常玉英

（北京頤和工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京市 100195）

強(qiáng)夯加固的設(shè)計(jì)施工參數(shù)及處治效果研究

常玉英

（北京頤和工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京市 100195）

在充分調(diào)研強(qiáng)夯原理及工程現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合強(qiáng)夯工藝特點(diǎn)、施工程序等因素，提出了兩個可選強(qiáng)夯設(shè)計(jì)施工方案，并設(shè)計(jì)了效果監(jiān)測方案，構(gòu)建強(qiáng)夯試驗(yàn)工程。根據(jù)夯擊沉降、工后沉降、孔隙水壓力、標(biāo)準(zhǔn)貫入、十字板剪切、靜力觸探等試驗(yàn)成果，對強(qiáng)夯試驗(yàn)工程的加固效果進(jìn)行了分析。可以得出：在相近夯擊能的條件下，夯點(diǎn)間距宜與影響深度相近；本次強(qiáng)夯試驗(yàn)地基影響深度約為7.5m；通過沉降量、孔隙水壓力及其他原位試驗(yàn)可以得出，方案二的夯擊效果要優(yōu)于方案一。

強(qiáng)夯；加固；設(shè)計(jì)；施工；監(jiān)測；處治效果

0 引言

強(qiáng)夯加固法由Menard技術(shù)公司在1969年研究首創(chuàng)，其以地基土強(qiáng)大沖擊能達(dá)到加固手段，在極短時間內(nèi)使地基強(qiáng)度得到極大提升，并在其后得到迅速推廣和運(yùn)用。我國絕大部分機(jī)場工程也廣泛采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基和填筑體加固。國內(nèi)外學(xué)者在強(qiáng)夯加固機(jī)理、強(qiáng)夯設(shè)計(jì)及施工、強(qiáng)夯效果檢測等方面展開了廣泛的研究，為我國強(qiáng)夯地基處理工藝的引入及推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1-3]。

本文針對國內(nèi)某機(jī)場實(shí)際情況，采用試驗(yàn)工程進(jìn)行對比分析，通過考慮強(qiáng)夯試驗(yàn)前后沉降監(jiān)測、孔隙水壓力、地基強(qiáng)度等方面變化評價，研究了具體工程的強(qiáng)夯設(shè)計(jì)及施工參數(shù)。論文結(jié)果可為設(shè)計(jì)及施工提供技術(shù)依據(jù)，并可為相關(guān)研究提供原始材料。

1 設(shè)計(jì)及檢測

1.1 工程概況

我國國內(nèi)某機(jī)場建設(shè)中存在高填方及場地平整工程，最高填方高度可達(dá)30 m，天然地基遠(yuǎn)不能滿足填筑體及機(jī)場道面工程設(shè)施對其變形和強(qiáng)度的要求，必須予以處理。

為了加快工程建設(shè)進(jìn)度，該工程提出了原地基及填筑體碾壓采用“以夯代壓”的工程處理思路。根據(jù)理論研究及數(shù)據(jù)分析，確定了方案一區(qū)及方案二區(qū)的強(qiáng)夯試驗(yàn)工程，擬通過變化強(qiáng)夯夯點(diǎn)間距、夯擊遍數(shù)及夯擊能等設(shè)計(jì)參數(shù)，分析比較強(qiáng)夯前后的地基處理效果，確定后續(xù)工程具體的設(shè)計(jì)參數(shù)，以解決高填方地基不均勻沉降及地基承載力不足問題，使之適應(yīng)機(jī)場道面類型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)營及維護(hù)等共性問題，為本機(jī)場工程等提供先進(jìn)、可靠的技術(shù)保障。

根據(jù)填筑體實(shí)際情況、以往工程經(jīng)驗(yàn)及研究成果，結(jié)合工程經(jīng)濟(jì)性，本實(shí)驗(yàn)區(qū)域提出了兩種設(shè)計(jì)方案，并對設(shè)計(jì)監(jiān)測及檢測方案進(jìn)行對比分析。

1.2 墊層+強(qiáng)夯試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 墊層強(qiáng)夯試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3 監(jiān)測設(shè)計(jì)方案

監(jiān)測設(shè)計(jì)方案見表2。

表2 檢測設(shè)計(jì)參數(shù)表

試驗(yàn)工程埋設(shè)的地表沉降及土體孔隙水壓力兩種監(jiān)測儀器，其埋設(shè)深度和儀器編號見表3，平面位置如圖1所示。

表3 埋設(shè)儀器種類及深度表

圖1 平面位置圖

2 強(qiáng)夯簡介及施工程序

2.1 強(qiáng)夯原理

強(qiáng)夯法是將重錘（一般為100～400 kN，最重可達(dá)2 000 kN）從高處自由落下（落距一般為6～20 m，最高可達(dá)40 m），給地基以沖擊力和振動。在地基中所出現(xiàn)的沖擊波和動應(yīng)力，一方面為路基土提升強(qiáng)度、降低壓縮性、改善抗液化性能和消除濕陷性等，另一方面還可用于提升土層的均勻性，降低差異沉降[4，5]。

大致上有3種的作用機(jī)理：第一，加密作用，指空氣或氣體的排出；第二，固結(jié)作用，指水或氣體的排出；第三，預(yù)加變形作用，指各種顆粒成分在結(jié)構(gòu)上的重新排列。

2.2 施工程序

試驗(yàn)區(qū)地基處理施工程序：清表→浜塘處理→施工勘察→土石方填筑→墊層鋪設(shè)→強(qiáng)夯→找平碾壓→效果評價。

2.2.1 清表

（1）對地面橫坡為1∶5～1∶2.5的土質(zhì)地段，應(yīng)先清除表層土（農(nóng)田、林區(qū)段厚0.5 m，一般路段厚0.3 m）后，再挖臺階，臺階寬度≥2.5 m。當(dāng)開挖臺階尺寸有特殊設(shè)計(jì)要求時，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求開挖臺階。

（2）對地面橫坡為1∶5～1∶2.5且基巖面上的覆蓋層較簿的石方地段，應(yīng)先清除覆蓋層后再挖臺階，臺階寬度≥2.5 m，階面向內(nèi)傾斜4%，高寬比≤1/2 b。當(dāng)臺階寬度≤2.5 m，應(yīng)用M10漿砌片石做人工臺階，以使臺階寬度≥2.5 m。

（3）將樹根整體挖除，處理深度根據(jù)樹根具體而定，清理路基范圍內(nèi)的塊石和片石。

（4）場地清理后進(jìn)行平整。

2.2.2 浜塘處理

（1）疏干溝河浜積水。

（2）清除吹砂范圍內(nèi)溝河浜內(nèi)的淤泥，并送往指定地點(diǎn)。

（3）清淤后挖1∶2的臺階式邊坡。

（4）清淤后的底部填筑不小于50 cm厚的中粗砂排水工作墊層。

（5）分層填筑素土至兩岸推平地面標(biāo)高。

2.2.3 強(qiáng)夯施工

（1）夯點(diǎn)平面布置：兩遍強(qiáng)夯及三遍強(qiáng)夯平面布置如圖2所示。

圖2 夯點(diǎn)平面布置圖

（2）施工機(jī)械：采用兩支腿型吊機(jī)，夯錘底面直徑2.65 m，重16 t，帶6個25 cm氣孔。

（3）施工控制措施：施工順序由邊緣至中央，按直線從西向東推進(jìn)，夯錘底面中心對齊，夯擊位置準(zhǔn)確。保證每次夯錘提升高度，記錄每擊夯沉量及每點(diǎn)夯擊數(shù)，并應(yīng)詳細(xì)記錄各項(xiàng)參數(shù)及特殊情況，如出現(xiàn)夯沉量過大、周邊隆起等情況，應(yīng)及時進(jìn)行分析和處理。保證第二、三遍點(diǎn)夯的間隔時間。

（4）停夯標(biāo)準(zhǔn)：每擊的夯沉量應(yīng)由專人用水準(zhǔn)儀測量，逐擊測量記錄并隨即算出單擊夯沉量。按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求，按每點(diǎn)n=8～10擊打足夯擊數(shù)時，最后兩擊的平均貫入度≤10 cm。

（5）擊密間歇時間：以土體孔隙水壓力的消散達(dá)到70%時確定。結(jié)合本試驗(yàn)工程實(shí)際情況，兩遍強(qiáng)夯之間的間歇時間為3～4 d。

3 檢測成果及分析

各項(xiàng)監(jiān)測儀器按技術(shù)要求進(jìn)行購置、率定、安裝或加工、埋設(shè)[6，7]。監(jiān)測儀器埋設(shè)后，立即開始連續(xù)跟蹤觀測。在監(jiān)測的同時對工程的施工及時提供指導(dǎo)性意見。

3.1 沉降監(jiān)測

地表沉降監(jiān)測分為加固過程中的沉降監(jiān)測與竣工后的沉降監(jiān)測。其目的是了解地基加固過程中及其加固后的沉降量及沉降速率，以判斷地基加固效果。采用水準(zhǔn)儀方法進(jìn)行觀測。

3.1.1 夯擊沉降監(jiān)測

方案一區(qū)點(diǎn)夯兩遍之后進(jìn)行滿夯，方案二區(qū)點(diǎn)夯三遍之后進(jìn)行滿夯，每次點(diǎn)夯后運(yùn)用5 m×5 m方格網(wǎng)測繪頂面高程計(jì)算夯沉量，如圖3所示。

圖3 夯擊量累計(jì)沉降監(jiān)測成果

從圖3可以看出，每次點(diǎn)夯產(chǎn)生17.02 cm的平均夯沉量，滿夯產(chǎn)生2.6～3.8 cm夯沉量，明顯點(diǎn)夯比滿夯沉降要大得多；方案一總夯擊量達(dá)到34.9 cm，二區(qū)總夯擊量達(dá)到56.6 cm，方案二區(qū)加固效果較好。

3.1.2 工后沉降監(jiān)測

方案一區(qū)及方案二區(qū)地基加固竣工后埋設(shè)尺寸為0.4 m×0.4 m的沉降盤，埋深0.5 m。沉降監(jiān)測間隔時間為5 d，累計(jì)沉降量及單次沉降量監(jiān)測結(jié)果繪制如圖4及圖5所示。

圖4 墊層加固區(qū)疫工后沉降過程線

圖5 墊層加固區(qū)竣工后沉降速率過程線

從圖4可以看出，墊層強(qiáng)夯區(qū)最后平均累積沉降量分別為14.3 cm和12.3 cm；從圖5單次沉降量可以看出，最大的沉降速率發(fā)生時間較晚，延續(xù)時間較短，即從竣工后第10天開始單次沉降量為4～6 cm，30日后即明顯減緩。

3.2 孔隙水壓力監(jiān)測

孔隙水壓力的增長與消散可以用于分析強(qiáng)夯影響深度、土體固結(jié)情況、強(qiáng)度增長等因素，并可用于控制點(diǎn)夯的間歇時間。

由表4可知，孔隙水壓力變化規(guī)律體現(xiàn)為：一方面，在相同深度空間上，孔隙水壓力突變程度隨著強(qiáng)夯遍數(shù)的增加而減弱，主要原因是土中裂隙的增多增加了水壓消散的速度；另一方面，深度在10 m處的孔隙水壓力并沒有突變現(xiàn)象，說明強(qiáng)夯施工在此點(diǎn)處影響甚微。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

在強(qiáng)夯施工加固后，每個試驗(yàn)方案區(qū)域布置標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢驗(yàn)孔，用以檢測強(qiáng)夯后地基強(qiáng)度。統(tǒng)計(jì)6 m深度范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)貫入當(dāng)量擊數(shù)，如圖6所示。

圖6 6 m深度范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入當(dāng)量擊數(shù)

3.4 原位十字板剪切試驗(yàn)

強(qiáng)夯施工后布置十字板剪切試驗(yàn)孔以檢驗(yàn)地基強(qiáng)度。需要說明的是，十字板本身承受能力有限，故粉土或砂性土強(qiáng)度以十字板頭最大承受大值為準(zhǔn)。在標(biāo)高2～1 m及-2～-6 m處，方案一區(qū)的試驗(yàn)均值分別為46.96 kPa及40.76 kPa，方案二區(qū)的試驗(yàn)均值為50.34 kPa及41.93 kPa。

3.5 靜力觸探試驗(yàn)

強(qiáng)夯施工后布置靜力觸探試驗(yàn)孔以檢測地基強(qiáng)度。需要說明的是，應(yīng)探頭無法通過山皮石墊層，因此靜力觸探試驗(yàn)須開挖墊層，在原地面上進(jìn)行。統(tǒng)計(jì)方案一區(qū)及方案二區(qū)的具體數(shù)值，如圖7所示。方案一區(qū)比貫入阻力當(dāng)量平均值為4.42 MPa，方案二區(qū)比貫入阻力當(dāng)量平均值為4.52 MPa。

圖7 加固前后比貫入阻力當(dāng)量值對比圖

4 結(jié) 論

通過變化強(qiáng)夯夯點(diǎn)間距、夯擊遍數(shù)及夯擊能等設(shè)計(jì)參數(shù)，通過方案一區(qū)及方案二區(qū)的檢測結(jié)果對比分析，可以得出：

（1）對比方案一區(qū)及方案二區(qū)強(qiáng)夯參數(shù)，方案二區(qū)的夯點(diǎn)間距大，第一遍夯擊能量較小，但通過增加第三遍強(qiáng)夯，致使總夯擊點(diǎn)數(shù)多15點(diǎn)。但是，夯擊能兩者相差較小，僅相差11.77%，可以認(rèn)為兩者總夯擊能相近。

表4 孔隙水壓力變化統(tǒng)計(jì)表

（2）從沉降量、孔隙水壓力、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、原位十字板剪切試驗(yàn)及靜力觸探試驗(yàn)成果來看，方案二區(qū)的夯擊效果要比方案一區(qū)的夯擊效果好。

（3）通過較好的方案二區(qū)地基加固效果可以得出，接近于影響深度的夯點(diǎn)間距更有利于強(qiáng)夯效果。

（4）通過孔隙水壓力等試驗(yàn)，可以得出本次強(qiáng)夯試驗(yàn)地基影響深度為7.5 m左右。

[1]宋朝陽，紀(jì)洪廣，張?jiān)抡?，等．碎石地基?qiáng)夯加固機(jī)制與加固效果試驗(yàn)[J].長安大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2016，36（6）：69-77.

[2]陳道松，崔瑋，丘志文．強(qiáng)夯填土地基檢測分析方法探討[J]．土工基礎(chǔ)，2015，29（6）：80-82.

[3]潘文君，向昕，呂驕陽．強(qiáng)夯法處理地基在公路路基設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．道路工程，2015，12（132）：86-87.

[4]GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]GJG 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[6]王治勇.強(qiáng)夯地基的幾種檢測方法[J].勘察測試與分析，2000，11（3）：40-41.

[7]朱平，閻彭旺，劉潤，等．真空預(yù)壓法加固路堤軟基的工程實(shí)例分析[J]．巖土工程學(xué)報，2003，25（4）：508-510.

TU472

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1009-7716（2017）03-0163-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.044

2017-02-08

常玉英（1966-），女，河南安陽人，工程師，從事機(jī)場工程監(jiān)理工作。