饱和砂土地震液化强夯地基处理试验技术探讨

刘宏义

(合阳县水利工作队 陕西 合阳 715300)

1 工程概况

南水北调中线一期工程总干渠潮河段第五标段，施工桩号为 SH（3）158+200～164+500，全长 6.3km。根据设计要求，对渠堤饱和砂土地震液化进行强夯地基处理的渠段长3.15km，强夯处理面积25.4万m2；进行挤密砂石桩地基处理的渠段长2.64 km，挤密砂石桩总量13.5万m3；无基础处理的渠段长340m；各种构筑物总长170m。

潮河五标渠段内，属粘砂多层结构，渠道以半挖半填为主，挖方深7.0m～10.5m。渠道底板主要位于细砂、重砂壤土和中壤土中，渠坡主要由细砂、重砂壤土和中壤土构成。重砂壤土、细砂土质不均，具弱～中等透水性，重砂壤土具有地震液化潜势。渠底岩性不均，强度有差异，细砂、砂壤土在外水压力下易产生渗透破坏，应采取地基基础处理、降排水和渠道防渗衬砌等措施。

2 强夯试验的目的

依据设计给出的强夯技术参数及施工要点，按照相关规范要求，通过试验确定潮河五标渠堤饱和砂土地震液化强夯地基处理的技术参数、施工方法、工艺流程和质量检验检测方法等,为进行大面积强夯地基处理提供依据。

3 强夯试验前的准备工作

3.1 强夯机具的选择

（1）夯锤的选择：根据规范要求，强夯宜选用圆形夯锤或多边形夯锤。因圆形夯锤锤印易于重合，本次试验选用圆形夯锤。夯锤直径为250±10cm,夯锤锤重20±0.1t，夯锤为铸钢材料，吊环直径5cm，排气孔直径30cm。

（2）起重机的选择：投入35t履带式起重机1台，起重能力大于1.5倍锤重。

（3）自动脱钩装置：履带式起重机采用自动脱钩装置。拉绳一端固定在锁柄上，另一端穿过转向滑轮固定在臂杆底部横轴上，当夯锤起吊到预定高度时，开钩绳随即拉紧，自动脱钩装置开启，夯锤自动脱钩下落。自动脱钩装置还可保证夯锤每次落距相同。

表1 潮河五标强夯试验区（161+010～055右岸）液化判别结果统计表

3.2 强夯试验技术参数的选定

强夯法加固地基处理应根据现场地质情况、工程技术要求和施工条件等进行强夯试验，通过试验确定有关技术参数，包括锤重、落距、夯点布置、夯点间距、夯点的夯击次数、夯击遍数、各遍之间的间隔时间、单击夯击能、强夯处理影响深度等。根据本渠段地质情况，强夯试验区设计初定强夯参数为：单击夯击能3000kN·m。采用10击四遍。前三遍夯锤落距为15m（夯击能不变，根据夯锤实际重量对落距可适当加以调整），第四遍满夯时落距可降为5m。试验时应严格控制夯锤的起吊高度。

（1）夯点布置：强夯试验采用正三角形布点方式。按照《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002规定，强夯地基处理夯点间距为夯锤直径的2.5倍～3.5倍，选取夯点间距为6.5m。第一遍夯点正三角形布置，第二遍夯点在第一遍夯点之间正三角形布置，第三遍夯点在第一遍夯点和第二遍夯点之间正三角形布置，第四遍满堂布夯、连环套打，夯印搭接1/2锤径。

（2）夯击击数和夯击遍数：强夯试验区夯击击数采用前三遍均为10击，第四遍2击的夯击参数。前一遍夯点夯击完成后，将工作面推平，待间歇时间达到规范要求的间隔时间后再进行下一遍夯点的夯击。

3.3 强夯试验区选定及试验区夯点布置图

依据施工图纸潮河段第五标段饱和砂土地震液化强夯地基处理渠道分四段，全长3150m。永久征地结束，强夯机械进场后，经与监理现场察看，确定在饱和砂土地震液化渠堤处理范围内选一处有代表性的区域作为强夯试验区。试验区起止桩号SH(3)161+010～161+055（右岸）。

3.4 试验区整平及原状土检测

用自卸汽车和装载机配合推土机首先对试验区进行清基，清基深度不小于30cm。清基完成后进行整平，整平范围不小于试验区的范围，将试验区内的垃圾及腐殖质土清理出去，以免影响试验效果。经整平后进行强夯试验。试夯前对原状土取样，检测夯前原状土的容重、含水量、孔隙比等，绘制出土层深度与容重、含水量的曲线图。

3.5 投入的主要人员及设备

主要人员包括：管理人员1人，技术员1人，机械工2人，普工4人。主要机械设备包括：装载机1台，推土机1台，用于推平夯坑及地面整平。35t履带式起重机1台，称重20.1t夯锤1个，尺量夯锤直径为2.42m，计算夯锤落距=夯击能3000kN·m/锤 重 20.1t/9.8N/kg=15.23m。GPS(灵锐S86)1台，苏光水准仪1台，水准尺1把，用于放线和测量标高的其他设备配件等。

4 强夯试验

4.1 强夯试验步骤

⑴清理并整平场地。

⑵标出第一遍夯点位置，测量地面高程，对夯点位置和地面高程进行复核。

⑶起重机就位，夯锤置于夯点位置。

⑷测量夯前锤顶高程。

⑸将夯锤起吊到预定高度，自动脱钩装置开启，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程。若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。

⑹重复步骤⑸，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的强夯夯击。

⑺换夯点，重复步骤⑶至⑹，直至完成试验范围内第一遍所有夯点的夯击。

⑻用推土机将夯坑填平，并测量填平后的地面高程。

⑼按照试验要求，每个夯点的夯击击数、夯击遍数及时间间隔，按上述步骤逐次完成全部夯点的强夯试验。最后用低能量满夯，将表层松土夯实测量夯后地面高程。

4.2 强夯试验停锤标准

（1）对于地下水位较低的强夯试验区，以强夯最后两击平均夯沉量、夯点总夯沉量、夯点累计夯击击数、夯点地面周围隆起四个指标控制停锤，当满足其中某一标准时即可停止夯击。

具体标准为：最后两击平均夯沉量不大于5cm；单个夯点总夯沉量超过180cm；单个夯点夯击次数达到12击；夯点周围地面有较大的隆起。

（2）对于地下水位较高的强夯试验区，当达不到上述要求时，可采用垫土方式处理，填土宜采用粘粒含量较高的粘土，粘粒含量不低于夯区表层土的粘粒含量，每次填土厚度宜为30cm～40cm。也可回填碎石，每次回填厚度宜为30cm～40cm，但试验完必须将所填碎石清除。以上方法仍无法进行强夯时，则应采用降水措施降水后进行强夯。

5 强夯试验的质量检测结果

强夯试验结束达到规范要求的消散期后，由河南省水利勘测有限公司在试验区内，经监理见证，选取三个标贯检测点，检测点均位于强夯夯点正三角形的中心。检测夯点间的实际标贯击数，从夯击终止时的地面起至其下7m深度内，每隔1m进行标贯击数测定，并取土样做室内试验分析，测出夯后各层土的含水量、干容重、空隙比等指标。检测结果如表1。表1潮河五标强夯试验区（161+010～055右岸）液化判别结果统计表

强夯试验检测结果分析：

（1）强夯试验后7天进行检测，采用标准贯入试验法进行复判，结果表明：上述强夯试验区地基经强夯处理后，地基土消除了地震液化问题。

（2）建议采用强夯各遍之间间隔7天的间隔时间进行强夯大面积施工。

（3）根据强夯试验结果分析，夯锤重量、落距、夯点间距及夯击遍数、各遍之间的间隔时间、单击夯击能、影响深度及处理效果等均符合设计要求，经监理批准后可作为渠堤强夯施工的技术参数。施工检测宜在强夯结束后7天～14天进行。

6 结语

采用以上强夯地基处理的方法、步骤和质量控制、安全施工要求，完成强夯试验，在达到规范要求的消散期后，对强夯试验区通过做标贯检测和取土样进行室内试验分析，检测结果和室内试验分析表明试验区地基经强夯处理后消除了地震液化问题，地基处理质量达到了设计要求，收到了预期的效果，各项强夯试验参数可作为该渠段内的饱和砂土地震液化强夯地基处理的施工参数。建议采用消散期为一周的强夯试验参数，这样既可有效缩短工期又能取得良好效益。因此,采用以上试验技术和管理手段能取得较好的效果，值得在南水北调中线一期工程总干渠地质条件相同或相似的渠堤地基处理中借鉴应用。陕西水利