丁漢平

（浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)工程公司，浙江 杭州 310000）

強(qiáng)夯法在實(shí)際操作中得到的良好實(shí)踐證明，其對(duì)于增強(qiáng)地基土壤的壓縮功效、提高土壤抗液化能力十分有效。強(qiáng)夯法簡易的設(shè)備基礎(chǔ)、廣泛的適用范圍、低額的經(jīng)濟(jì)投入量和方便的操作方式，成為受眾使用最廣泛的一種鞏固基土的方法。

1 什么是強(qiáng)夯置換法

如果采取在夯坑中填加塊狀石、碎狀石、砂土及具有高強(qiáng)度和良好透水性的顆粒狀材料，通過夯石反復(fù)高強(qiáng)度的沖擊力，使其被夯入土中，則可形成一體性的置換復(fù)合型基柱結(jié)構(gòu)，使置換法與強(qiáng)夯法有效結(jié)合起來，這就是地基置換法中強(qiáng)夯置換法的產(chǎn)生過程。強(qiáng)夯置換法結(jié)合了強(qiáng)夯法中的加固方法和置換法中復(fù)合地基兩者的優(yōu)點(diǎn)，因其較低的經(jīng)濟(jì)投入，在許多水利工程、港灣建設(shè)工程中取得了較好的實(shí)地使用驗(yàn)證結(jié)果。本文就重點(diǎn)闡述強(qiáng)夯置換法是怎樣在碼頭前沿區(qū)地基處理問題上取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和建構(gòu)結(jié)果的。

2 夯擊波場(chǎng)對(duì)建筑的影響

不管是強(qiáng)夯置換法還是強(qiáng)夯法本身，其理論基礎(chǔ)均是在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)土地施加更大的壓力，其上舉的高度不變，在下落過程中施加助力，使其單位時(shí)間內(nèi)的下落速度變大從而增大其對(duì)土地的沖擊力。這種高強(qiáng)度的沖擊力，在撞到地面的一瞬間產(chǎn)生的力以波場(chǎng)的方式傳遞到基土的深處，以實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤基層施加壓力的作用。這種波場(chǎng)由壓縮波、瑞利波和剪切波聯(lián)合組成并傳播的。其中壓縮波與剪切波以波源為原點(diǎn)以一個(gè)半圓為擴(kuò)散面向地外地內(nèi)同時(shí)進(jìn)行傳播，瑞利波波體則是以圓柱波為陣型向地外地內(nèi)同時(shí)傳播。

壓縮波中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是一種規(guī)律遵循與波陣方向相平行的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的推拉波形運(yùn)動(dòng)。剪切波中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是一種遵循與波陣半圓面發(fā)生正交的橫向波形運(yùn)動(dòng)；瑞利波中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)則是以水平與豎向這兩個(gè)方向的行進(jìn)波陣運(yùn)動(dòng)所組成的。

傳播中的高強(qiáng)度、高能力波陣場(chǎng)會(huì)對(duì)周圍在其波場(chǎng)范圍內(nèi)的建筑產(chǎn)生一定的破壞和損傷，所以，在建筑物密集的施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)盡量避免應(yīng)用此種方法。此處推薦使用小面積的夯錘體進(jìn)行碼頭等工地的置換夯法，以此減少對(duì)周圍建筑地基以下組織的破壞情況，使夯錘體的全部做工用于緊實(shí)填充坑料，使其產(chǎn)生的波場(chǎng)的橫向傳播力場(chǎng)減少，豎向傳播力場(chǎng)增強(qiáng)，從而降低夯體對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑物所造成的損壞。

3 工程中的應(yīng)用

某施工現(xiàn)場(chǎng)為碼頭的前沿地區(qū)，屬新填海地區(qū)，其填充的開山碎石石塊厚度較大、填充時(shí)間較短，土質(zhì)結(jié)構(gòu)尚處于較松弛階段，造成其地層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。其下臥體多是淤泥形態(tài)土層，淤泥大約2厘米厚，新填充的開山石塊約厚20厘米，且其周圍土層結(jié)構(gòu)多為沉積的淤泥層。

如若在此種施工條件下采用強(qiáng)夯法進(jìn)行施工，那么對(duì)周圍建筑和土質(zhì)層的影響勢(shì)必過大，在本案中已經(jīng)裝載完成沉箱，若強(qiáng)制采用普通施夯方法勢(shì)必對(duì)其土層造成破壞，更嚴(yán)重的結(jié)果是造成填海區(qū)的塌陷。據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)夯法的波及面是有一定范圍的，一般來說，8000千牛的力會(huì)造成大約十米深度影響，且其產(chǎn)生的振幅較大，對(duì)于像本案中有大量淤泥層和沉箱的情況下，如此大振幅的波場(chǎng)影響絕對(duì)是不可以的。我們就當(dāng)?shù)厍闆r試分析，碼頭前沿的填充層厚度大約是20米，地勢(shì)對(duì)基地的強(qiáng)度和和穩(wěn)定性要求較高，為使地基在施夯過程中不受到損傷，不傷害海底沉箱，我們?cè)诖税钢胁捎弥脫Q強(qiáng)夯法以達(dá)到利用填充層緩和波場(chǎng)力量的結(jié)果。

本法中我們采用為特定工程制作的特定異體錐形夯錘。其底部面積小，只有1.3平方米，錘面接地時(shí)的壓力可達(dá)到150千帕，這是普通施夯法中夯錘達(dá)到壓力的40倍。在巨大的豎向向下的沖擊力下，夯錘所產(chǎn)生的橫向張力就微乎其微了，其主能量集中與豎向，以壓縮波的形式將大量力量豎直傳向地表內(nèi)向，達(dá)到集中緊實(shí)、擠壓填充物的效果，其效果有反過來被填充物所阻擋，對(duì)海平面下的沉箱結(jié)構(gòu)有保護(hù)作用。而其中的橫向波場(chǎng)就被填充層所吸收。此夯法中，采用3×3m的正方布點(diǎn)規(guī)律最好，選擇較小夯距可更好地達(dá)到使土層緊實(shí)的效果。

施工次數(shù) 夯錘能量/（kN·m） 下落距離/m 布點(diǎn)方式 夯擊數(shù)一排 2000 10第一次二排 2000 10三排 3000 15四排 4000 20第二次 1500 10 夯印向切 4次擊打每點(diǎn)3×3m方陣 后兩擊夯下落距離5cm

施工中相應(yīng)參數(shù)可參見上表，從表中不難看出在靠近沉箱的區(qū)域均選用了較小的夯力施加，而距離沉箱最遠(yuǎn)的點(diǎn)選用了比較大的夯力，其目的無非是為了減少夯在施力中產(chǎn)生的豎向波場(chǎng)對(duì)沉箱的影響。

強(qiáng)夯置換法在施工中應(yīng)采取的有效措施：

（1）以沉箱為夯力施加大小為標(biāo)準(zhǔn)，自碼頭后向工地到靠近碼頭前端沉箱方向，其施加夯力逐漸減弱，采取不同夯力等級(jí)遞減的加固處理方式。

（2）施工的具體特點(diǎn)也應(yīng)具體分析，此案例中，我們就應(yīng)采取先從距沉箱較遠(yuǎn)方向開始逐漸逐次降低夯錘能量的方式向距沉箱較近端進(jìn)行施夯的施工過程，離沉箱距離越近其施夯力應(yīng)越小，填充物的密度質(zhì)量就應(yīng)越大。

（3）在施工過程中應(yīng)注意夯力對(duì)沉箱位置的作用力，在沉箱上擺放水平測(cè)量儀，定時(shí)定點(diǎn)由專人負(fù)責(zé)監(jiān)管其水平方位是否發(fā)生改變，是否發(fā)生位移以及位移的大小，以及時(shí)補(bǔ)救。

（4）施工過程中需控制填坑深度與填充物厚度，一般來說采用2～2.5米半最為合適，其受夯擊后形成的置換柱體性能最優(yōu)。

（5）在置換強(qiáng)夯法中，我們應(yīng)對(duì)填坑物的選擇有更高的要求，由本案中情況來看，填充基石以良好顆粒級(jí)碎沙石最好，其顆粒中最大半徑不應(yīng)超過20厘米，尤其應(yīng)該嚴(yán)格控制其含泥量，其含泥量不應(yīng)超過10個(gè)百分點(diǎn)。

強(qiáng)夯方法在施工中對(duì)地基前沿的沉箱所造成的影響是施工過程中各施工方共同關(guān)注的焦點(diǎn)問題，其中選用強(qiáng)夯置換法中，沉箱側(cè)向的位移量是衡量其所造成影響大小的指標(biāo)，由此我們應(yīng)利用水平儀和經(jīng)緯儀在施工的全過程中對(duì)施工的各個(gè)階段定期進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)工程中出現(xiàn)的偏移、水平面下沉等問題應(yīng)著重檢測(cè)，并且應(yīng)做到逐個(gè)沉箱分別檢測(cè)，對(duì)其檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋和上報(bào)。從實(shí)際施工應(yīng)用和實(shí)地測(cè)量結(jié)果來看，強(qiáng)夯置換法對(duì)地基產(chǎn)生的位移影響小，其振動(dòng)結(jié)果對(duì)地基層的傷害小。據(jù)此次施工數(shù)據(jù)分析，夯錘施力的中心點(diǎn)距沉陷最近處為6米，而沉箱在整個(gè)施工過程中所發(fā)生的偏移量為4米，均在允許范圍內(nèi)。

此次工程測(cè)量結(jié)構(gòu)表明，在強(qiáng)夯置換法中，夯錘以強(qiáng)重力級(jí)別每砸觸置換樁體20次，夯坑的深度平均可達(dá)4米，在經(jīng)過能力探觸與靜態(tài)載荷量的測(cè)試后，經(jīng)系統(tǒng)分析，確定了置換強(qiáng)夯法中夯體施力后加上主體本身長度，其影響力可達(dá)到地面以下11米之上，地基承載力的特征值要大于180千帕，回彈?？傊荡笥?0兆帕，其數(shù)據(jù)結(jié)果符合并達(dá)到本案中的對(duì)地基的處理值。

4 強(qiáng)夯置換法與普通強(qiáng)夯法的區(qū)別

4.1 普通強(qiáng)夯震動(dòng)特點(diǎn)

強(qiáng)夯在施力過程中產(chǎn)生的波場(chǎng)十分容易對(duì)周圍建筑組織造成破壞，但產(chǎn)生破壞力的波陣消失得也快，一般來說距夯振點(diǎn)30米之外的建筑物均不會(huì)受到影響。但由于作為介質(zhì)的土質(zhì)成分不一樣，振動(dòng)波在其中傳播的震動(dòng)周期、震動(dòng)的振幅、消減的頻率等均有一定的不同。比如在硬土質(zhì)中，振波的周期短，而在軟質(zhì)土壤中震動(dòng)周期就相對(duì)較長，產(chǎn)生的影響也就較大。這是就振波而言的，再就被影響體——建筑物來說吧，不同的建筑物所顯現(xiàn)出來的本身構(gòu)建特征與構(gòu)建時(shí)使用的構(gòu)建材料不同，其受到的影響也就不盡相同。因此在設(shè)計(jì)施工方案之初就應(yīng)對(duì)其土層結(jié)構(gòu)、土壤類型、周圍建筑物的動(dòng)力特性特征進(jìn)行一一排查，確定其影響深度和影響廣度。

4.2 強(qiáng)夯置換法的振動(dòng)特點(diǎn)

強(qiáng)夯置換方法是結(jié)合了強(qiáng)夯加固法與復(fù)合地基的共有優(yōu)勢(shì)，一方面具有強(qiáng)夯加固法的加固效果，另一方面利用復(fù)合地基中的優(yōu)勢(shì)，集中夯錘的施力方向，控制夯錘力量的走向，并且此方法還有施工用費(fèi)低、側(cè)面偏振小等優(yōu)勢(shì)。強(qiáng)夯置換法是眾多港口建設(shè)工程、水利建設(shè)工作中經(jīng)常使用的方法。而在本文之前論述的碼頭前沿地區(qū)施工中用到的強(qiáng)夯置換法就是其在實(shí)際施工的一種衍生方式。在案例中我們減小了夯錘面的表面積，利用夯坑中填充物的物理特點(diǎn)在施工過程中對(duì)夯錘下落中產(chǎn)生強(qiáng)力進(jìn)行定向處理、收集處理和放大處理，從而降低了夯錘對(duì)地基中沉箱位置的改變，減小了對(duì)地基下淤泥的破壞，使地基整體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。

5 結(jié)語

在施工環(huán)境對(duì)強(qiáng)夯所產(chǎn)生的沖擊力和振動(dòng)波帶來的強(qiáng)大橫向與縱向力要求不高，但對(duì)地基的透水性要求較高時(shí)，采用強(qiáng)夯法來加固緊實(shí)夯坑填料就能達(dá)到最好的效果，不僅起到了加固的作用，而且在經(jīng)濟(jì)方面的花銷也較少。但對(duì)于向本文中提到的在復(fù)雜情況下進(jìn)行施夯工作，我們還需要具體問題具體分析，比如碼頭前沿、水利工程等的施工問題，合理與正確地運(yùn)用相應(yīng)的施夯方法才是順利完成施工工程的根本道理。

[1]曾憲斌，林思波，黃鵬.小口徑鋼管樁與固結(jié)灌漿技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于巖溶地基處理[J].探礦工程巖土鉆掘工程，2009，36（7）.

[2]吳雪婷，徐光黎.揚(yáng)州港江都港區(qū)件雜碼頭地基處理信息化施工[J].港工技術(shù)，2010，47（1）.

[3]薛良鐘.振沖置換法的分析研究及其在工程中的應(yīng)用[J].安徽建筑，2004，11（5）.

[4]高建.淺談軟弱地基的處理[J].科技信息，2009，（31）.

[5]蔣孝輝，陳勇.湖北恩施渡口河特大橋的施工監(jiān)控[J].中國港灣建設(shè)，2008，（1）.

[6]謝家高.振沖擠密法處理砂土地基施工方案及地基承載力檢驗(yàn)方案[J].安徽建筑，2007，14（3）.

[7]杜振忠.真空堆載預(yù)壓技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用[J].科技信息，2009，（27）.

[8]周鑄.強(qiáng)夯法在碼頭地基處理中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)，2006，4（6）.