强夯法在曹妃甸矿石三期新吹填地基中的应用

郑启明，朱 平（天津大学 建筑工程学院，天津 300072）



强夯法在曹妃甸矿石三期新吹填地基中的应用

郑启明，朱 平
（天津大学 建筑工程学院，天津 300072）

摘要：本文结合曹妃甸矿石三期新吹填地基处理的实例，通过试验区的试夯和试验过程中的监测及施工完成后的检测结果综合分析，得出可以指导大面积施工的强夯施工参数，使地基处理达到最佳效果，也可为类似工程的地基处理设计和施工提供参考。

关键词：强夯法；新吹填地基；地基加固

引 言

强夯法是反复将夯锤（质量一般为10～40 t）提到一定高度使其自由落下（落距一般为 10～40 m），给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的承载力并降低其压缩性，改善地基性能。由于强夯法具有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、施工期短、节约材料、施工文明和施工费用低等优点，我国自 20 世纪 70 年代引进此法后迅速在全国推广应用［1］。

本文结合工程实例，分析研究强夯的适用性，从而指导大面积强夯施工，使地基处理达到最佳效果；通过强夯效果检验，获得强夯后地基土的各项物理、力学性质指标及地基承载力等参数为类似工程施工提供参考。

1 工程概况

曹妃甸矿石三期工程Ⅲ-A区地基处理面积约6 万 m2，吹填造地在地基处理开始前刚刚完成。由于近年来本地区及周边区域工程大量采砂，已造成附近区域海底表层砂源不足，加上挖泥吹填施工质量不易控制，造成吹填土性质差异很大，给地基处理带来一定的困难。对于吹填土含泥量较小，处理深度在强夯夯击能影响深度范围的区域，采用强夯法处理。

根据勘察资料，场地地质情况自上到下分为两层，第1层为厚度约5～6 m的粉砂，系吹填形成，灰色，松散，标贯击数N＜6击，局部夹杂少量的饱和粉土、粘性土夹层，含少量云母碎屑和贝壳碎屑。第2层为粉砂，灰色，中密，含少量云母碎屑和粘粒，局部含少量贝壳碎屑。该层未揭穿（钻孔深度15.45 m），承载力较高。地下水位在地面下 0.5 m左右。

本工程建成后将作为矿石堆场，承载力要求较高，新吹填形成的土层物理力学性能较差，地基强度和变形均不能满足使用要求，因此必须对地基进行加固处理，设计采用强夯法进行加固，加固深度约6 m。

2 强夯试验

选择面积为784 m2的区域（28 m×28 m）进行试验。初步拟定 5遍夯法进行施工，3遍点夯，2遍普夯，夯点布置如图1所示。

图1 点夯夯点布置

主要设计参数如下：

1）夯锤重15 t，锤底圆形，直径2.5 m，夯击能2 500 kN·m。

2）第一遍点夯控制单点击数在6～10击且最后两击夯沉量之和小于15 cm。

3）第二遍点夯控制单点击数在7～10击且最后两击夯沉量之和小于12 cm。

4）第三遍点夯控制单点击数在8～12击且最后两击夯沉量之和小于10 cm。

5）普夯两遍，单击夯击能 600 kN·m，锤印相互搭接1/4锤底面积。

6）相邻两遍之间的时间间隔根据孔隙水压力消散情况进行确定，要求待孔隙水压力消散75 %以上时夯击下一遍。

7）试夯可采用单点夯与群点夯相结合的方法，先进行单点夯，再进行群点夯；单点夯时要测量每一击的夯沉量，并随时绘制夯沉量与夯击能（或次数）关系曲线，观测影响范围，最后确定单点的夯击能和夯沉量，再进行群点试夯，通过单点和群点试夯后对试夯区的试夯效果进行检测。

强夯试验区按照上述设计参数进行施工，由于场地地下水位较高，在施工过程中根据场地实际情况将第一遍点夯分为两遍来夯击，第一遍（1）先增加6击的点夯排水，再进行正常施工。在施工过程中将夯坑中的水应及时排走。第一遍（2）待夯击完成第二遍、第三遍后再进行夯击，单点夯击数和最后两击夯沉量之和根据试验。

强夯试验区施工采用50 t履带起重机，配有自动脱钩装置，强夯主要流程如下：夯区定位→场地整平、测量高程→第 1遍（1）排水夯夯点放样及施工→质量检验、场地整平、测量高程→第2遍点夯夯点放样及施工→质量检验、场地整平、测量高程→第3遍夯点放样及施工→质量检验、场地整平、测量高程→第 1遍（2）点夯夯点放样及施工→质量检验、场地整平、测量高程→满夯2遍→场地整平、测量高程→试验检测→压路机振动碾压→结束。

3 强夯试验区监测结果分析

3.1 夯坑沉降及周边地表变形测量

夯坑沉降及最佳夯击数见表1。

表1 试验区夯坑沉降及最佳夯击数

从表1中可以看出：夯坑深度随夯击遍数的增加而有较大幅度的减小，即第1遍夯击地面夯击效果最好，随后随着夯击遍数的增加，夯击效果逐渐减弱。

在每遍夯过程中选择2 个夯坑作为观测点，监测夯坑两个垂直方向上的微型沉降标所反映的地形变化。每一方向上沉降标距夯点分别 2.5 m、3.5 m、4.5 m、5.5 m、6.5 m，每个夯点共计布置10个微型沉降标，并在每一夯击后观测。试验区夯坑周边地形测量监测表明，夯坑周边地表变化主要表现为隆起，但地表的隆起量较小，隆起量普遍在5 cm以内。距夯坑越远，地表变形愈小，夯边隆起变形主要发生在2.5～5.5 m距离范围内。

每遍夯击后，按4 m×4 m的方格网测量地表高程的变化，强夯过程中产生的地表沉降量总和为63 cm，说明强夯法很好的提高了地基的地基的承载力，减少了地基变形，达到了处理效果。

3.2 孔隙水压力监测

试验区共埋设2组孔压，其编号为K1、K2，各组孔压测头编号分别为：K1-1～4、K2-1～4。数据采集使用手持式数字频率计，用来采集每个夯点每一击夯对孔隙水压力的影响及孔压消散情况。

1）孔压增量-深度-夯击击数变化分析

根据每一次夯击下不同深度的孔隙水压力实测数据，绘制孔压增量-深度-夯击击数变化分析曲线（其中孔压增量为每遍夯孔压与初始孔压相比的增量）。本工程孔压增量约在3.3 m处达到最大值，随后随着深度的增加而逐渐减小。在深度6 m以下孔压增量相对较少，经分析认为强夯有效加固影响深度为6 m，满足场地加固深度的要求。

2）孔压-夯击击数关系变化分析

夯击次数一般以夯坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为确定原则，反应到孔压上就是在一定夯击能下，孔压随夯击次数的增加而增加，当夯击数达到某一数值时，孔压不再增加或减少，或者变化很小时，这时的夯击数为最佳夯击数。

本工程根据每一次夯击下不同深度的孔隙水压力实测数据，绘制孔压-夯击击数曲线。根据孔压-夯击击数曲线分析，本工程第2遍最佳夯击击数为9击，第3遍最佳夯击击数为10击，第1遍（2）最佳夯击击数为8击。第1遍（1）的最佳夯击击数根据现场情况，以夯击过程中起锤不困难为原则，综合各种因素，第 1遍（1）的最佳夯击击数为6击。

3）孔压-时间关系关系变化分析

两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于土中孔隙水压力消散的时间。本工程根据每一次夯击下的孔隙水压力实测数据，绘制孔压-时间关系曲线。根据孔压-时间关系曲线分析，孔隙水压力消散75 %以上的时间第1遍（1）与第2遍之间为3 d、第2遍与第3遍之间为4 d、第3遍与第1遍（2）之间为4 d、第1遍（2）与普夯之间为3 d。

4 强夯试验区检测结果分析

为了检验地基处理的加固效果，本工程试验区采用了标准贯入试验和载荷试验两种检测方法。

4.1 标准贯入试验

为检验强夯加固效果，试验区在施工完成后共布置了3个标贯试验孔，加固前后标贯击数统计见表2、表3。

表2 试验区加固前标贯击数

表3 试验区加固后标贯击数

从表2、表3可以看出经过强夯加固后地基承载力有显著的提高，地基加固效果明显，达到了设计要求，说明采用的施工方法完全可行。

4.2 载荷试验

本次试验（3个）位置由现场随机指定。加荷方式采用分级加荷，反力由一次堆足于钢梁平台上的砼块提供；载荷由油压千斤顶分级施加，共分8级，首级荷载167 kPa，每级荷载增量为56 kPa。根据现场载荷试验数据绘制压力-沉降关系曲线，根据曲线得出载荷试验成果见表4：

表4 试验区载荷试验成果

从表4可以看出经过强夯加固后地基承载力达到了设计要求，说明此试验区采用的施工方法完全可行。

5 大面积施工采用的强夯参数

根据试验区监测及检测结果综合分析，大面积施工采用的强夯参数如下：

1）夯锤重15 t，锤底圆形，直径2.5 m，夯击能2 500 kN·m。

2）第一遍（1）点夯控制单点击数在6击。

3）第二遍点夯控制单点击数在8～10击且最后两击夯沉量之和小于12 cm。

4）第三遍点夯控制单点击数在9～11击且最后两击夯沉量之和小于10 cm。

5）第一遍（2）点夯控制单点击数在6～8击且最后两击夯沉量之和小于10 cm。

6）普夯两遍，单击夯击能 600 kN·m，锤印相互搭接1/4锤底面积。

7）相邻两遍之间的时间间隔分为为3 d、4 d、4 d、3 d。

8）夯点布置如图1所示，其中第一遍（1）和第一遍（2）夯点重合。

6 结 语

1）经强夯加固后地基承载力有显著的提高，地基加固效果明显，达到了设计要求，说明采用的施工方法完全可行。

2）大大缩短了地基处理的周期，为工程上部结构施工和设备安装调试争取了时间。

3）本区域没有采用井点降水，也没有铺山皮石垫层，而是采用点夯排水的方式，大大节省了工程投资。

参考文献：

［1］ JGJ79-2002建筑地基处理技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

Application of Dynamic Compaction in New Ground Reclamation of Caofeidian Ore Terminal Phase-3 Project

Zheng Qiming ，Zhu Ping
（School of Civil Engineering， Tianjin University， Tianjin 300072， China）

Abstract：This paper takes new Ground Reclamation of Cao Feidian ore third phase Project as a case.To start with try ramming ， monitoring during the process of test， and testing after completion of construction， then the results of monitoring and testing are synthetically analyzed to gain dynamic compaction parameters of guiding the large-scale construction， so that ground treatment could achieve the best effects.In the end， the conclusion obtained by analysis of the actual project， can provide reference for Ground Treatment design and construction process of similar projects.

Key words：dynamic compaction； the new ground reclamation； foundation reinforcement

分类号：TU472.3+1

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）02-0084-04

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20160222

收稿日期：2015-05-11

作者简介：郑启明（1980-），男，硕士，主要从事岩土工程研究及管理工作。