強夯法處理軟土地基的質(zhì)量控制

1、淺談強夯法處理軟土地基的質(zhì)量控制陳文侃中交一航局大連第三分公司 350000 摘 要 闡述強夯法加固地基的原理、主要設(shè)計參數(shù)及施工質(zhì)量控制要點，從強夯施工過程的各個環(huán)節(jié)入手，全面系統(tǒng)地歸納了強夯施工與質(zhì)量控制之間的關(guān)系，通過分析影響工序施工質(zhì)量的主要因素，闡明了對強夯法處理地基的施工質(zhì)量控制方法。關(guān)鍵詞 強夯法 加固 軟土地基 質(zhì)量控制1 引言強夯法又稱動力固結(jié)法（Dynamic Consolidation），即用履帶式起重機反復(fù)將10T50T的錘起吊到1025 m高度，而后利用自動脫鉤釋放夯錘自由落下，其動能在土中形成強大的沖擊波和高應(yīng)力，致使孔隙被壓縮，土體局部液化，夯

2、實點周圍產(chǎn)生裂隙，成為加速孔隙水壓力消散的主要通道，土體迅速固結(jié)，從而提高地基的強度與承載力、降低壓縮性、改善其抵抗振（震）動液化能力、消除濕陷性等。該法自誕生以來，以其經(jīng)濟易行、效果顯著、設(shè)備簡單、施工便捷、節(jié)省材料、質(zhì)量容易控制、適用范圍廣、施工周期短等突出優(yōu)點，因此越來越廣泛地被應(yīng)用于工民建、公路、鐵路路基、機場跑道、碼頭等地基處理工程。而在實際工程施工中，通過行之有效的質(zhì)量控制措施，指導施工單位采取科學合理的施工方案，對工程質(zhì)量的可靠性、工程造價經(jīng)濟合理性有很大作用。2 工程概況福州港可門作業(yè)區(qū)區(qū)4#、5#泊位工程，陸域形成總面積為83.4萬m2，強夯處理部分包括礦石堆場普夯，道路和生

3、活區(qū)強夯，斗輪機基礎(chǔ)、拋石擠淤強夯，其中強夯面積121712m2普夯面積94837m2，地基采用施打塑料排水板后回填土石料，然后進行堆載預(yù)壓處理，卸載后采用強夯加固，以提高回填土的密實度，滿足地基承載力要求。強夯加固采取二遍點夯一遍普夯方法，夯點布置為正方形，跳檔夯間距，點夯夯擊能為2500KN-M，夯點間距7米，點夯2遍，每點每遍夯12擊；普夯夯擊能1200KN-M，普夯的錘底要求搭接，夯印搭接為1/3錘底直徑，普夯每點夯3擊。3 強夯法加固地基原理3.1 宏觀機理回填土石料由于沒有固化內(nèi)聚力？，其主壓實區(qū)和次壓實區(qū)通常較大，次壓實區(qū)顯示出壓密作用急速減少。夯擊時，夯坑易塌陷，提錘不會握裹，

4、夯坑深度可較大，故總加固深度較大。同時，振動作用可使振動影響區(qū)回填土振密或松動，可加大加固深度并可能引起周圍回填土的振陷，場地發(fā)生環(huán)裂，引起鄰近建筑物下沉。密土在覆蓋力小則可能變松，松土則變密。根據(jù)梅那（L.MENARD）提出的動力固結(jié)模型理論：1.飽和土由于存在微小氣泡而呈現(xiàn)壓縮性；2. 在多次沖擊荷載作用下土體產(chǎn)生液化；3. 由于土體產(chǎn)生裂縫或趨于液化所引起的滲透性增大；4. 土體的觸變性恢復(fù)；以上四點可解釋如下：1. 飽和土的壓縮性：飽和土的孔隙中除了有孔隙水外，還有小部分有機質(zhì)分解產(chǎn)生的微小氣泡，其體積約占整個體積的2-3%，最多可達4%，強夯時，原土體中孔隙和氣泡壓縮，在壓縮過程中產(chǎn)

5、生較大的變形能，在壓縮過程結(jié)束時，變形能釋放，反作用于周邊孔隙水，使孔隙水壓力增大，土體中水（主要是自由態(tài)水）沿孔隙排出，孔隙水壓力逐漸消散，而土體固相體積在這個過程中始終不變。這樣每夯擊一次，氣相和液相體積均有所減小，使飽和土產(chǎn)生壓縮，出現(xiàn)沉降。另外在強夯的反復(fù)沖擊過程中，含有氣體的孔隙水具有滯后現(xiàn)象，氣相的體積不會發(fā)生瞬間膨脹。原土體顆粒周圍的附著水，由于振動和溫度升高，變?yōu)樽杂蓱B(tài)水，在土體顆粒間起“潤滑”作用，消弱土體顆粒間的粘聚力和內(nèi)摩擦力，從而使土體強度下降；2. 液化的產(chǎn)生：土體的壓縮、沉降與夯擊能呈正比，當夯擊能達到一定程度，土體壓縮、沉降不復(fù)發(fā)生，土體呈現(xiàn)不可壓縮性，此時對應(yīng)的

6、夯擊能即為極限飽和能，飽和能的大小與土體種類有關(guān)，一般為50-300KN.M/m3,夯擊能一達到飽和能，土體就出現(xiàn)液化，原附著態(tài)水變?yōu)樽杂蓱B(tài)水，此時土體強度最低。3. 滲透性變化：隨著夯擊能增加到飽和能，按照力學平衡理論，孔隙水壓力上升等于土體上部自重覆蓋壓力。隨著孔隙水和氣泡的逸出，孔隙水壓力逐漸消散；按照梅那的動力固結(jié)理論，強夯時，土體局部液化，所產(chǎn)生的超孔隙水壓力大于土體的橫向壓力，土體結(jié)構(gòu)沿著縱向產(chǎn)生破裂，形成樹枝狀的排水通道?？紫端畨毫Χ冈觯S著孔隙水和氣泡沿孔隙的逸出，孔隙水壓力消散，當與土體橫向壓力平衡時，裂縫閉合，土體中水的運動又恢復(fù)到常態(tài)。4. 觸變的發(fā)生：如下圖所示，強夯后

7、，土體的抗剪強度和變形模量均有大幅度的增長。而土體的變形在這期間卻變化極小，這是因為原自由態(tài)水重新被吸附后變?yōu)楦街鴳B(tài)水的緣故。觸變恢復(fù)是比較緩慢的，一般來說夯擊6個月后土體的抗剪強度只比夯擊一個月后（此時孔隙水壓力已完全消散）增加20%-30%。變形模量增加30%-80%。所以對夯擊效果的檢查可以放在夯擊后4-5周后進行。附圖，強夯時土體隨時間變化的情況根據(jù)上述理論可以認為：強夯法機理就是在極短時間內(nèi)對土體施加一個巨大的沖擊能量，使土體原結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，如土體結(jié)構(gòu)破壞和液化、排水固結(jié)和觸變恢復(fù)等，其作用結(jié)果使原土體的水分和空氣沿空隙裂縫逸出，土體顆粒從新排列，經(jīng)時效壓密達到固結(jié)，從而提高地基

8、承載力，降低其壓縮性的一種有效地基加固處理方式。如圖所示：強度提高區(qū)域為II段即壓密區(qū)，壓密區(qū)的深度就是加固深度。 附圖：強夯過程土體的狀態(tài)I區(qū)：膨脹區(qū)；II區(qū)：壓密區(qū)；III區(qū)：效果減弱區(qū)；IV區(qū)：無效區(qū)；4. 強夯法適用范圍：1. 適于加固碎石土、砂土、低飽和度粉土、粘性土、濕陷性黃土、雜填土、以及“圍海造地”地基等的處理，對于高飽和淤泥，軟粘土、泥炭土、沼澤土在采取一定的減排水措施后也可采用，還可用于水下夯實；2. 強夯不允許用于對工程周邊建筑物或者設(shè)備有一定振動影響的地基加固，必須時，應(yīng)采取防震、隔振措施。3.2 微觀機理 強夯所產(chǎn)生的沖擊能打破了土顆粒間的連接，因而也就破壞了原來的土

9、體結(jié)構(gòu)，改變了土體中各類孔隙的分布狀態(tài)以及它們之間的相對含量，使土顆粒重新排列成更密實的漩渦狀結(jié)構(gòu)。隨著土的觸變性能的恢復(fù)，處于更密實狀態(tài)中的粘膠顆粒和結(jié)晶鹽等膠體結(jié)構(gòu)由于粒間距離的縮小，更好地發(fā)揮了它們的膠結(jié)作用，提高了土體的抗變形能力和剪切強度。4. 強夯施工基本程序 強夯施工采用有自動脫鉤裝置的60噸履帶式起重機，主要施工程序為以下十個步驟： 清理、平整場地現(xiàn)場標出第一遍夯點位置、測量場地高程起重機就位、夯錘對準夯點位置測量夯前錘頂高程將夯錘吊到預(yù)定高度脫鉤自由下落進行夯擊，測量夯錘頂面高程-往復(fù)夯擊，按確定夯擊次數(shù)及控制標準，完成一個夯點的夯擊重復(fù)以上工序，完成第一遍全部分點的夯擊用推

10、土機將夯坑填平，測量場地高程在規(guī)定的間隔時間后，按上述程序逐次完成全部夯擊遍數(shù)用低能量滿夯，將場地表層松土夯實，并測量夯后場地高程。 圖1 強夯施工5.強夯施工主要機具設(shè)備：5.1夯錘：A.混凝土式夯錘B.裝配式鋼夯錘：5.2起重機械：如圖：履帶式起重機5.3脫鉤設(shè)備：目前國內(nèi)主要采用滑輪組脫鉤5.4錨系設(shè)備：為防止夯錘突然脫鉤使起重臂后傾和減小對臂桿的振動，應(yīng)在起重機前設(shè)地錨；如下圖所示：6. 強夯法主要施工參數(shù)設(shè)定（以下參數(shù)僅供參考，施工時應(yīng)以設(shè)計/規(guī)范和要求為準）6.1 錘重M（T）,落距H（M）；6.2夯擊能：夯擊能E=M*H；單位夯擊能（指在單位面積上施加的總夯擊能），一般根據(jù)現(xiàn)場地

11、基土類別，結(jié)構(gòu)類型、荷載大小和要加固處理的深度確定，一般情況下：粗粒土取10003000KN.M/M2,細粒土取15004000KN.M/M2，夯擊能小，加固效果不理想，夯擊能偏大，不僅不經(jīng)濟，而且對于飽和粘土易夯成“橡皮土”，從我國強夯施工狀況來看，選用單擊夯擊能不超過3000KN.M較為經(jīng)濟。6.3夯擊點布置和間距：對于大面積的夯擊加固區(qū)一般采用三角形或正方形布置；對條形基礎(chǔ)可成行布置；對獨立柱基礎(chǔ)可采用單點或者成組布置；在基礎(chǔ)下面必須布置夯點！夯點間距取決于土質(zhì)、加固土層厚度、基礎(chǔ)布置等條件，加固土層厚、透水性差、含水率高，夯點間距較大。以免夯距過小，在夯擊影響的表層重疊區(qū)域內(nèi)形成“硬殼

12、”，影響夯擊能向深處傳遞。加固土層薄、透水性好，含水量低的砂質(zhì)土夯點間距宜小。一般取夯錘直徑的3倍。6.4單點夯擊擊數(shù)和夯擊遍數(shù)；單點的夯擊擊數(shù)必須按夯擊次數(shù)和夯沉降量確定，如下圖所示：1. 夯擊能500KN.M 2.夯擊能1000KN.M且應(yīng)滿足如下幾點要求：1. 最好兩擊的夯沉量不大于50MM，當單擊夯擊能較大時夯沉量不大于100MM;2. 夯坑周圍地面在夯擊后不應(yīng)出現(xiàn)過大隆起；3. 不因夯坑過深，發(fā)生起錘困難；每個夯點的夯擊擊數(shù)一般為310擊；夯擊遍數(shù)由加固區(qū)土質(zhì)決定，一般可采用23遍，最后一次再以低能量（前面夯擊能的1/41/5）滿夯2-4擊；6.5 遍間間歇時間：對滲透性差的粘土一般

13、不少于3-4周，對含水量低、滲透系數(shù)高的碎石土、如無地下水位或地下水位在加固區(qū)表層土以下5M處、透水性好的砂質(zhì)土只需2-3天。6.6處理范圍：處理范圍應(yīng)超出加固區(qū)域基礎(chǔ)部分，超出部分為加固深度的1/2-1/3,且不小于3米。6.7加固影響深度(h);h=K*(M*H)1/2 ,M： 錘重（T），H:落距（M），K：一個與土質(zhì)有關(guān)的折減系數(shù)，一般對粘性土取0.5；砂質(zhì)土取0.5-0.7；黃土取0.35-0.50.強夯法的有效加固深度（M）單擊夯擊能（KN.M）碎石土、砂土等粗粒土粘土、粘性土、濕陷性黃土等細粒土單擊夯擊能（KN.M）碎石土、砂土等粗粒土粘土、粘性土、濕陷性黃土等細粒土100020

14、00300040005.0-6.06.0-7.07.0-8.08.0-9.04.0-5.05.0-6.06.0-7.07.0-8.05000600080009.0-9.59.5-10.010.0-10.58.0-8.58.5-9.09.0-9.5注：強夯法的有效加固深度應(yīng)從最初起夯面起算6.8對周邊建筑物影響的安全距離：如下表：序號夯擊能（KN.M）安全距離(M)1100015250003036000406.9 加固深度加固深度又稱為有效加固深度，本工程地基的有效加固深度為7m左右時，在該范圍內(nèi)承載力應(yīng)達到180kPa以上。6.10 夯擊能量 本工程場地回填土厚5.010米，夯擊能為2500K

15、N-M，錘重15.685噸，直徑2.5米，落距16.25米，加固深度為7米。6.11 夯點布置 夯點采用正方形布置，夯點間距7米。 5.4 夯擊點數(shù)及遍數(shù) 第一、二遍采用點夯，夯擊12擊，第三遍用低能1200KN-M全場地普夯，夯擊3擊。7.強夯法施工控制要點(1)在正式施工前作強夯試驗，以校正各設(shè)計施工參數(shù)，考核施工設(shè)備的性能，為正式施工提供依據(jù)。(2)在研究強夯設(shè)計意圖及設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，提出意見，使方案更趨完善、合理。(3)上場的施工機具。吊車、夯錘、自動脫鉤裝置及輔助施工的推土機、碾壓機。(4)夯實過程的記錄及數(shù)據(jù)。每個夯擊點的每擊夯沉量、夯坑深度、開口大小、夯坑體積及填料量；場地隆起

16、、下沉記錄；每遍夯后場地的夯沉量及填料量記錄；附近建筑物的變形監(jiān)測；滿夯前根據(jù)設(shè)計基底標高，考慮夯沉預(yù)留量并整平場地，使?jié)M夯后接近設(shè)計標高。(5)對每個夯點的最后一遍夯擊及滿夯，應(yīng)控制最后二擊的貫入度符合設(shè)計要求值。 (6)在回填土地基上施工，應(yīng)保證吊車的穩(wěn)定，因此場地平整是必要的前提。 (7)注意吊車、夯錘附近人員的安全，為防止飛石傷人，吊車駕駛室應(yīng)加防護網(wǎng)，起錘后，人員應(yīng)在10m以外并帶安全帽。還應(yīng)設(shè)置地錨！(8)強夯過的場地需要作加固效果評價。靜力觸探試驗檢測方法作為主要使用方法，強夯檢驗在場地施工完成并經(jīng)時效后進行。8 強夯施工中質(zhì)量控制內(nèi)容對強夯施工過程的質(zhì)量控制可以按照事前控制、事

17、中控制和事后控制三個階段付諸實施。 7.1 事前質(zhì)量控制事前質(zhì)量控制也就是施工準備階段的質(zhì)量控制。其主要任務(wù)是：(1)檢查現(xiàn)場施工人員的資質(zhì)與上崗條件是否符合要求，重點是施工的現(xiàn)場管理者、操作者的質(zhì)量管理水平與操作技能；(2)檢查施工機械設(shè)備的選型是否恰當，提升機械設(shè)備性能、夯錘重和落距是否滿足質(zhì)量要求和適合現(xiàn)場條件，設(shè)備數(shù)量是否滿足工作要求，安裝、調(diào)試、檢修措施是否健全等；(3)按照施工現(xiàn)場條件對現(xiàn)場進行統(tǒng)籌安排，材料堆放做到合理、便利，編制施工現(xiàn)場臨時設(shè)施布置圖，對于強夯施工所需要的回填土石材料的進場、存放、使用等方面進行監(jiān)督；(4)場地整平，修筑機械設(shè)備進出場道路，要有足夠的凈空高度、寬

18、度、路面強度和轉(zhuǎn)彎半徑。填土區(qū)應(yīng)清除表層垃圾、雜物等。場地整平挖方時，應(yīng)在強夯范圍預(yù)留夯沉量需要的厚度。7.2 事中質(zhì)量控制 施工過程中的質(zhì)量控制采用巡視、旁站監(jiān)督和抽查檢驗相結(jié)合的方法，根據(jù)強夯施工的工藝流程，編制施工總流程，對關(guān)鍵工藝、重點部位實行全面的監(jiān)督控制。7.3 事后質(zhì)量控制強夯施工結(jié)束后，先進行自驗，整理竣工驗收資料，自驗合格后，向監(jiān)理工程師提出驗收申請，組織現(xiàn)場預(yù)驗收，預(yù)驗收合格后，報告業(yè)主，由業(yè)主組織竣工驗收。8 質(zhì)量控制點的管理質(zhì)量控制點是質(zhì)量控制的重點，對控制點的管理，就是對重要部位、重要工序的重點控制，強夯施工監(jiān)理的重點是：8.1 測量定位管理這是關(guān)系到強夯處理的整體效

19、果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)由施工單位根據(jù)設(shè)計單位提供的夯點布置圖，逐一測放夯點位置，對地下建筑物及設(shè)施，要查明位置及標高，制定防護措施，并報監(jiān)理單位驗收，監(jiān)理人員按規(guī)定程序進行復(fù)測。復(fù)檢合格才能簽證認可。8.2 場地平整強夯前要用推土機將場地平整后，測量場地高程，檢查場地周圍的排水溝是否做好，夯點布置是否符合測量放線確定點。如果地下水位較高，應(yīng)在表面鋪0.52.0m中粗砂墊層，以防設(shè)備下陷和消散強夯產(chǎn)生的孔隙水壓。8.3 強夯順序分段進行施工，從邊緣夯向中央，從一邊向另一邊進行。每夯完一遍，用推土機整平場地，放線定位即可接著進行下一遍夯擊。強夯法的加固順序是：先深后淺，即先加固深層土，再加固中層土，最后

20、加固表層土。最后一遍夯完后，再以抵能量滿夯一遍。8.4 強夯過程控制夯擊時應(yīng)按試驗和設(shè)計確定的強夯參數(shù)進行，落錘應(yīng)保持平衡，夯位應(yīng)準確，夯擊坑內(nèi)積水應(yīng)及時排除?？拥子錾虾窟^大時，可鋪砂石后再進行夯擊。在每一遍夯擊之后，要用土石料將夯擊坑填平，再進行下一遍夯擊。8.5 控制最后兩擊的平均夯沉量對于回填土強夯，控制最后兩擊的平均夯沉量小于100mm，夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起；不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。8.6 雨季施工在雨季進行強夯時，應(yīng)在場地四周設(shè)排水溝、截洪溝，防止雨水流入場內(nèi)，夯擊次數(shù)要適當增加，如有硬殼層要適當增加夯次或提高夯擊能。8.7 檢測與記錄做好施工過程中的監(jiān)測和記錄工作

21、，包括檢查夯錘重和落距，對夯點放線進行復(fù)核，檢查夯坑位置，按要求檢查每個夯點的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量等，并對各項參數(shù)及施工情況進行詳細記錄，作為質(zhì)量控制的根據(jù)。8.8 防振措施對于建筑物影響的安全距離，當受場地限制不能避開時，靠建筑物一側(cè)，應(yīng)考慮采取開挖防振溝等防振隔振措施。防振溝的深度不宜小于臨近建筑物的基礎(chǔ)深度！9 .強夯法常見質(zhì)量問題及處理方式： 強夯法施工常見問題及處理方法：名稱、現(xiàn)象產(chǎn)生原因防治處理方法達不到夯沉量控制指標(強夯最好兩擊的下沉量超過規(guī)定的下沉量)1. 在飽和淤泥，淤泥質(zhì)土，粉砂土強夯產(chǎn)生液化流動。2. 地下水位過高或地基土含水量偏高，強夯時出現(xiàn)側(cè)向擠壓。在飽和淤泥，淤泥質(zhì)土，粉砂土強夯前，鋪設(shè)一層0.5-2M的砂石墊層，采用人工方法降低地下水位。影響深度不夠（強夯后，實際加固深度未達到要求的影響深度，加固后地基土強度達不到設(shè)計要求）1. 土質(zhì)不均勻，下部存在砂卵石，部分夯擊能被吸收。2. 夯錘重量、落距、夯擊擊數(shù)和夯擊遍數(shù)等施工參數(shù)偏大或偏小，造成地基土液化流動，隆起量偏大，地基土下部沒有壓密。強夯前通過試夯確定能滿足設(shè)計要求的施工參數(shù)。