超高能级强夯地基处理技术的应用分析

郭 敏

（山西机械化建设集团有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

在社会经济快速发展的进程中，土地资源紧缺的局面愈发明显，为获得更宽广的发展空间，以填海造陆的方法建设地基成为重要的趋势，例如港口、码头等。但就现场地质条件来看，该类陆域地块的土质偏松软，地基缺乏足够的承载性能，不具备直接建设的条件，因此需采取地基处理措施，以改善地基的使用效果。填海造陆的面积较大、地基处理要求较高，可采用兼具质量和效益的强夯法，以较少的资源投入完成地基处理工作。随着行业的发展，超高能级强夯地基处理技术应运而生，其在地基处理中的突出应用优势也正在逐步显现。

1 工程概况

大连金州湾国际机场，以离岸填海建造人工岛的方法建设，按4F标准建设飞行区，具备起降“空中客车”A380大型民航客机的能力。工程陆域形成区的土层分布一致性较好，主要分为如下几个层次：第一层，海相沉积的软土层，层厚9m～16m，不同范围厚度有所差异，总体呈现自南向北增厚的特点；第二层，海陆交互相沉积的黏土和粉质黏土层；第三层，陆相沉积的黏土和粉质黏土层。工程采用疏浚换填处理方法，回填陆域交工标高3.2m～5.25m，回填土层平均厚度23m；规划57.5m×120m的区域，组织超高能级强夯试验，夯击能达到18000kN·m。

2 超高能级强夯地基处理技术施工技术要点

2.1 施工工艺流程

基本流程为：现场准备——第1遍点夯、过程填料——第2遍点夯、过程填料——第3遍点夯、过程填料——满夯——质量检验。

2.2 施工技术要点

2.2.1 现场准备

全面的现场准备能够给超高能级强夯创设良好的条件，具体如下：

（1）施工测量。为了保证测量的全面性和准确性，采取的是“从整体到局部”的基本工作思路；根据现场的坐标控制网，结合图纸要求，准确测放各主控制点的位置，在此基础上，完成其他夯点的测放工作。

（2）复核。考虑到点夯位置的准确性要求，每遍夯击前先复核放线结果，确认无误后方可夯击。

（3）夯锤的调整。根据夯击要求，安排夯锤就位，此时检测夯锤中心与夯点，判断两者是否重合，若有偏差则加以调整。

（4）培训与交底。施工前组织员工培训，提高其工作水平，使其掌握设备操作方法；组织技术交底，使施工人员对现场的情况有着全面的认识，避免盲目施工。

2.2.2 夯锤落距的控制

综合考虑夯击能要求和锤重，据此确定合适的落距。通过钢丝绳锁定控制的方式有效调整落距，保证其合理性，并准确地在龙门架处标记落距。施工中可能采用到不同重量的夯锤，各自对应的落距有所不同，因此需要详细进行交底。实际施工中，加强对夯锤落距的检测与控制，要求偏差在0.3m以内，且越小越好。

2.2.3 夯击次数

提前组织试验，通过此方式确定合适的夯击次数，在试验期间充分关注前、后相邻两次夯击的夯沉量，要求后一次不超过前一次，以便经过重复夯击后，使地基逐步转变为密实、稳定的状态。

2.2.4 间距及布点形式

（1）点夯。分多次有序完成点夯作业：第1遍，夯击能18000kN·m，夯点布置在正方形角点，各点夯击42击；第2遍，夯击能18000kN·m，夯点布置在正方形对角线交点，各点夯击38击；第3遍，夯击能8000kN·m，夯点布置在正方形单边中点，各点夯击15击。还需关注每遍的最后两击平均夯沉量，均不可超过150mm。

（2）满夯。按前述提及的思路点夯后，整平场地，进入满夯环节，此时夯击3遍，夯击能均按照2000kN·m予以控制，夯点锤印叠加1/3。

2.3 施工期间的控制要点

2.3.1 主夯点原点预夯

场地承载力不足时，若直接组织高能级强夯作业，可能会出现夯锤大范围沉陷的情况，难以顺畅地将夯锤从淤泥中拔出。为此，采取原点预夯的处理方法，逐步提高能级。用5000kN·m的夯击能予以处理，在此期间存在夯坑出水、吸锤等问题，此时根据实际情况及时填料，且夯坑中存在积水时禁止强夯，而是需要以回填的方法加以处理，但此条件下的回填量无需达到填满的状态，正常情况下以盖过水面30cm～50cm为宜。回填所用的填料粒径控制在40cm以内，但不可过小，否则填料难以承受过于强烈的冲击作用。经过夯击后，若夯锤无明显下沉迹象，则填平夯坑，而后将夯击能提升至8000kN·m，在此过程中仍有可能出现5000kN·m强夯时的问题，此时依然需要及时以填料的方法加以解决。在整个强夯施工期间，需要加强对夯机运行状态的观测，避免因倾斜而诱发安全事故。

2.3.2 主夯点的控制

预夯后，组织超高能级主夯点施工，此阶段的前2击可能仍有前述提及的透水或是其他问题，依然需以回填的方式加以处理，但具体根据实际情况做局部回填即可。随着夯击次数的增加，夯坑逐步转变为稳定的状态，此时透水不再发生，待夯坑达到3m左右时可以安排填料，但需做3次连续夯处理，以确保填入的石料能够在外力作用下被送入软弱土层，每次连续夯的锤击数至少达到8击，具体根据实际情况做合理的控制，待最后两击平均夯沉量不超过15cm时，具备停夯的条件。夯击期间加强观察，若夯坑底歪斜，先检查具体情况，再用碎石垫平坑底；全过程中夯锤的气孔需保持畅通的状态，若有堵塞现象，也需及时清理干净。以18000kN·m强夯为例，其夯点布置情况，如图1所示。

图1 18000 kN·m强夯夯点布置图（单位:m)

结合图1内容展开分析，明确点夯、满夯的作业要点，具体如下：

（1）点夯。分多次有序完成点夯作业：第1遍，夯击能18000kN·m，夯点布置在正方形角点，各点夯击42击；第2遍，夯击能18000kN·m，夯点布置在正方形对角线交点，各点夯击38击；第3遍，夯击能8000kN·m，夯点布置在正方形单边中点，各点夯击15击。还需关注每遍的最后两击平均夯沉量，均不可超过150mm。

（2）满夯。点夯后整平场地，进入满夯环节，此时夯击3遍、夯击能均按照2000kN·m予以控制，夯点锤印叠加1/3。

（3）填料。材料选用的是开山碎石土，最大粒径不超过300mm，不掺杂树根、杂草等不利于回填密实性的材料，含土量不超过30%。

2.3.3 现场清淤

每完成一遍夯击作业后，及时将残留在现场的淤泥清理干净，以免影响后续夯击作业的顺利开展。

2.4 夯击后的质量检测

现场检测至关重要，时间安排在地基处理后的2～4周。检测内容包含：测量地面沉降量、土工试验、标准贯入试验、地基静载荷试验、重型动力触探试验、钻探取样分析。实测结果显示，对于2000kN·m、18000kN·m而言，其应用效果为：置换深度分别为7.4m，、7.7m，加固深度分别为11m～12m、17m～18m。

2.5 回填材料

于吹填沙场回填碎石，厚度控制在2m，目的在于使夯机平稳运行。夯坑回填时，材料可以选择级配良好的石料，粒径也需得到有效的控制，以便承受强夯期间的冲击力。

3 超高能级强夯地基处理技术的质量控制

3.1 夯击次数的控制

以试夯的方式掌握现场情况，确定合适的夯击次数，同时需要充分考虑到最后两击平均夯沉量，要求该值不超过10mm。

3.2 夯点间距及布点形式的控制

先安排原点预夯，在此基础上，逐步增加夯击能级，以循序渐进的方式完成夯击作业，确保经过处理后的场地有足够的承载能力。强夯布点较为关键，较为可行的是正方形9m布点的方式，分4遍有序夯击。

3.3 落距的控制

夯锤的落距根据工程夯击能要求和锤重而定，在施工前需要对夯锤的质量和落距做详细的检查，保证各项基础条件均无误。为保证落距的合理性，采取钢丝绳锁定控制的方式。

3.4 其他质量控制措施

在现场设置醒目的控制桩，并采取有效的防护措施，以免在强夯施工中受损，后续定期复核，确保无误。经过夯点测量放样后，设置标志。有效锁定控制落距的钢丝绳，实现对落距的有效控制，同时在龙门架上标记出落距标志。夯锤是强夯施工中的重要装置，其气孔需保持畅通的状态，若有堵塞则及时清理。夯锤偏离坑中心时，做详细的检查，及时调整；若夯坑底部有明显的歪斜现象，用土垫平，在此基础上继续夯击。施工期间加强对数据的采集与记录，例如每击的沉降量，根据实测结果判断实际夯击情况，掌握停锤标准。若遇到夯沉量异常、地表隆起等问题，需加强观测，及时与监理工程师、业主沟通，基于现场情况探寻合适的解决办法，尽可能在较短的时间内以科学的方法处理问题。每遍夯前、夯后，均及时测量场地夯沉量，做对比分析，判断夯击施工效果。

4 超高能级强夯工艺的施工监测与质量检测

第1、2遍点夯的监测属于重点内容，所涵盖的指标包含深层水平位移、分层沉降、孔隙水压力、地下水位等，尽可能保证监测数据的全面性和监测结果的可靠性，以便根据数据分析强夯施工情况，用数据指导后续工作的开展。并且，组织试验，检测夯击施工质量。

4.1 深层水平位移的监测

以土体深层侧向位移监测结果为例，根据实测数据可以发现：

（1）水平方向。土体越远离中心夯点时，深层水平位移越小，反之距离越近则越大。

（2）垂直方向。以地表约2.0m深度为分界点，该范围内的地表位移朝向夯点方向；反之，则具有远离夯点的位移特点，且随着深度的增加，位移量也将逐步加大，以深度为6.0m处最为特殊，此时的位移量最大，而超过6.0m后，即便深度逐步增加，但水平土体位移量并未呈现出增加的变化趋势，反而是逐步减小，直至为零。

4.2 地表沉降的监测

将夯坑周边地表作为重点监测对象，判断其是否存在沉降、隆起的情况，若有则明确具体的发生量。结果显示：夯坑周边地表仅有沉降现象，具体程度取决于夯坑与地表的距离，越近则有越为明显的沉降，反之沉降有所减小。

4.3 深层沉降的监测

着重考虑的是分层沉降和深层沉降板监测两个方面，根据实测结果展开分析，可以发现：每遍点夯引起的地基沉降存在一处明显的发生范围，即集中在23m以内，并且随着深度的增加，沉降量有减小的变化趋势；此外，随着点夯遍数的增加，其引起的土层沉降量有逐步减小的变化趋势。

4.4 孔隙水压力的监测

根据测头埋设深度，对比分析各项孔压数据，可以发现：孔压测头所测的孔压变化最大值为119kPa，在不同深度范围内的表现有所不同，其中约20m深时约为40kPa，根据此特点可以得知，对于20m深度土层而言，夯击能均会对其造成影响；还有部分孔压测头虽然有所变化但幅度较小，此时有理由说明该处的土体有良好的渗透性，虽然在夯击过程中会产生孔压，但其在短时间内快速消散。

4.5 地下水位的监测

以施工期间采集到的地下水位观测数据为主要的参考，综合考虑到现场潮汐变化，做系统性的分析。可以发现，地下水位、潮汐的变化具有较为明显的同步性特征，此结果说明现场地基土体有良好的透水性；从另一角度来看，潮汐会对孔隙水压力造成影响，换言之，在潮汐发生变化后，现场地基的孔隙水压力也将发生改变。

4.6 夯坑夯沉量的监测

第1遍点夯期间，在现场取1个夯点，围绕该部位开展测量工作，采集夯坑的夯沉量数据。可以发现：不同作业阶段的夯沉量有所差异，对于点夯前4击而言，其共同特性在于单击夯沉量较大，而随着施工进程的推进，夯击次数增加时，单击夯沉量呈现出逐步减小的变化趋势；通过对观测数据的系统性分析发现，累计夯沉量的增加值趋于收敛，意味着在夯击能的作用下，地基土体具有密实性，经过多次夯击后，强夯加固效果良好。

4.7 强夯超重型动力触探试验检测

地基加固前、后分别设3孔，以满足超重型动力触探试验要求，于该处组织试验，给超高能级强夯施工效果的判断提供参考依据。根据实测结果展开分析，可以发现：相比于加固处理前，超重型动力触探锤击数有大幅度的增加，意味着现场地基的密实性较之于未处理时有显著的提升，回填土的密度有所增加（表层约2.0m深度范围除外），总体上，经过超高能级强夯工艺处理后的地基在承载力、稳定性方面均得到显著的改善。

5 结束语

综上所述，超高能级强夯对于提高地基综合质量而言有重要的意义，经过本文有关于工程实例的分析后发现，在沿海地区填海造陆施工中，现场地基的承载性能有限，在应用超高能级强夯工艺后，可实现对块石回填土地基的有效处理，土体原有结构在强夯作用下遭破坏，土体由松散转变为密实状态，影响深度超过20m，地基的强度提高，能够给工程其它建设工作的开展提供良好的基础。由此也说明，超高能级强夯在地基处理中具有可行性，有推广应用价值。