整體場地為低山丘陵地貌，包含西南—東北的U形溝谷，現已基本填平。通過對施工現場進行調研分析可知，大多為紫褐色夾雜黑黃色的土體，由硬質泥巖塊、碎石、黏性土及少量磚塊、瓦片、混凝土碎石塊、植物根莖等堆填而成，部分底部土層具有淤泥質特征，且堆填時間不一，尚未開展夯實固結作業，土質松散且含水量較大，層厚1～12m，平均填土厚度在6m左右，具體狀況如圖2所示。

圖2 部分施工現場實際狀況

3 填土層處理方案比選

依據當前現場勘測結果，施工人員可繪制地表等高線，得到不同場地的實際填土厚度，并依據相關圖紙將填土厚度在6m以下的區域設置為Ⅰ區，填土厚度在6m以上區域的設置為Ⅱ區，按照施工需要進行分區處理。

3.1 強夯

3.1.1 普通強夯

施工人員利用夯錘可為施工現場的土壤施加4×106～8×106N·m的夯擊能，并依據實際施工需要明確具體的強夯間距，對廠房及周邊道路開展填土地基強夯施工作業。其中Ⅰ區可選用夯擊能在4×106N·m的設備分別開展一次點夯及滿夯作業，使其實際地基承載能力在140kPa以上，壓縮模量為4MPa，平均加固深度為5.5m。Ⅱ區可選用夯擊能在8×106N·m的設備分別開展三次點夯、一次滿夯作業，平均加固深度為8.5m。且由于底部土壤具有淤泥質的特性，且夾雜少量中、強等級的風化巖塊，因此其土質松軟、含水量高，在強夯作業結束后將出現橡膠狀情況。但需要注意利用以上兩種強夯方式開展施工作業均無法深入底部，但在一定深度范圍內將形成不均勻的硬殼層，且上部土層可得到有效壓實，可用于周邊道路及擬建場地地坪施工，有效避免出現不均勻沉降的問題。另外，實際施工現場地貌為溝谷水塘，若是填土作業期間未及時清理并挖掘排水通路，將導致降水滲透為地下水，并在填土的作用下變為潛水緩流，地下水位抬高，對下部土層造成侵蝕，長此以往將導致其發生不均勻沉降。同時，受到原本地貌的影響，在強夯工作結束后，仍會出現少量沉降問題，出現U形洼地，在后續建筑施工期間，將有可能導致建筑物發生裂縫。

3.1.2 高能強夯

Ⅱ區可選用高能強夯的處理方式，保證實際工作質量。第一遍強夯可控制夯擊間距在15～16m，選用夯擊能在16×106N·m的設備對填土區域的底部進行作業，第二遍則可控制夯擊間距在7～8m，選用夯擊能在8×106N·m的設備對填土區域中部進行作業，第三遍則可控制夯擊間距在3～4m，選用夯擊能在4×106N·m的設備對填土區域頂層進行作業，并最終利用擊能在2×106N·m的設備開展一次滿夯作業。利用該種強夯方式，可將整個填土工程分為3個層次進行針對性作業，有效避免出現建筑地基、現場地坪、周邊道路的沉降問題。但此時已經夯實的下方填土在一定程度上會影響地下水徑流流動暢通性，導致水位明顯升高，下方土層受到長期浸泡，將導致其出現不均勻沉降問題。應注意，高能強夯的施工方式優于普通強夯法，但存在工期長、資金投入多等問題，需要施工人員依據需要靈活使用。

3.2 注漿法

注漿法實際上就是將在填土層中注入流動的水泥漿漿液，可用來填充土壤孔隙，保證其在重力的影響下填滿孔隙。土層孔隙受壓將滲出水分，并擠壓土體，直至出現剪切裂縫，此時水泥漿可對其進行有效填充，并與土體充分結合形成漿脈等網狀結構，可將原本疏松的土壤顆粒整合為統一整體，有效提升土體的實際密實度及防滲力，改善其理化性質，提高荷載能力，有效減少沉降量。使用注漿法的缺點在于需要投入大量的人力、設備、財力，且施工周期較長。

3.3 強夯加下部填土注漿

選用夯擊能在4×106N·m的設備對填土地基進行加固可保證其平均加固深度在5.5m左右，但在遭遇大規模降水后，地下水將依據原本地貌產生徑流，地下水將直接破壞地基底部土壤結構，造成安全隱患問題。利用強夯加下部填土注漿可將下層土壤結合為一個整體，保證其滿足預計的施工需要，其缺點與注漿法類似，且無法控制施工質量。

3.4 填換置換

使用該施工方式需要施工人員挖出已填土壤，并設計好排水盲溝，重新開展壓實作業，其特點在于可保證施工質量，但存在施工時間長、投入資金多等不足。

綜上，受到施工現場以往地形地貌的影響，若是在施工前未進行相應的排水溝清理、修建作業，將為后續的施工作業埋下安全隱患。使用普通強夯及組合強夯的方式進行施工極易產生沉降洼地問題，由此就需要施工人員依據不同的場地施工現狀，靈活選擇多種強夯作業方式，并在每次施工前，對施工區域的典型地段進行實驗，保證選用最為合理的方式提升地基換填施工質量[3]。

4 處理方法

4.1 施工方式

在本工程的施工作業期間，需要施工人員選用普通強夯、后期保養的處理方式，避免地坪、道路等出現沉降問題。

對于已填土區域，可在實際施工周邊加裝截水溝，并利用普通強夯的方式進行土壤壓實作業，若出現沉降問題，則需要考量采用樁基礎施工作業時夯實土體對樁基摩擦阻力的影響。且強夯作業結束后，可在場區地坪位置加鋪100cm左右的碎石層，減少廠房沉降問題。當廠房正式開始使用后，需要注意避免生活用水、工業用水深入地下，造成廠房地基的不均勻沉降。已填場地施工前現場如圖3所示。

圖3 已填場地施工前現場

對于未填土或填土較薄的區域，施工人員需要將底部的淤泥質土體及植物根莖等雜質清理干凈，并在溝底設計具有反濾層的排水盲溝，或直接修整原有排水溝。在未填土地區的原地表處需額外鋪設60cm厚的片石層，并加裝反濾層，實現滲水的有效排出。施工時可依據以上施工要求開展分層填土強夯作業，保證隔層土壤厚度在6～8m[4]。施工現場臨時排水設施如圖4所示。

圖4 施工現場臨時排水設施

4.2 注意事項

4.2.1 控制強夯次數

強夯作業的次數是保障換填地基施工作業質量的主要影響因素，施工人員需要保證在正式開展強夯作業前，充分分析現場施工需要及土層地質特征。一般情況下，需要將強夯次數控制在3次左右，但是施工人員需要依據實際現場狀況確定夯實次數。同時在確定強夯次數時，應當充分考慮施工現場土壤結構對夯實次次數的影響。若是土壤顆粒較粗，則可減少夯擊次數；若是土壤顆粒較細，則可增加夯擊次數，保證利用強夯法達到預定的施工需要，為后續施工創造條件。

4.2.2 調整間隔時間

夯實作業的間隔時間在一定程度上與工程質量掛鉤。在開展作業期間，需保證強夯作業的合理時間間隔，進而減少土層孔隙中的水分，有效提升強夯作業質量。在開展作業期間可綜合土層孔隙水排出時間及土層滲水能力確定具體的間隔時間，若是滲透能力較差，則需要將間隔時間控制在一個月左右，若是滲透能力較強，則可開展連續夯實作業。

4.2.3 保障夯實點

夯實點是保證強夯工作質量的主要參考因素，施工人員可利用三角或正方形框架科學設定夯擊點，保證各點之間的間隔距離在8～10m，且整體施工保持一致。同樣，夯實點的實際間隔距離也需要依據實際現場施工技術及地基搭建要求進行適當調整，但需要注意其數值應保證在施工規定的標準范圍內。另外，在填土較厚的區域，需要在第一次夯實作業時適當擴大夯實點間距，并采用分層作業的方式保證夯實質量。施工人員也應當落實后續的地基處理作業，保證其應力平均分散，提高地基施工穩定性[5]。

5 結語

綜上而言，強夯法具有適用能力強、資金投入低、操作流程少、施工周期短等優勢，可極大提升廠房填土地基處理作業的質量，滿足預計的施工標準，相關建筑單位需要合理運用多種強夯組合法，處理好已填土及未填土區域，并從控制強夯次數、調整間隔時間、保障夯實點等角度進行綜合考量，有效提升廠房地基的荷載能力及安全系數，為后續的高質量施工創造條件。