浅谈不良地震液化土强夯法的施工工艺

辛 德 武

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 工程概况

日照(岚山)至菏泽公路横贯鲁南、鲁西南地区，是山东省“八纵四横一环八连”高速公路网中“一环”的组成部分。

K157+576.25～K157+602.5段地属于微山湖以西菏泽区域，属暖温带季风型大陆性半湿润气候。地貌为冲积平原，由黄河冲积而成，筑路材料较为贫乏，地势平坦，呈西高东低，区内海拔在5～222 m之间。该施工段位于地震Ⅶ度区，地震动峰值加速度为0.10～0.15 g，主要地层岩性为：粉土、粉质黏土、黏土为主，夹有粉砂、细砂；主要不良地质条件为地震液化土，需对地面以下20 m深度范围存在饱和砂土和饱和粉土进行液化判别。

2 液化土的危害

液化土是山东黄泛平原高等级公路地基失效的主要方式，对枣菏高速公路的工程建设危害性和潜在威胁性很大，因此需谨慎对待。液化土在地震时产生的瞬间破坏，在地震作用下发生液化导致地表冒水，对公路路基引起的破坏类型主要为路基下沉、开裂、边坡坍塌及沉陷，其破坏程度受地基土、路堤高度、填料性质、地震强度等因素制约。

3 强夯法施工的优点

(1)机具简单，施工方便，加固地基效果显著。

(2)大量工程实践证明，强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。广泛适用于工业与民用建筑、仓库、油罐、公路和铁路路基、飞机跑道及码头等工程。

(3)与达到同样处理效果及要求的施工方法相比，工程造价相对降低。

4 工艺原理

强夯法地基处理是将很重的夯锤从高处自由落下，借助夯锤的夯击能，给地基施以冲击力，将地基原有土体结构体系破坏，降低土体的压缩性，从而造成土体结构压密振密效果，不断提高土体的强度，达到消除地震液化、满足地基承载力的要求。不同地基土在强夯作用下表现出三种加固特征：

(1)加密作用，以排出土体中的气体为特征；

(2)固结作用，以超孔隙水压力上升排出为特征；

(3)预加变形作用，以各种土体破坏后的土粒重新排列重组为特征。

5 施工工艺流程

施工工艺流程如图1。

6 施工方案

6.1 场地清理

原地面清表，然后用推土机平整场地，测量夯前地面高程。

6.2 测出夯点位置

按照试验区段夯点布置图，测放第一遍夯点位置，并用红色塑料袋或其它标识物标注。

6.3 测出夯锤高程

设备就位，使夯锤对准夯点位置，测量夯前锤中心顶面高程，将夯锤吊至计算高程，夯锤停止摆动，脱钩自由下落后测量夯后锤中心顶面高程。测量每次夯后锤中心顶面高程，做好详细记录，并计算每相邻两次沉降差。

图1 施工工艺流程图

图2 主、副夯夯点布置图

6.4 强夯施工

强夯施工分3遍夯实，第1、2遍为点夯，夯点呈正方形分布，夯点间距5 m；第3遍为满夯，夯点彼此搭接1/4连续夯击，目的是加固表层。

6.4.1 主夯

第一遍主夯单点夯击8次，点夯过程中若出现提锤困难，在夯坑内填入粗粒料30～50 cm(方量约1.20～2.0 m3)，直至完成第一个单点夯击8次，并记录夯击过程中填入粗粒料深度H，后续其他夯点粗粒料回填按H控制。完成第一遍主夯后，间隔时间不小于3 d，施工时根据试夯参数最后确定。

6.4.2 复夯

间歇期待土中超静空隙水压力消能后，用推土机将夯坑整平，准备第二遍副夯8击，第二遍副夯施工工艺重复第一遍主夯施工工艺。详细记录施工过程中各夯点粗粒料投入工程量。

6.4.3 满夯

第二遍副夯完成后间隔3天，用低能级800 kN·m进行满夯，满夯每点夯击2次，搭接1/4夯锤直径。强夯机组起吊、移动夯锤对准夯点；提升夯锤至预定高度，脱钩器自动脱开；夯锤呈自由落体状态夯击夯点土体，重复2击后停止该点夯击，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数。

图3 满夯相邻点搭接示意图

图4 全幅满夯搭接示意图

6.5 试验检测

满夯完毕后，测量满夯后地面高程计算沉降差并采用承载板法检测地基承载力，合格后填筑40 cm厚碎石垫层。若不合格，分析原因，并重复满夯施工。

7 施工要点

(1)在松软地基上用强夯法施工，应先在地面上铺设不小于0.5 m或设计要求的粗粒料垫层，确保夯实效果。

(2)每遍夯击前，对夯点放样进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯要及时纠正。

(3)采用由轻到重、少击多遍、逐渐加荷的夯击原则，夯击遍数由试验确定，一般工程夯2-3遍。

(4)夯锤上必须设直径20-35 cm的排气孔，避免产生“气垫效应”和“真空效应”。

(5)满夯时，能量不宜过大，夯击搭接面积不得小于四分之一夯锤面积。最后一遍夯后，用推土机将场地整平后施做路拱。

8 质量管理

8.1 质量控制

(1)夯锤必须自由落下，若倾斜下落或坑底面倾斜，能量损耗大，且夯击中心易改变，影响工程质量。

(2)强夯施工中，现场测试工作贯穿始终，并根据测试结果和上阶段(或夯击工序)的施工技术数据和结果，结合工程地质进行综合分析，对工艺参数进行必要的调整，更好的指导下步夯击工作。

(3)全过程实行旁站监督，严格控制夯锤落点、夯锤落距、夯击击数、夯击遍数及间歇时间等。并对每一夯击点的夯击能量、夯击次数和每次夯沉量等做好现场记录。

8.2 检验标准

8.2.1 点夯收锤标准

(1)最后2击平均夯沉量不大于5 cm或总沉降量不小于50 cm。

(2)夯坑周边地基发生过大隆起。

8.2.2 强夯夯坑中心偏移的允许偏差

(1)夯坑中心偏移不大于0.1D(D为夯锤直径)。

(2)夯点定位允许偏差±5 cm；

(3)夯锤就位允许偏差±15 cm。

8.2.3 检验方法

强夯完成一个月内采用承载板法对地基承载力进行检验，一般不小于220 kPa。

9 安全保证措施

(1)强夯施工前，应查明施工范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置。并采取必要的措施，以免因强夯施工而造成损坏。

(2)当强夯施工所产生的振动，对邻近建筑物或设备产生有害影响时，应采用防震或隔振措施。

(3)强夯起重机操作员必须持证上岗，严禁违规操作。

(4)强夯施工时，除本机操作人员外，其它人员必须离开起重机一定距离，以免夯锤坠落伤人。

(5)强夯时有土块、石子等飞击，现场施工人员必须要戴安全帽。

(6)夯锤上的通气孔若遇堵塞，应及时疏通。

(7)冬季施工时，当冻土厚度小于0.5 m时，应在原夯击次数上增加2～3击，当冻土厚度大于0.5 m时，不宜继续施工。

10 结 语

通过对K157+576.25～K157+602.5段的强夯施工过程中我们可以发现，对于地基土体强度或承载力的提高，利用大吨位夯锤对土体的夯击压缩作用和土体受冲击后的液化重组，对提高土体强度所起的作用是重要的。利用夯锤高落距产生的夯击能对地基造成冲击波，在冲击力的作用下，夯锤对土体进行结构破坏形成夯坑，并对周围土体进行动力挤压。同时瞬间产生的压缩作用也使土体的超孔隙水压力急剧增大，土体局部液化、强度锐减。待压缩波消散后，土体被破坏解体后的土粒落到一个较稳定的位置，同时一部分上升水被排出，从而使土体迅速固结，降低了土体的压缩性，提高了地基承载力。由此可见，强夯法施工可以有效的处理液化土，提高土体的稳定性。