强夯法在水库地基处理中的应用探讨

张乔军

（贵州水利科技开发有限责任公司，贵州贵阳 550000）

0 引言

水库是我国最重要的水利工程建筑物，具有发电、拦洪蓄水和调节水流等众多功能，而这些功能的发挥均是建立在水库建设质量完好的基础上。然而，受水库地基土体性质、水库作业环境恶劣等因素的影响，不少水库地基土体强度较低，这种现象会给水库建设质量带来严重的不良影响，因此，就需要采用有效的加固方法对其进行加固处理。

1 强夯法的定义及其进行地基加固的作用机理

强夯法是指将重锤（一般为十几吨至上百吨）起吊到相应的高度（一般为几米至几十米），利用自动脱钩装置使重锤自由下落对地面产生作用，对土体施加巨大的冲击能，从而降低土的压缩性和提高其强度，如图1 所示。该种加固方法自1969 年被法国Menard 技术公司提出后，就被广泛应用于各类地基加固处理中，如黏性土、砂土、碎石土、湿陷性黄土、低饱和度的粉土、素填土、杂填土等地基。且不少实践研究证实，利用强夯法进行地基加固，不仅能提高地基土的强度，同时还能改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性，并促进地基土层的均匀程度提高，从而能避免其以后出现差异沉降。强夯法进行地基加固的作用机理为其能利用强大的夯击能给地基予以巨大的冲击力和动应力，在冲击力和动应力的作用下，会对上部土体产生冲切，破坏土体结构，使其形成夯坑，并对周围土体进行动力挤压，从而使周围土体更加密实，进而能有效提高土体强度。

图1 强夯法施工

2 强夯法施工工序及质量控制

2.1 强夯法施工工序

2.2 强夯法施工质量控制

强夯法施工工序较为简单，但是，在施工过程中，也需做好施工质量控制，才能保障施工质量，强夯法施工质量控制要点主要包含以下4 个方面。

（1）施工前，需按设计要求在现场选点进行试夯，若场地内的土性相同，可在同一处进行试夯，若场地内的土性不同，则需要分别在不同地段进行试夯，试夯时，需对夯沉量（每个夯点每夯击一次的下沉量进行测量，并确保最后两击的平均夯沉量在5cm 以内，试夯结束后，还需取夯面土样进行室内实验，对土的压缩系数、干密度等指标进行检测。

（2）开夯前，需对夯锤重和落距进行测量，确保单击夯击能量符合设计要求。

（3）每遍夯击前，需复核夯点放线，完成夯击后，需对夯坑位置进行检查，若发现漏夯或夯坑位置出现偏差，需及时纠正。

（4）完成一遍夯击后，需对夯点间距、夯坑深度、夯沉量等进行检测，确保基础内每个夯点的累计夯沉量大于试夯时各夯点平均夯沉量的95%。

3 水库地基处理中强夯法的应用

3.1 某水库地基概况

某水库地基土体为低液限黏土，这种地基土具有湿陷性，且湿陷场地等级达到中等和严重，为提高该水库地基强度，设计人员设计了采用强夯法进行水库地基处理，并要求地基6cm 深度范围内土的湿陷系数小于0.015，12m 深度范围内坝基土总湿陷量不大于100mm，才能将地基湿陷性基本消除。

3.2 强夯法在水库地基处理中的应用方法

3.2.1 施工前准备

隆化县位于河北省承德市中部，地处燕山—太行山连片特困地区，属国家级贫困县和河北省深度贫困县，生存环境恶劣、经济基础薄弱，贫困发生率高、贫困人口较多、人均可支配收入低、基础设施和公共服务较差。为吸引更多金融资源参与扶贫以期早日实现脱贫致富，隆化县在精准扶贫实践中，探索出以小额信贷支持产业发展从而带动贫困户脱贫的“政银企户保”金融扶贫模式。

（1）坝基清理，先根据设计提供的清基线进行坝基清理边线测量放线，然后，在设计的清基边线和深度范围内，采用推土机和装载机将地表植被、杂草、树根、垃圾、废渣等清除干净，并用自卸汽车将这些物质运至弃土场，确保施工场地无杂物。

（2）确定强夯机具和相关参数，采用强夯法进行水库地基加固处理前，还需进行强夯生产性试验，以便合理选择强夯机具和确定相关施工参数，从而才能确保地基处理效果达到设计要求。如根据上述水库地基性质，可选择履带式强夯机、质量为20t 夯锤、底面积为5m2的铸钢锤（锤体有两个贯穿孔，贯穿孔能及时将夯锤和土体接触时产生的气体排除）的进行施工。完成强夯机具选择后，还需安装自动脱钩装置和龙门架。

（3）确定强夯施工参数，施工前，施工人员还需根据强夯生产性试验确定强夯施工的夯点间距、夯击次数、夯击遍数、沉降量等相关参数，实验流程为，先进行测量放线，再挖探坑取样，而后依次进行现场布点、强夯施工、现场记录分析、夯后挖探坑取样，最后，整理实验结果，根据实验结果对各项施工参数进行确定[2]。

3.2.2 施工工序

（1）布设夯点位置，完成上述施工准备后，施工人员便可以根据强夯生产性试验确定的强夯布点图，在实际的施工现场布设夯点位置，并在夯点位置撒上一层白灰作为标记。根据上述水库地基现场的实际情况和设计要求，施工人员在实地呈梅花形布置了夯点位置，并将各夯点位置间排距控制为6.5m。

（2）确定夯锤落距，先校核全部夯锤重量，确保满夯夯击能量为2000kN·m，主、副夯夯击能量为4000kN·m，并根据夯锤的实际重量对其落距进行确定，确保夯击能不低于4000kN·m 的设计要求。

（3）测量地面高程，根据设置好的夯点位置及强夯范围边界，对地面高程进行测量，确保满夯时锤印搭接1/4。

（4）调整起重机位置，起重机就位后，需对其位置进行调整，确保夯锤中心对准夯点位置，并对夯前锤顶高程进行测量。

（5）主夯夯击施工，确定夯锤中心位置后，采用起重机将夯锤起吊至设计高度，然后将夯锤脱钩使其自由落下，对地基土进行夯击，为保证地基土夯击施工质量。夯锤落下前，施工人员还需对锤顶高度进行测量，确保夯锤两击平均沉量不超过5cm。

（6）各夯点夯击，按设计规定的夯击能和控制标准，参照（6）全部夯点夯击施工，步骤完成各夯点夯击施工，然后，还需重复（4）～（5）操作，再次进行全部夯点的夯击，以确保各夯点土体加固质量良好。最后，用推土机整平夯坑，并对夯后的地面高程进行测量。

（7）副夯夯击施工，完成主夯施工后，施工人员还需重新放线定位，按上述主夯夯击施工步骤完成副夯夯击施工，即进行第二遍点夯的夯击施工，然后，用推土机整平夯坑，再进行满夯夯击，连击5 次，确保满夯能量达到2000kN·m，最后，用推土机将场地表层松土整平压实，并对满夯后场地高程进行测量。在施工过程中，施工人员还需对每个夯点的每击夯沉量和夯击次数进行准确记录。

3.2.3 施工质量控制方法

为确保水库地基处理效果达到水库地基质量标准要求，在施工过程中，施工人员还需严格做好各项施工质量控制，也即要做好实际施工过程中的一些细节处理和控制，具体方法如下。

（1）夯击施工细节处理：施工人员需采用全站仪布设夯点位置，并用白灰标记夯点位置和将夯锤夯击范围圈出，然后，在强夯影响范围外设置现场测量基点，定期对现场测量基点进行复核；开夯前，需采用尺测量夯锤落距，并对其进行严格检查，确保其落距控制为±30mm，才能达到施工质量要求，并在钢索上设置夯锤落距标志；施工过程中，确保强夯点位偏差不超过5cm，夯坑倾角不超过30°，施工测量误差不超过2cm，若施工发现出现偏锤现象，需将坑底重新填平再进行夯击施工；用尺度量检查夯点间距，将其误差控制为±50mm；满夯时必须保证夯锤锤印彼此搭接1/4；冬季施工过程中，若发现冻土厚度超过0.5m，需停止施工；夯点结束标准为最后两击平均夯沉量不超过5cm；施工过程中，若发现夯锤排气孔堵塞，需及时对其进行疏通。施工过程中，施工人员不仅要严格按照强夯生产性试验确定的参数、步骤进行施工，且进行各项施工作业前，还需认真测量、校核各项数据，认真记录施工原始数据、资料，并将这些数据资料完好保存，以便后续进行施工项目质量检查[3]。

（2）施工检查：施工过程中，施工人员还需严格做好相关施工工序的检查，如完成施工场地平整后，需对地面高程进行测量，并取土样进行现场室内土工试验，对土的含水率进行测量；还需对重锤脱钩装置进行检查，确保其可以在预设高度脱钩，才能保证强夯施工顺利进行和避免施工中发生意外事故；施工人员还需对夯锤底部进行检查，若夯锤底部粘有土坯，会对强夯效果产生一定的影响，因此，需及时将土坯清理干净；完成强夯处理后，施工人员还需在一周间歇期后挖探处理完的地基区域土样进行检测，一般来说，每1000m2取一处土样，根据检测结果判断强夯处理效果。

（3）其他要求：为保证水库地基施工顺利和高效进行，施工人员还需全面熟悉施工程序，且在施工过程中完成各项工序施工后，需及时进行检测，并将检测记录结果报送监理工程师进行验收；施工过程中，若发生特殊情况，需及时报告给项目部，由项目部上报给监理和设计单位，然后，由相关单位共同探讨和制定特殊事件的应急处理方案；施工过程中，若出现强降雨，需立即停工，并将施工区域内积水及时排除，以免影响施工质量。

3.3 强夯法在水库地基处理中的应用效果

完成上述强夯施工处理后，在水库坝基范围开挖多个探井取原状土样进行检测，结果显示，地基6cm 深度范围内土总湿陷量不超过50mm，6cm 以上地基湿陷性基本消除，且地基总湿陷量均小于100mm，说明该水库地基处理效果达到了设计质量要求。

4 结语

强夯法是一种利用起重机将一定重量的重锤起吊到相应的高度，然后，利用自动脱钩装置使重锤自由下落对地面产生作用，对土体施加巨大冲击能的加固处理方法，具有工工艺、操作简单、施工速度快、施工费用低、变形沉降量小、加固效果显著、节省加固原材料等众多优势，从而被广泛应用于各类地基加固处理中，如粘性土、砂土、碎石土、湿陷性黄土、低饱和度的粉土、素填土、杂填土等地基，不仅有效提高了地基承载能力，同时也有效降低了地基不均匀沉降。而要确保强夯法发挥良好的地基加固处理效果，也需要施工人员全面掌握强夯法的地基加固处理方法，如将强夯法应用于水库地基处理中，首先就需要施工人员做好施工前准备，如坝基清理、确定强夯机具和相关参数、确定强夯施工参数等，其次，还需按照施工工序进行规范施工，即先布设夯点位置，再确定夯锤落距、测量地面高程、调整起重机位置、主夯夯击施工、全部夯点夯击施工、副夯夯击施工等，另外，还需做好夯击施工细节处理、施工检查等，才能保证施工质量。