强夯置换法加固处理码头前沿区地基的工艺与应用

丁汉平

（浙江省地质矿产工程公司，浙江 杭州 310000）

强夯法在实际操作中得到的良好实践证明，其对于增强地基土壤的压缩功效、提高土壤抗液化能力十分有效。强夯法简易的设备基础、广泛的适用范围、低额的经济投入量和方便的操作方式，成为受众使用最广泛的一种巩固基土的方法。

1 什么是强夯置换法

如果采取在夯坑中填加块状石、碎状石、砂土及具有高强度和良好透水性的颗粒状材料，通过夯石反复高强度的冲击力，使其被夯入土中，则可形成一体性的置换复合型基柱结构，使置换法与强夯法有效结合起来，这就是地基置换法中强夯置换法的产生过程。强夯置换法结合了强夯法中的加固方法和置换法中复合地基两者的优点，因其较低的经济投入，在许多水利工程、港湾建设工程中取得了较好的实地使用验证结果。本文就重点阐述强夯置换法是怎样在码头前沿区地基处理问题上取得良好的经济效益和建构结果的。

2 夯击波场对建筑的影响

不管是强夯置换法还是强夯法本身，其理论基础均是在单位时间内对土地施加更大的压力，其上举的高度不变，在下落过程中施加助力，使其单位时间内的下落速度变大从而增大其对土地的冲击力。这种高强度的冲击力，在撞到地面的一瞬间产生的力以波场的方式传递到基土的深处，以实现对土壤基层施加压力的作用。这种波场由压缩波、瑞利波和剪切波联合组成并传播的。其中压缩波与剪切波以波源为原点以一个半圆为扩散面向地外地内同时进行传播，瑞利波波体则是以圆柱波为阵型向地外地内同时传播。

压缩波中质点的运动是一种规律遵循与波阵方向相平行的运动规律的推拉波形运动。剪切波中质点的运动是一种遵循与波阵半圆面发生正交的横向波形运动；瑞利波中质点的运动则是以水平与竖向这两个方向的行进波阵运动所组成的。

传播中的高强度、高能力波阵场会对周围在其波场范围内的建筑产生一定的破坏和损伤，所以，在建筑物密集的施工现场应尽量避免应用此种方法。此处推荐使用小面积的夯锤体进行码头等工地的置换夯法，以此减少对周围建筑地基以下组织的破坏情况，使夯锤体的全部做工用于紧实填充坑料，使其产生的波场的横向传播力场减少，竖向传播力场增强，从而降低夯体对施工现场建筑物所造成的损坏。

3 工程中的应用

某施工现场为码头的前沿地区，属新填海地区，其填充的开山碎石石块厚度较大、填充时间较短，土质结构尚处于较松弛阶段，造成其地层结构的复杂性。其下卧体多是淤泥形态土层，淤泥大约2厘米厚，新填充的开山石块约厚20厘米，且其周围土层结构多为沉积的淤泥层。

如若在此种施工条件下采用强夯法进行施工，那么对周围建筑和土质层的影响势必过大，在本案中已经装载完成沉箱，若强制采用普通施夯方法势必对其土层造成破坏，更严重的结果是造成填海区的塌陷。据以往经验，强夯法的波及面是有一定范围的，一般来说，8000千牛的力会造成大约十米深度影响，且其产生的振幅较大，对于像本案中有大量淤泥层和沉箱的情况下，如此大振幅的波场影响绝对是不可以的。我们就当地情况试分析，码头前沿的填充层厚度大约是20米，地势对基地的强度和和稳定性要求较高，为使地基在施夯过程中不受到损伤，不伤害海底沉箱，我们在此案中采用置换强夯法以达到利用填充层缓和波场力量的结果。

本法中我们采用为特定工程制作的特定异体锥形夯锤。其底部面积小，只有1.3平方米，锤面接地时的压力可达到150千帕，这是普通施夯法中夯锤达到压力的40倍。在巨大的竖向向下的冲击力下，夯锤所产生的横向张力就微乎其微了，其主能量集中与竖向，以压缩波的形式将大量力量竖直传向地表内向，达到集中紧实、挤压填充物的效果，其效果有反过来被填充物所阻挡，对海平面下的沉箱结构有保护作用。而其中的横向波场就被填充层所吸收。此夯法中，采用3×3m的正方布点规律最好，选择较小夯距可更好地达到使土层紧实的效果。

施工次数 夯锤能量/（kN·m） 下落距离/m 布点方式 夯击数一排 2000 10第一次二排 2000 10三排 3000 15四排 4000 20第二次 1500 10 夯印向切 4次击打每点3×3m方阵 后两击夯下落距离5cm

施工中相应参数可参见上表，从表中不难看出在靠近沉箱的区域均选用了较小的夯力施加，而距离沉箱最远的点选用了比较大的夯力，其目的无非是为了减少夯在施力中产生的竖向波场对沉箱的影响。

强夯置换法在施工中应采取的有效措施：

（1）以沉箱为夯力施加大小为标准，自码头后向工地到靠近码头前端沉箱方向，其施加夯力逐渐减弱，采取不同夯力等级递减的加固处理方式。

（2）施工的具体特点也应具体分析，此案例中，我们就应采取先从距沉箱较远方向开始逐渐逐次降低夯锤能量的方式向距沉箱较近端进行施夯的施工过程，离沉箱距离越近其施夯力应越小，填充物的密度质量就应越大。

（3）在施工过程中应注意夯力对沉箱位置的作用力，在沉箱上摆放水平测量仪，定时定点由专人负责监管其水平方位是否发生改变，是否发生位移以及位移的大小，以及时补救。

（4）施工过程中需控制填坑深度与填充物厚度，一般来说采用2～2.5米半最为合适，其受夯击后形成的置换柱体性能最优。

（5）在置换强夯法中，我们应对填坑物的选择有更高的要求，由本案中情况来看，填充基石以良好颗粒级碎沙石最好，其颗粒中最大半径不应超过20厘米，尤其应该严格控制其含泥量，其含泥量不应超过10个百分点。

强夯方法在施工中对地基前沿的沉箱所造成的影响是施工过程中各施工方共同关注的焦点问题，其中选用强夯置换法中，沉箱侧向的位移量是衡量其所造成影响大小的指标，由此我们应利用水平仪和经纬仪在施工的全过程中对施工的各个阶段定期进行检测，对工程中出现的偏移、水平面下沉等问题应着重检测，并且应做到逐个沉箱分别检测，对其检查数据进行实时反馈和上报。从实际施工应用和实地测量结果来看，强夯置换法对地基产生的位移影响小，其振动结果对地基层的伤害小。据此次施工数据分析，夯锤施力的中心点距沉陷最近处为6米，而沉箱在整个施工过程中所发生的偏移量为4米，均在允许范围内。

此次工程测量结构表明，在强夯置换法中，夯锤以强重力级别每砸触置换桩体20次，夯坑的深度平均可达4米，在经过能力探触与静态载荷量的测试后，经系统分析，确定了置换强夯法中夯体施力后加上主体本身长度，其影响力可达到地面以下11米之上，地基承载力的特征值要大于180千帕，回弹模总值大于60兆帕，其数据结果符合并达到本案中的对地基的处理值。

4 强夯置换法与普通强夯法的区别

4.1 普通强夯震动特点

强夯在施力过程中产生的波场十分容易对周围建筑组织造成破坏，但产生破坏力的波阵消失得也快，一般来说距夯振点30米之外的建筑物均不会受到影响。但由于作为介质的土质成分不一样，振动波在其中传播的震动周期、震动的振幅、消减的频率等均有一定的不同。比如在硬土质中，振波的周期短，而在软质土壤中震动周期就相对较长，产生的影响也就较大。这是就振波而言的，再就被影响体——建筑物来说吧，不同的建筑物所显现出来的本身构建特征与构建时使用的构建材料不同，其受到的影响也就不尽相同。因此在设计施工方案之初就应对其土层结构、土壤类型、周围建筑物的动力特性特征进行一一排查，确定其影响深度和影响广度。

4.2 强夯置换法的振动特点

强夯置换方法是结合了强夯加固法与复合地基的共有优势，一方面具有强夯加固法的加固效果，另一方面利用复合地基中的优势，集中夯锤的施力方向，控制夯锤力量的走向，并且此方法还有施工用费低、侧面偏振小等优势。强夯置换法是众多港口建设工程、水利建设工作中经常使用的方法。而在本文之前论述的码头前沿地区施工中用到的强夯置换法就是其在实际施工的一种衍生方式。在案例中我们减小了夯锤面的表面积，利用夯坑中填充物的物理特点在施工过程中对夯锤下落中产生强力进行定向处理、收集处理和放大处理，从而降低了夯锤对地基中沉箱位置的改变，减小了对地基下淤泥的破坏，使地基整体结构保持稳定。

5 结语

在施工环境对强夯所产生的冲击力和振动波带来的强大横向与纵向力要求不高，但对地基的透水性要求较高时，采用强夯法来加固紧实夯坑填料就能达到最好的效果，不仅起到了加固的作用，而且在经济方面的花销也较少。但对于向本文中提到的在复杂情况下进行施夯工作，我们还需要具体问题具体分析，比如码头前沿、水利工程等的施工问题，合理与正确地运用相应的施夯方法才是顺利完成施工工程的根本道理。

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