浅析强夯法施工技术在高饱和度粉土中的应用

吴聪煌

（福建路港（集团）有限公司 福建泉州 362000）

前言

在当前城市建设过程中，一些工程项目建设区域由于工程地质条件较为复杂，存在着不良软弱地基，如果处理不当极易造成地基出现承载力不足或者是严重的不均匀沉降问题，对工程主体结构的安全造成非常严重的影响。国家经济技术的飞速发展，地基处理的方法多种多样，因此，本文结合工程施工作业区域的地基土体实际情况，对强夯法施工技术的应用进行分析探讨。

强夯法是采用起重机械（起重机或起重机配三角架、龙门架）将大吨位夯锤起吊到一定高度后，自由下落，给地基土以强大的冲击能量的夯击，迫使土层孔隙压缩，土体局部液化，排出孔隙水和气体，土料重新排列，经过时效固结，从而提高地基承载力，减少土层的压缩。

强夯法已广泛应用于地基加固各种非饱和度土层（如：碎石土、砂土、低饱和度粉土、粘性土、湿陷性黄土、高填土、杂填土以及围海造地地基、工业废渣等），但是国内对高饱和度土的强夯理论研究、相关文献报导较少。本文结合闽南地区的土层特性，利用实际工程的室内土工试验资料，通过对强夯前后地基土物理力学指标进行对比分析，简要论述和总结了高饱和度土的强夯加固效果。

1 工程概况

台商投资区东经二路南延伸段工程，位于台商投资区中部，呈南北走向，北起324国道，南至通港路，为台商投资区“五横五纵”路网规划中的重要一横，也是连接中心城区的一条重要的快速通道，规划为城市快速路，是泉州市“两重环湾+多向放射”快速路系统中的内层环湾快速路的重要组成部分。本工程地处沿海地区，线路全长1.546937km，工程路基部分点多线长、并且多为软土地段，地层较复杂，在K0+200～K0+700、K1+100～K1+500路段采用强夯法地基处理。

土层地质自上而下描述如下：

（1）杂填土：灰黄色，松散状，成分以碎石、粘性土建筑垃圾为主硬杂质含量约30%，堆填时间少于1年，欠固结状态，人工堆积而成，全场分布，厚度约 0.50～1.50m。

（2）淤泥：深灰色，冲淤积，大部分流塑状，局部为软塑状，饱和，以粘粒，粉粒为主，局部含砂质成分较多，混有贝壳等，含大量腐质物，富含有机质，有臭味，易污手，干强度高，韧性高，切面稍有光泽，无摇振反应，全场分布，厚度约1.60～2.20m。

（3）黄土状粉质粘土和粉土：褐黄色，湿～稍湿，可塑为主，中等压缩性，局部具有高压缩性，工程性能较差，全场分布，厚度约3.10～4.50m。

（4）全风化花岗岩：浅灰色，组织结构基本破坏，尚可辨认，含较多石英颗粒和云母等，岩芯呈坚硬土状，手捏即散，泡水易软化、崩解，强度降低，岩体极破碎，岩石为极软岩，基本质量等级为Ⅴ级，该层实测标贯击数为30～50击，压缩性较低，力学强度较高，天然状态下工程性能较好，分布较广，局部本层缺失，厚度约1.30～2.50m。

（5）砂土状强风化花岗岩：灰白色，组织结构已大部分破坏，风化裂隙极发育，岩芯呈砂土状，散体状结构，主要矿物成分为石英，长石等，岩体极破碎，岩石为软岩，基本质量等级为Ⅴ级，该层实测标贯击数均大于50击或反弹，压缩性低，力学强度较高，天然状态下工程性能较好，分布较广，局部本层缺失，厚度约10.0～16.30m。

2 加固原理及特点

强夯法是在极短的时间内对地基土体施加一个巨大的冲击能量，使得土体发生一系列的物理变化，其作用结果使得一定范围内的地基强度提高，孔隙挤密并消除湿陷性；在强夯作用下土体的主要变形范围是夯锤下的椭圆形区域，冲击荷载作用下土层变形以塑性变形为主，弹性变形很小表现为竖向压缩、侧向挤压，具土颗粒重新整合，强夯过程对地基状态的影响如图1所示。

图1

强夯法适用范围：适用于加固碎石土、砂土、低饱和度粉土、粘性土、湿陷性黄土、高填土、杂填土以及围海造地地基、工业废渣等，也可用于防止粉土及粉砂液化；但对于高饱和度粉土或淤泥应采取必要的措施方可使用。

强夯法地基处理的特点：施工机械设备简单、施工工艺、操作简单、地基加固效果显著、承载力一般能提高2～4部左右、变形沉降量小、施工速度快、节省加固材料、施工造价低、减少劳动力、现场施工整洁文明。

3 高饱和度粉土层的物理特性分析

根据岩土工程勘察报告显示，粉土层的物理力学指标如表1。

从表1可以得出该土层饱和度在49～91之间，含水量的增加，粘聚力也有所提高、压缩性也相应提高。由于土层的含水量较高，冲击夯实的能量转换至土层的效果较差，强夯法对高饱和度的粉土进行处理时应进行一定的技术措施，才可取得明显的加固效果。

4 施工方案的布置

4.1 施工技术参数

（1）夯击能量的选择：夯锤与落距的乘积称为夯击能，夯击能的确定应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和处理的深度综合考虑，并经过现场试夯确定。本工程经过现场试夯后选用夯锤20T，落距13m，夯能2600kNm/m2。

（2）施工机具的选择：夯锤底面为圆形，锤底静压力约30kPa，锤中设有若干贯通的200mm的排气孔，利于夯击时空气排出和减少起锤时的吸附作用；起重机选用符合提升高度和起重能力不小于30T的履带式起重机；脱钩装置采用一端固定在销柄上，另一端穿过转向滑轮，固定在悬臂杆底部横轴上，当夯锤起吊到要求高度，升钩拉绳随即拉开销柄，脱色装置开启，夯锤自动脱勾下落。

（3）夯击点布置：

采用等腰三角形布置，夯距7m。

图2 夯点局部示意图

（4）设计要求：第一遍采用点夯，夯击数9；第二遍点夯夯击数7，夯能不变；第三遍满夯夯击数2，夯能为1000，锤印搭接；并同时满足最后两击的平均夯沉量不大于50mm，夯坑周围地面不应发生过大的降起，不因夯坑过深而发生提锺困难。两遍的间隔时间3d。

（5）试夯段：试夯选取面积为20m×20m的具有代表性的地段，根据初步确定的强夯参数，现场进行试夯，待试夯场地进行检测后与夯前数据进行对比，待一周后，检验强夯效果，确定采用的各项参数，主要参数有地基的有效加固深度，处理后地基土的强度，承载力和土的性能变化指标，夯击能、夯锤尺寸、落距、夯点间距、夯击次数、夯击遍数、最后两击的平均夯沉量、间隔时间等。

4.2 施工准备

熟悉施工图纸，现场实地考察掌握地基土质情况初步确定各项参数，定位放线。制定施工方案、工施工区域内选择具有代表性的场地作强夯试验，对试夯过的场地进行测试并分析对比，根据试夯效果修正各项强夯参数；场地平整，修筑机械设备进出场道路，保证足够的净空高度、宽度、路面强度，并在强夯范围内预留夯沉量所需的土方。

4.3 施工流程

（1）工艺流程：清理整平→标出第一遍夯点位置→起重机就位、夯锤对准夯点→测锤击前地面高程→自由落锤（按修正后的锤击数锤击）完成第一遍夯击→夯坑填平、测锤击后地面高程→间隔上述规定的时间后重复以上工序。

（2）强夯前场地周围内做好排水沟、防震沟；场地内布设纵横盲沟，表层铺一层1m厚的碎石垫层，防止设备下陷和便于排水。

（3）夯击顺序从边缘向中央进行，先深后浅，先夯击深层土再夯击中层土后夯击表层土。

（4）回填土含水量控制在最优含水量范围内。

（5）强夯时按试夯后修正的参数进行，落锤平稳，夯位准确，夯击坑内积水应及时排除，坑底含水量过大时加入新土或回填块石、碎石等置换。通过强夯将坑底软土向四周挤出，使在夯点下形成碎石墩并与四周软土构成复合地基。

表1 粉土土层物理、力学指标统计表

4.4 施工监测

强夯施工过程的监测至为重要，必须由专人负责，并对各项参数及施工情况做好详细记录，监测的主要目的是防止夯坑周围土体的过大隆起与坑底形成橡皮土。

开夯前检查夯锤重量和落距，每遍夯击前对夯点放样进行复核，发现偏差或漏夯时及时进行纠正，并对每个夯点的击数和夯沉量进行记录。地基土的含水量与饱和度的区域较大，在施工过程中通过监测可调整施工参数，主要是点夯的夯击次数。

5 夯沉量的分析

强夯施工时用水准仪观测点夯每一击的夯沉量，根据现场记录的大量实际数据，经过整理，分别计算A区、B区的单击夯沉量与累计夯沉量的结果如表2。

表2 单击夯沉量与累计夯沉量

图3

从图表中数据可以看出，原土强夯实施过程中，随着夯击次数的增加，夯沉量都会出现一个转折点，为第8击（转折点的击数与夯击能量大小所决定），在该击数前，夯沉量增加呈递减趋势并慢慢平稳，在第8击数过后夯沉量出现反弹的明显波动。夯击过程中观测到夯坑周围土体隆起的情况是在第4或5击时开始出现并逐渐发展，当到第8击后夯击的能量对土体加固的作用已不起作用，并且夯坑底部出现土体反弹的情况，测得该最后两击的平均夯沉量超过50mm（分别为51和65），此时继续夯击意义不大，故在该特殊地层的情况下不能以“最后两击平均夯沉量小于50mm”为停锤标准。经过上述试夯效果的检验结果：实际施工中第一遍采用点夯，夯击数8；第二遍点夯夯击数8，夯能不变；第三遍满夯夯击数3，夯能为600，锤印搭接；并根据坑底隆起的情况等因素而定，一般可以控制在7～9击数，尽可能控制在夯沉量反弹前，夯坑周围地面不应发生过大的降起，不因夯坑过深而发生提锺困难。两遍的间隔时间3d。

表3 强夯后粉土土层物理、力学指标统计表

由于该地区高饱和度土的特点，天然地基土强夯施工时，点夯击数的确定应通过数据的监测，记录夯坑的总夯沉量及夯坑周围土体的隆起量并对数据进行分析综合得出结论。

6 地基土处理效果分析

强夯完成后采用两种方法检验土层的物理力学性质与承载性能：①现场采取夯后土样本进行室内常规土工试验，取样深度为1.5～2.0m之间；②在基底位置进行平板静载荷试验确定承载力。

6.1 强夯后粉土土层物理、力学指标（如表3）

从表3可以表明在强夯后地基土的含水量降低、重度提高，孔隙比减小，压缩性降低，高压缩性与湿陷性消除，工程性质得到改善。

6.2 强夯后承载力检验

强夯完成一周后，在强夯区域内选取比较有代表性的点进行静载荷试验，共7个点，圆形承压板面积2500cm2；采用慢速维持荷载法，荷载分级增量为50kPa，共分11级，最大荷载550kPa。承载力与沉降量（P～S）试验数据如图4。

图4 土层试验点静载荷试验P～S曲线图

由曲线图可以看出，P～S曲线基本呈直线状态，在P在100～500kPa之间波动较平稳，由于公路路基对承载力的要求约在175kPa，故该试验未做到极限荷载，根据工程经验及P～S曲线图，该段的承载力均能设计满足要求；而达到工程实际使用荷载时的沉降量约为5mm，沉降量与压缩系数、压缩模量均得到很好的改善，同时土层的固结度、承载力随时间的增加而增加。

7 结语

以台商投资区东经二路南延伸段工程的实际工程施工经验以及检测单位提供的检测资料进行简要的分析了场地高饱和度粉土运用强夯法的案例，以及强夯效果的分析，对于高饱和度土进行强夯时，点夯击数应通过施工过程中监测夯坑总夯沉量及夯坑周围土体的隆起量并对监测数据进行分析和施工经验来判断等方法综合确定。在夯沉量较大的夯坑内应进行局部置换等措施，置换的材料可采用块石、碎石、矿渣或砂石混合料，以保证土层结构的稳定。

强夯后地基土的主要指标均得以改善，尤其是压缩性指标的变化明显，经处理后的土层具有较高的密实度和强度，而随着时间的推移，处理后的土层压缩性随之降低，强度也将逐渐提高。