强夯加固的设计施工参数及处治效果研究

常玉英

（北京颐和工程监理有限责任公司，北京市 100195）

强夯加固的设计施工参数及处治效果研究

常玉英

（北京颐和工程监理有限责任公司，北京市 100195）

在充分调研强夯原理及工程现状的基础上，结合强夯工艺特点、施工程序等因素，提出了两个可选强夯设计施工方案，并设计了效果监测方案，构建强夯试验工程。根据夯击沉降、工后沉降、孔隙水压力、标准贯入、十字板剪切、静力触探等试验成果，对强夯试验工程的加固效果进行了分析。可以得出：在相近夯击能的条件下，夯点间距宜与影响深度相近；本次强夯试验地基影响深度约为7.5m；通过沉降量、孔隙水压力及其他原位试验可以得出，方案二的夯击效果要优于方案一。

强夯；加固；设计；施工；监测；处治效果

0 引言

强夯加固法由Menard技术公司在1969年研究首创，其以地基土强大冲击能达到加固手段，在极短时间内使地基强度得到极大提升，并在其后得到迅速推广和运用。我国绝大部分机场工程也广泛采用强夯法进行地基和填筑体加固。国内外学者在强夯加固机理、强夯设计及施工、强夯效果检测等方面展开了广泛的研究，为我国强夯地基处理工艺的引入及推广奠定了坚实的基础[1-3]。

本文针对国内某机场实际情况，采用试验工程进行对比分析，通过考虑强夯试验前后沉降监测、孔隙水压力、地基强度等方面变化评价，研究了具体工程的强夯设计及施工参数。论文结果可为设计及施工提供技术依据，并可为相关研究提供原始材料。

1 设计及检测

1.1 工程概况

我国国内某机场建设中存在高填方及场地平整工程，最高填方高度可达30 m，天然地基远不能满足填筑体及机场道面工程设施对其变形和强度的要求，必须予以处理。

为了加快工程建设进度，该工程提出了原地基及填筑体碾压采用“以夯代压”的工程处理思路。根据理论研究及数据分析，确定了方案一区及方案二区的强夯试验工程，拟通过变化强夯夯点间距、夯击遍数及夯击能等设计参数，分析比较强夯前后的地基处理效果，确定后续工程具体的设计参数，以解决高填方地基不均匀沉降及地基承载力不足问题，使之适应机场道面类型与结构设计、运营及维护等共性问题，为本机场工程等提供先进、可靠的技术保障。

根据填筑体实际情况、以往工程经验及研究成果，结合工程经济性，本实验区域提出了两种设计方案，并对设计监测及检测方案进行对比分析。

1.2 垫层+强夯试验设计

试验设计参数见表1。

表1 垫层强夯试验设计参数

1.3 监测设计方案

监测设计方案见表2。

表2 检测设计参数表

试验工程埋设的地表沉降及土体孔隙水压力两种监测仪器，其埋设深度和仪器编号见表3，平面位置如图1所示。

表3 埋设仪器种类及深度表

图1 平面位置图

2 强夯简介及施工程序

2.1 强夯原理

强夯法是将重锤（一般为100～400 kN，最重可达2 000 kN）从高处自由落下（落距一般为6～20 m，最高可达40 m），给地基以冲击力和振动。在地基中所出现的冲击波和动应力，一方面为路基土提升强度、降低压缩性、改善抗液化性能和消除湿陷性等，另一方面还可用于提升土层的均匀性，降低差异沉降[4，5]。

大致上有3种的作用机理：第一，加密作用，指空气或气体的排出；第二，固结作用，指水或气体的排出；第三，预加变形作用，指各种颗粒成分在结构上的重新排列。

2.2 施工程序

试验区地基处理施工程序：清表→浜塘处理→施工勘察→土石方填筑→垫层铺设→强夯→找平碾压→效果评价。

2.2.1 清表

（1）对地面横坡为1∶5～1∶2.5的土质地段，应先清除表层土（农田、林区段厚0.5 m，一般路段厚0.3 m）后，再挖台阶，台阶宽度≥2.5 m。当开挖台阶尺寸有特殊设计要求时，应按设计要求开挖台阶。

（2）对地面横坡为1∶5～1∶2.5且基岩面上的覆盖层较簿的石方地段，应先清除覆盖层后再挖台阶，台阶宽度≥2.5 m，阶面向内倾斜4%，高宽比≤1/2 b。当台阶宽度≤2.5 m，应用M10浆砌片石做人工台阶，以使台阶宽度≥2.5 m。

（3）将树根整体挖除，处理深度根据树根具体而定，清理路基范围内的块石和片石。

（4）场地清理后进行平整。

2.2.2 浜塘处理

（1）疏干沟河浜积水。

（2）清除吹砂范围内沟河浜内的淤泥，并送往指定地点。

（3）清淤后挖1∶2的台阶式边坡。

（4）清淤后的底部填筑不小于50 cm厚的中粗砂排水工作垫层。

（5）分层填筑素土至两岸推平地面标高。

2.2.3 强夯施工

（1）夯点平面布置：两遍强夯及三遍强夯平面布置如图2所示。

图2 夯点平面布置图

（2）施工机械：采用两支腿型吊机，夯锤底面直径2.65 m，重16 t，带6个25 cm气孔。

（3）施工控制措施：施工顺序由边缘至中央，按直线从西向东推进，夯锤底面中心对齐，夯击位置准确。保证每次夯锤提升高度，记录每击夯沉量及每点夯击数，并应详细记录各项参数及特殊情况，如出现夯沉量过大、周边隆起等情况，应及时进行分析和处理。保证第二、三遍点夯的间隔时间。

（4）停夯标准：每击的夯沉量应由专人用水准仪测量，逐击测量记录并随即算出单击夯沉量。按照设计技术要求，按每点n=8～10击打足夯击数时，最后两击的平均贯入度≤10 cm。

（5）击密间歇时间：以土体孔隙水压力的消散达到70%时确定。结合本试验工程实际情况，两遍强夯之间的间歇时间为3～4 d。

3 检测成果及分析

各项监测仪器按技术要求进行购置、率定、安装或加工、埋设[6，7]。监测仪器埋设后，立即开始连续跟踪观测。在监测的同时对工程的施工及时提供指导性意见。

3.1 沉降监测

地表沉降监测分为加固过程中的沉降监测与竣工后的沉降监测。其目的是了解地基加固过程中及其加固后的沉降量及沉降速率，以判断地基加固效果。采用水准仪方法进行观测。

3.1.1 夯击沉降监测

方案一区点夯两遍之后进行满夯，方案二区点夯三遍之后进行满夯，每次点夯后运用5 m×5 m方格网测绘顶面高程计算夯沉量，如图3所示。

图3 夯击量累计沉降监测成果

从图3可以看出，每次点夯产生17.02 cm的平均夯沉量，满夯产生2.6～3.8 cm夯沉量，明显点夯比满夯沉降要大得多；方案一总夯击量达到34.9 cm，二区总夯击量达到56.6 cm，方案二区加固效果较好。

3.1.2 工后沉降监测

方案一区及方案二区地基加固竣工后埋设尺寸为0.4 m×0.4 m的沉降盘，埋深0.5 m。沉降监测间隔时间为5 d，累计沉降量及单次沉降量监测结果绘制如图4及图5所示。

图4 垫层加固区疫工后沉降过程线

图5 垫层加固区竣工后沉降速率过程线

从图4可以看出，垫层强夯区最后平均累积沉降量分别为14.3 cm和12.3 cm；从图5单次沉降量可以看出，最大的沉降速率发生时间较晚，延续时间较短，即从竣工后第10天开始单次沉降量为4～6 cm，30日后即明显减缓。

3.2 孔隙水压力监测

孔隙水压力的增长与消散可以用于分析强夯影响深度、土体固结情况、强度增长等因素，并可用于控制点夯的间歇时间。

由表4可知，孔隙水压力变化规律体现为：一方面，在相同深度空间上，孔隙水压力突变程度随着强夯遍数的增加而减弱，主要原因是土中裂隙的增多增加了水压消散的速度；另一方面，深度在10 m处的孔隙水压力并没有突变现象，说明强夯施工在此点处影响甚微。

3.3 标准贯入试验

在强夯施工加固后，每个试验方案区域布置标准贯入试验检验孔，用以检测强夯后地基强度。统计6 m深度范围内的标准贯入当量击数，如图6所示。

图6 6 m深度范围内标准贯入当量击数

3.4 原位十字板剪切试验

强夯施工后布置十字板剪切试验孔以检验地基强度。需要说明的是，十字板本身承受能力有限，故粉土或砂性土强度以十字板头最大承受大值为准。在标高2～1 m及-2～-6 m处，方案一区的试验均值分别为46.96 kPa及40.76 kPa，方案二区的试验均值为50.34 kPa及41.93 kPa。

3.5 静力触探试验

强夯施工后布置静力触探试验孔以检测地基强度。需要说明的是，应探头无法通过山皮石垫层，因此静力触探试验须开挖垫层，在原地面上进行。统计方案一区及方案二区的具体数值，如图7所示。方案一区比贯入阻力当量平均值为4.42 MPa，方案二区比贯入阻力当量平均值为4.52 MPa。

图7 加固前后比贯入阻力当量值对比图

4 结 论

通过变化强夯夯点间距、夯击遍数及夯击能等设计参数，通过方案一区及方案二区的检测结果对比分析，可以得出：

（1）对比方案一区及方案二区强夯参数，方案二区的夯点间距大，第一遍夯击能量较小，但通过增加第三遍强夯，致使总夯击点数多15点。但是，夯击能两者相差较小，仅相差11.77%，可以认为两者总夯击能相近。

表4 孔隙水压力变化统计表

（2）从沉降量、孔隙水压力、标准贯入试验、原位十字板剪切试验及静力触探试验成果来看，方案二区的夯击效果要比方案一区的夯击效果好。

（3）通过较好的方案二区地基加固效果可以得出，接近于影响深度的夯点间距更有利于强夯效果。

（4）通过孔隙水压力等试验，可以得出本次强夯试验地基影响深度为7.5 m左右。

[1]宋朝阳，纪洪广，张月征，等．碎石地基强夯加固机制与加固效果试验[J].长安大学学报：自然科学版，2016，36（6）：69-77.

[2]陈道松，崔玮，丘志文．强夯填土地基检测分析方法探讨[J]．土工基础，2015，29（6）：80-82.

[3]潘文君，向昕，吕骄阳．强夯法处理地基在公路路基设计中的应用[J]．道路工程，2015，12（132）：86-87.

[4]GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[5]GJG 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[6]王治勇.强夯地基的几种检测方法[J].勘察测试与分析，2000，11（3）：40-41.

[7]朱平，阎彭旺，刘润，等．真空预压法加固路堤软基的工程实例分析[J]．岩土工程学报，2003，25（4）：508-510.

TU472

B

1009-7716（2017）03-0163-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.044

2017-02-08

常玉英（1966-），女，河南安阳人，工程师，从事机场工程监理工作。