大能量強(qiáng)夯在地基處理工程中的應(yīng)用

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近年來隨著施工機(jī)械和施工工藝的跨越式發(fā)展，強(qiáng)夯施工能量從3000kN.m提升到6000kN.m、8000kN.m，目前已經(jīng)突破15000kN.m能級(jí)，強(qiáng)夯法處理地基深度也日益加大，有效加固深度超過15米的已不罕見，大能量強(qiáng)夯工藝處理工程地基范圍越來越廣，能級(jí)也越來越高。國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了大批基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，同時(shí)為了節(jié)約有限的土地資源，國內(nèi)外不同程度地出現(xiàn)了開發(fā)荒山、灘頭以保護(hù)耕地，“塊石回填山溝”、“炸山填海”、“吹砂填海”等造地建設(shè)又推動(dòng)了大能量強(qiáng)夯施工技術(shù)的發(fā)展。

1  工程概況及地質(zhì)情況

1.1 工程概況

該工程位于廣東省珠海市，地基處理面積約18萬平方米，擬建油罐基礎(chǔ)，夯前地基土為沖填砂土及塊碎石回填層。大面積強(qiáng)夯施工前，通過試驗(yàn)確定了針對(duì)不同施工區(qū)域采取不同能級(jí)的施工參數(shù)。

1.2 地質(zhì)情況

(1)碎石層：黃褐及灰白色，主要由花崗巖碎石堆積而成，結(jié)構(gòu)松散，呈稍濕的松散狀態(tài)。厚度0.5～12.8米，平均3.23米，屬于不均勻的中等壓縮性地基土。

(2)沖填土：灰色 、褐灰色，主要由粉細(xì)砂沖填而成，有較多的粘性土及貝殼碎片，結(jié)構(gòu)松散，呈飽和的松散狀態(tài)，厚度0.5～7.5米，平均厚度3.27米。

(3)塊石層：主要由花崗巖塊石及碎石堆積而成，黃褐及灰白色，厚度0.5～6.5米，平均均厚1.88米。

(4)第四系海陸交互相沉積層，包括：

②淤泥：深灰、灰色，含貝殼碎片，局部混少量粉細(xì)砂，偶見腐植物，呈飽和的流塑狀態(tài)，厚度0.6～12.0米，平均3.25米。

⑥中風(fēng)化層，黃褐及灰白色，中粗粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，該層埋藏深淺不一，揭露厚度0.30～6.10米，平均揭露厚度2.08米。

2  地基處理技術(shù)要求：

(1)地基處理后的地基承載力特征值fak≥300KPa，壓縮模量Es≥12MPa；

(2) 投產(chǎn)后1年沉降量≤20cm，其中：20000m3罐的差異沉降≤17cm，其它罐的差異沉降≤12cm；

(3)有效加固深度：從設(shè)計(jì)標(biāo)高算起，中風(fēng)化花崗巖埋深在12m以內(nèi)，有效加固應(yīng)至中風(fēng)化花崗巖巖面，超過12m的有效加固深度應(yīng)不小于15m；

(4)消除砂土層的液化性。

3  地基處理方案與試夯參數(shù)確定

3.1 施工目標(biāo)與難點(diǎn)

(1)深層淤泥層的處理；

(2)滿足加固深度不小于15米的要求；

(3)滿足處理后承載力特征值fak≥300KPa，壓縮模量Es≥12Mpa的要求。

3.2 總體規(guī)劃：

根據(jù)不同工程地質(zhì)情況進(jìn)行分區(qū)處理，以先進(jìn)設(shè)備和施工方法，結(jié)合豐富的施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)保證加固效果，精心施工，科學(xué)管理，爭創(chuàng)精品。

3.3 初步施工參數(shù)設(shè)想

根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料，以及擬建上部結(jié)構(gòu)對(duì)于地基的力學(xué)技術(shù)要求，針對(duì)不同的基巖面埋深及淤泥、沖填土厚度等，將本項(xiàng)目地基處理的施工范圍劃分為三個(gè)處理區(qū)域：

(1)基巖埋深小于等于8米的區(qū)域，采取低能量強(qiáng)夯加固，擬采用單擊能量為3000kN.m；

(2)基巖埋深大于8米、但不超過12米的區(qū)域，擬采用單擊能量為6000kN.m～8000kN.m的中等能量級(jí)進(jìn)行強(qiáng)夯處理施工；

(3)對(duì)于基巖埋深大于12米的區(qū)域，采取高能量級(jí)進(jìn)行施工，擬采用單擊能量為10000～14000 kN.m。

(4)為便于施工和提高作業(yè)效率，強(qiáng)夯點(diǎn)布置采取正方形布點(diǎn)，夯點(diǎn)間距根據(jù)夯擊能量大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以取得最佳的處理效果,夯后輔以振動(dòng)碾壓。

4  強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)與強(qiáng)夯試驗(yàn)

綜合考慮工程地質(zhì)情況以及前述試夯參數(shù)設(shè)想，本強(qiáng)夯處理地基項(xiàng)目擬設(shè)置單擊夯擊能量分別為3000kN.m、6000kN.m、8000kN.m和10000～14000kN.m四個(gè)強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)，各試驗(yàn)區(qū)擬定的設(shè)計(jì)施工參數(shù)以及欲處理深度范圍如下。

4.1 3000kN.m強(qiáng)夯區(qū)

本能級(jí)強(qiáng)夯擬有效處理深度4～6m，強(qiáng)夯加固分三遍進(jìn)行。第一、第二遍為3000kN.m點(diǎn)夯，夯點(diǎn)間距5.0m，呈正方形布置。夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)暫定8～10擊，夯點(diǎn)的收錘標(biāo)準(zhǔn)以最后兩擊的平均夯沉量小于5cm控制。最后一遍為1500kN.m能級(jí)的滿夯，每夯點(diǎn)夯擊2～3擊，要求夯錘的底面積彼此塔接1/3。

4.2 6000kN.m強(qiáng)夯區(qū)

本能級(jí)強(qiáng)夯擬有效處理深度6m～8m，強(qiáng)夯加固分四遍進(jìn)行。第一、第二遍為6000kN.m強(qiáng)夯施工，夯點(diǎn)的間距為8.0m，正方形布置夯點(diǎn)。每夯點(diǎn)的夯擊數(shù)暫定10～12擊，夯點(diǎn)的收錘標(biāo)準(zhǔn)以最后兩擊的平均夯沉量小于10cm控制。第三遍為3000kN.m強(qiáng)夯施工，夯點(diǎn)位置為第一遍、第二遍相臨夯點(diǎn)的中間位置，夯擊數(shù)8擊，夯點(diǎn)的收錘標(biāo)準(zhǔn)以最后兩擊的平均夯沉量小于5cm控制。最后一遍為2000kN.m能級(jí)的滿夯，每點(diǎn)夯兩擊，要求夯錘底面積彼此搭按1/3。

4.3 8000kN.m強(qiáng)夯區(qū)

本能級(jí)強(qiáng)夯擬有效處理深度8m～12m，強(qiáng)夯加固分四遍進(jìn)行。第一遍和第二遍的夯擊能均為8000kN.m，夯點(diǎn)間距為9.0m，正方形布置夯點(diǎn)，夯擊數(shù)暫定為12～15擊，實(shí)際夯擊數(shù)以最后兩擊平均夯沉量不大于15cm控制。第三遍的夯擊能為4000kN.m，夯擊數(shù)暫定為10擊，實(shí)際夯擊次數(shù)以最后兩擊的平均夯沉量不大于5cm控制，第三遍夯點(diǎn)在第一、二遍四個(gè)相鄰主夯點(diǎn)的中間插點(diǎn)。第四遍采取滿夯施工，夯錘底面積彼此搭接1/3，籍此夯實(shí)坑底以上的回填土。

4.4 10000～14000kN.m強(qiáng)夯區(qū)

綜合考慮各種因素，最終以10000kN.m單擊夯能進(jìn)行試驗(yàn)。本能級(jí)強(qiáng)夯擬有效處理地基土深度12m～16m，強(qiáng)夯加固分四遍進(jìn)行。第一遍和第二遍的單擊能均為10000kN.m，夯點(diǎn)間距為9.0m，正方形布點(diǎn)，夯擊數(shù)暫定為15～20擊，實(shí)際夯擊數(shù)以最后兩擊平均夯沉量不大于20cm控制。第三遍夯擊能為6000kN.m，夯擊數(shù)暫定為12擊，實(shí)際夯擊次數(shù)以最后兩擊的平均夯沉量不大于10cm控制。第四遍滿夯施工，能級(jí)為2000kN.m，每點(diǎn)夯兩擊。

試驗(yàn)區(qū)主夯最佳夯擊的次數(shù)通過單點(diǎn)夯擊能試驗(yàn)確定，強(qiáng)夯施工之后按規(guī)定進(jìn)行振動(dòng)碾壓處理。

5  強(qiáng)夯主要施工設(shè)備

強(qiáng)夯試驗(yàn)施工配備的主要機(jī)械設(shè)備為強(qiáng)夯機(jī)以及強(qiáng)夯錘、推平、振動(dòng)碾壓等為常規(guī)設(shè)備。

單擊夯擊能在3000kN.m及以下的,采用W200A型履帶式起重機(jī)作為強(qiáng)夯機(jī)，扒桿接長23米，夯錘重量160kN，直徑2.2米，錘底靜壓力42.11kPa；

單擊夯擊能在4000～6000kN.m的,采用W200A型履帶式起重機(jī)作為強(qiáng)夯機(jī)，扒桿接長23～26米，附帶高度26米的龍門架，夯錘重量320kN，直徑2.4米，錘底靜壓力70.77kPa；

單擊夯擊能在8000～10000kN.m的,采用W200A型履帶式起重機(jī)作為強(qiáng)夯機(jī)，扒桿接長26～28米，附帶高度28～30米的龍門架，夯錘重量400kN，直徑2.4米，錘底靜壓力88.46kPa。

6  試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯施工

在本工程的四個(gè)強(qiáng)夯區(qū)分別選擇地質(zhì)情況較差、處理深度最大且有代表性的區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)， 3000kN.m能級(jí)強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)，強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)面積20m×20m；6000kN.m能級(jí)強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)，強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)面積32m×32m；8000kN.m能級(jí)強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)，強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)面積32m×32m；10000KN.m能級(jí)強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)，強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)面積32m×32m。

由于場地上部回填土的非均質(zhì)性以及下部地基土的變異性，各工程試驗(yàn)區(qū)通過進(jìn)行單點(diǎn)夯擊能試驗(yàn)來確定和驗(yàn)證前期策劃，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。

強(qiáng)夯夯擊能試驗(yàn)時(shí)，夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起；不因夯坑過深而發(fā)生提錘困難；各區(qū)夯擊點(diǎn)的夯擊數(shù)，應(yīng)使試驗(yàn)區(qū)土體豎向壓縮量最大，而發(fā)生側(cè)向位移最小為原則。

由于本工程10000kN.m以上能級(jí)夯坑深度較大，推平回填后對(duì)夯坑中回填土須進(jìn)行原點(diǎn)加固，即在填料推平后在原10000kN.m夯點(diǎn)位再進(jìn)行6000kN.m能級(jí)加固夯，擊數(shù)5-8擊，最后兩擊的平均夯沉量小于10cm控制（不同于策劃10000～14000kN.m能級(jí)試驗(yàn)區(qū)中的第三遍夯擊）。正式施工中應(yīng)予以充分注意。

7  試驗(yàn)檢測(10000kN.m強(qiáng)夯區(qū))

為了驗(yàn)證當(dāng)初強(qiáng)夯試驗(yàn)施工參數(shù)策劃，檢驗(yàn)檢測地基試驗(yàn)加固效果，強(qiáng)夯試驗(yàn)過程中以及夯后進(jìn)行了地面變形和土體孔隙水壓力監(jiān)測、夯后超重型動(dòng)力觸探、瑞雷波、靜載試驗(yàn)等，通過檢測確定地基承載力、壓縮模量是否滿足設(shè)計(jì)要求。最大加載量按設(shè)計(jì)要求地基承載力特征值的2.4倍加載。

7.1孔隙水壓力監(jiān)測

1046#超孔隙水壓力歷時(shí)曲線

從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看,整個(gè)施工過程中,超孔隙水壓力變化很小。

7.2夯后動(dòng)探擊數(shù)綜合密實(shí)度分層表

從表中數(shù)據(jù)看出，地面以下20 m范圍內(nèi)，0～14.0m地基承載力特征值≥300kPa。

7.3瑞雷波測試

從夯前夯后頻散曲線圖可知，本區(qū)域地層15m以內(nèi)地基加固效果顯著。

7.4 靜載荷試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)點(diǎn)J-1#的靜載試驗(yàn)基本情況表：

序號(hào)

試驗(yàn)

點(diǎn)號(hào)

位置

載荷板面積

最大

加載量

最終

沉降量

1

J-1#

夯間

2.0㎡

1440kN

16.02mm

(2)試驗(yàn)點(diǎn)J-1#靜載試驗(yàn)Q-S曲線

(3)試驗(yàn)點(diǎn)J-1#靜載試驗(yàn)S-lgt曲線

(4)試驗(yàn)點(diǎn)J-1#靜載試驗(yàn)s-lgQ曲線

7.2試驗(yàn)結(jié)果分析：

(1)試驗(yàn)點(diǎn)J-1#，Q-s曲線沒有出現(xiàn)陡降，s-lgt曲線也未出現(xiàn)明顯彎折，試驗(yàn)點(diǎn)在最大荷載作用下均未達(dá)到破壞。

(2)試驗(yàn)點(diǎn)J-1#，s/b=0.01對(duì)應(yīng)承載力為622.5kpa，按規(guī)范建議的變形標(biāo)準(zhǔn)判斷，該點(diǎn)的承載力特征值不小于360kpa，滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)按規(guī)范公式：E0=I0（1-μ2）pd/s計(jì)算，試驗(yàn)點(diǎn)J-1#的變形模量為106.4MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)按照一般施工經(jīng)驗(yàn)以及強(qiáng)夯地基處理過程的土力學(xué)模型分析，夯點(diǎn)的加固處理效果將優(yōu)于夯點(diǎn)間位置，據(jù)此我們有理由認(rèn)為本次強(qiáng)夯試驗(yàn)取得了預(yù)期的加固效果。

(5)工程大面積施工時(shí)合理安排施工時(shí)間，孔隙水壓力對(duì)工程施工的影響較小，理論上可以連續(xù)施工。但對(duì)由于雨后和地下水位較高而使得夯坑中積水時(shí)，應(yīng)基本清理夯坑積水才能進(jìn)行施工，條件允許時(shí)應(yīng)待夯坑中土體含水量基本接近最佳含水量時(shí)再開始夯。

(6)為達(dá)到加固地基深層的目的，應(yīng)在條件許可的情況下盡可能選擇錘底靜壓力較大的夯錘。

8  大面積強(qiáng)夯加固地基處理施工

本工程在大面積施工中嚴(yán)格執(zhí)行試驗(yàn)確定的施工參數(shù)，工程業(yè)主單位委托監(jiān)理單位進(jìn)行全過程的施工監(jiān)理質(zhì)量、安全監(jiān)督。

施工中對(duì)于夯能過渡區(qū)應(yīng)予以高度重視，應(yīng)對(duì)照地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行核實(shí)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)向有關(guān)方面進(jìn)行反饋聯(lián)系。為了保證地基加固效果，過渡區(qū)強(qiáng)夯能量應(yīng)偏于采取大能量參數(shù)組織施工。

針對(duì)項(xiàng)目所處地理位置、工程地質(zhì)情況、地下水對(duì)施工產(chǎn)生的不良后果，施工中專門安排有專業(yè)水平的施工隊(duì)伍進(jìn)行排水施工。

大面積強(qiáng)夯施工時(shí)，為保證施工安全，采取了在滿足設(shè)計(jì)施工參數(shù)的情況下，盡量地降低強(qiáng)夯機(jī)扒桿接長及龍門架高度。

9  結(jié)  語

本工程采用的強(qiáng)夯參數(shù)基本是合理的，施工工藝也是可行的，強(qiáng)夯設(shè)計(jì)方案為處理類似地質(zhì)概況提供了參考和依據(jù)。

工程采用大能量強(qiáng)夯工藝，與其他地基處理施工工藝相比節(jié)約了工程造價(jià)、縮短了工程建設(shè)工期。

由于大能級(jí)強(qiáng)夯施工技術(shù)發(fā)展迅速，我們國家的工程機(jī)械制造技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比還有距離，再加上成本因素，目前大能量強(qiáng)夯施工大多采用小噸位起重機(jī)配套龍門架（小噸位相對(duì)于大能量），施工中必須對(duì)機(jī)械安全、作業(yè)人員的安全給予高度重視，加大安全投入。另外施工效率還比較低，有待于改進(jìn)和提高。

當(dāng)然也有報(bào)道稱設(shè)備制造業(yè)市場出現(xiàn)了專門針對(duì)大能級(jí)強(qiáng)夯的新型施工設(shè)備，這些設(shè)備比較昂貴，對(duì)施工場地和操作技術(shù)的要求都比較高，其普及應(yīng)用還受到種種條件限制。

我們相信隨著國家科技的發(fā)展，目前的這些問題終將迎刃而解