抛石强夯地基加固研究

宋金峰

摘 要：近年来，国民经济发展的速度不断加快，对于水运工程建设的投入也逐渐的加大，水运工程在建设的规模方面也有所增加，不断的向着重泊位、深水化的方向发展，水下抛石基床在厚度的厚度也越来越大，这对于水运工程的基床加固也提出了更高的要求。本文主要以抛石强夯加固的机理为切入点，分析了抛石强夯加固的技术要点，并对基床加固的效果进行了深入的分析和研究，以期为具体的施工操作行为提供指导。

关键词：水运工程；抛石强夯；地基加固

中图分类号：TU742 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）14-0109-02

在现阶段水运工程建设发展的过程中，基床的承载能力和稳定性对于工程的质量有着重要的影响，在施工之前应根据工程的具体情况对采取相应的措施对基床进行处理，保证其密实程度能够满足施工的要求。在重力式码头、沉管隧道等工程中抛石基床作为基础部分，不仅具有承载能力优良的特点，同时也具有良好的抗滑性能，经济效益也比较高。而随着水运工程的逐渐向深水化方向发展，其施工条件也更加的复杂，在施工技术难度方面在不断的增加，如何实现基床的有效加固是水运工程建设中的重要问题。抛石基床中的强夯处理技术是常用的施工方式，但是由于施工条件的复杂性，在进行施工时应对合理的确定强夯的参数，来实现对抛石基床的有效加固。

1 工程案例

在某港区二期工程岸壁工程，根据要求将其泊载量设计为10万吨级，技术人员对现场的勘测得出，码头工程的岸线长度为614.77m，其中抛石基床的厚度在14—17m左右。由于工程和附近的村庄距离较近，如果使用传统的爆夯的施工工艺不仅在施工难度方面比较大，而且对周边的环境有一定的影响。因此在基床密实施工的过程中采用强夯的处理方式，加之本工程的工程量比较大，每层夯实的厚度可保持在4m以内。经过技术人员对工程情况的研究，设计为夯锤的质量为15t，锤落距设计为4m，夯锤与地面接触的面积为1.77㎡。在水下抛石基床施工的过程中，由于水力作用可能还会导致在能量受到一定程度的损失，所以需要严格控制夯击的参数，确保夯击能的大小满足基床密实的要求。

2 抛石强夯加固机理研究

抛石强夯法主要是在基床面层上铺设碎石块，再通过重锤夯实的作用是石块紧密的结合在一起，来提高地基的承载能力，减少沉降问题的出现。同时由于块石材料的振动挤压，在强夯过程中产生的孔隙水压力也能够及时的释放出去，使得土体之间的固结更为紧密，大幅提高了抗剪切强度，减少后期基床变形或者沉降问题的出现。在原基床中所承担的压力主要是垂直方向的，通过块石的作用使得基床的受力向水平方向延伸，使得面层的处于受力均匀的状态。在强夯的过程中，抛石基床加固的效果受到多方面因素的影响，主要包括基床的厚度、基槽底部土质以及含水率等。

3 抛石强夯地基加固的技术要点

3.1 夯实工具配备

在机床夯实加固的过程中需要用到专业的打夯船，并在船首配备相应规格的吊机，夯锤的主要材料是铸钢，或者是由后钢板焊接形成的，为了在水下施工时减少阻力作用，同时保证夯锤作业时的稳定性，夯锤的重心應相对较低，并将排水孔设计在中间的部位。根据水运工程的实际情况确定夯锤的施工参数，依照相关规定的要求，一般夯锤的锤重应保持在40—60KN之间，夯锤落距保持在2—3m。锤底部分的压强应达到40—60KPa，在进行正常施工的过程中，每夯实的冲击能应该大于120kj/㎡。由于是在水下作业，应考虑到水阻力在夯击过程中产生的影响，根据相关的标准计算单位面积有效的夯击能，保证抛石基床的稳定性和承载能力。其中夯锤的运动方式如下所示：

（1）

解此常微分方程，得：

（2）

式中：

进而得到单位面积有效夯击能表达式为：

（3）

根据公式可以发现，在夯锤运动的过程中会产生夯击能损失的现象，因此需要确定在夯击过程中产生的有效夯击能，来对最终的加固深度进行研究。

3.2 基床整平

为了保证强夯施工能够顺利的进行，需要保证基床的平整性和承载能力。首先对基床的各项参数进行测量，确保与施工方案要求的保持一致。另外片石填筑完成之后应对表层进行整平，避免存在坑洞现象影响夯实加固的效果，一般情况下基床表层的高度差应该控制在15—30cm之间。其次是按照施工方案的具体要求对夯实范围的确定，在采用分层整平的方式时，每层的应力扩散线的两端应增加1m，确保基床整体夯实的质量。

3.3 打夯船定位

打夯船的位置应与基床轴线的位置保持平行，根据实际的情况在施工范围的指定地点设置导标，确定基床夯实的范围，在船首和船尾出各设一个临时对位标，保证夯实船位置的准确性。在打夯船就位之后，还需要对其定位的准确性进行复核，确保基床施工的质量。

3.4 试夯

根据相关规范的要求，在正式夯实施工开始之前需要进行试夯，确定施工中所需要的相关参数，为具体的施工操作行为提供标准。一般情况下试夯工作段的长度应大于10m，根据实际的夯实范围确定试夯段的长度。通过试夯施工确定不同外界条件下的夯实效果，从而得出最佳的施工参数。在试夯时应加强观测工作，计算出夯实加固的效果。在试夯施工的范围内选取相应的观测点，通过对每个观测点的加固效果进行观测计算，并得出平均值。通过对测算数据的分析，在相邻两次的平均沉降差在3cm以内时的次数，即为最佳的夯击施工次数。

3.5 强夯施工

在进行强夯施工的过程中，夯实的顺序为由中间向四周扩散，这样能够避免“倒锤”的现象，同时也防止了由于夯实施工中出现边坡坍塌的问题。强夯施工分为初夯和复夯两个部分，一般运用纵横向邻接压半夯的方式，确保整个基床的工作面都能够得到有效的夯实。在强夯施工完成后，应对夯实的程度进行检测，一旦发现夯实度达不到设计标准的部分，需要继续进行强夯，直至质量验收合格之后方可停止。如果补抛块石的连续面积超过30㎡，厚度大于0.5m时，需要根据相关的标准采取补夯的处理措施。在进行水运工程抛石地基的强夯施工中，定位的准确性对于施工质量有着重要的影响，必须确定夯击点位置的准备性，并按照标准的操作规范进行纵横点位置的控制。

4 抛石强夯加固效果的影响因素

4.1 夯击的次数

抛石地基加固的效果主要是由夯击能的大小所决定的，一般情况下夯击的次数与加固的程度成正比例关系，但是如果在每次夯锤夯击的过程中基床的变形量基本上接近正常的变形量时，会导致作用在基床上的夯击能逐渐的减小，因此需要通过强夯试验施工確定最佳的夯击次数，在保证基床密实程度的同时，合理的控制夯击次数。在夯击次数过多的情况下，不仅会导致夯击能的损失，也影响相关的经济效益。

4.2 夯锤的面积与边长

夯锤落地时所产生的冲击压力主要是由锤底的面积所决定的，而冲击压力对有效的加固深度有着重要的影响，所以需要根据水运工程的实际情况来确定夯锤的面积，保证每次夯击所产生的冲击压力超过120kj/㎡，满足相关标准的需求。在每次夯击所产生的能量确定的情况下，锤底面积与夯锤的贯入度呈反比例的关系。一般情况下，当锤底面积过大时，其加固效果也会受到一定的影响，侧向加固的范围扩大，影响基床受力的均匀程度。

4.3 夯击点的间距与布局

如果抛石基床的厚度相对比较低，夯击点之间的间距可以适当的进行调整。在进行初步强夯作业时，间距可适当的加大，这样能够使得夯锤产生的夯击能达到较深的部位，起到良好的加固效果。复夯阶段的夯实点与初步夯实点错位分开，保证基床能够得到全面的夯实，提高整体的稳定性和承载能力。夯点之间的间距并不是越小越好，如果相邻两个夯击点的间距过小，那么夯击所产生的加固效果会出现叠加的现象，在基床浅层的部位形成受力面，影响冲击能向基层深度传播。在水运工程抛石基床施工的过程中，由于水下工程的施工的特殊性，所以必须保证夯击点定位的准确性，使基床设计的范围内得到有效的夯击密实，同时控制好夯锤的落距，确保夯击能达到水运工程施工的要求。

5 结语

综上所述，通过对抛石强夯加固机理和技术要点的研究，分析了影响强夯加固效果的因素。基床的承载能力和密实程度对于水运工程的稳定性有着重要的影响，尤其是随着水运工程不断朝着深水化的方向发展，抛石基床的厚度也越来越大，也在一定程度上增加了施工难度。抛石强夯能可以对基床进行有效的加固，在具体的施工操作时应严格按照相关标准和规范，加强对夯击点位置的控制，确定合理的夯击次数，实现基床加固效果的优化。

参考文献

[1]童新春，叶锋，邱青长，张宝洁.重力式码头抛石基床重锤夯实施工效率改进研究[J].水运工程，2013，（03）：199-203.