强夯地基处理技术在南水北调工程中的应用

1 工程概况

南水北调中线一期工程汤阴段总干渠黄河北～河北段（中线建管局直管和代建项目）汤阴段施工Ⅱ标地域上属于河南省安阳市的汤阴县，设计桩号为Ⅳ185+000～Ⅳ191+000，标段长度6km，标段内共有各种建筑物9座，其淤泥河段（桩号IV185+850～IV186+215.4为填方段），地基土主要由黄土状重粉质壤土（alplQ1 4、alplQ23）组成。黄土状重粉质壤土（alplQ14）层厚1～2.8m，具轻微湿陷性，承载力标准值fk=130kPa；黄土状重粉质壤土（alplQ23）层厚0.5～5m不等，具轻微湿陷性，承载力标准值fk=150kPa。故采用强夯法和重夯法处理本段的地基。

2 施工准备

2.1 材料质量要求

⑴ 回填土料：应选用不含有机质、含水较小的粉土或粉质粘土。

⑵ 柴油、机油、齿轮油、钢丝绳、电焊条均符合要求。

2.2 主要施工机具

⑴ 起重机：20～50t履带式起重机或汽车起重机，宜优先选用履带式起重机。起吊能力大于锤重1.5～2.0倍。均设安全装置，防止夯击时臂杆后仰。

⑵ 夯锤：10～40t，铸钢或钢筒混凝土制作，宜优先选用铸钢夯锤。底面形式宜用圆形。锤的底面宜均匀设置若干个与其顶面贯通的排气孔，孔径可取250～300mm。锤底静接地压力值可取25～40kPa。

⑶ 自动脱钩器：强度足够，转动灵活。起吊时不产生滑钩，能保持夯锤平稳下落，挂钩方便、速度。

⑷ 辅助设备：三角架、龙门架、水准仪和塔尺、钢卷尺、推土机、电焊机等。

2.3 作业条件

⑴ 施工场地要做到“三通一平”，地上电线、地下管网和其他障碍物已清理或妥善安置。如遇雨期施工时，施工周边应挖好排水沟，防止场地表面积水。

⑵ 当作业区地下水位较高或表层为饱和粘性土层，不利于强夯时，应先在表面铺0.5～2.0m厚的中（粗）砂、砂砾或块石垫层，以防设备下陷便于消散孔隙水压，或采取降低地下水位措施后强夯。

⑶ 应具备详细的岩土工程地质及水位地质勘查资料，拟建筑物平面位置图、基础平面图、剖面图，强夯地基处理施工图及施工组织设计。

2.2.3 主要施工参数的选择

2.2.3.1 锤重和落距

锤重M（t）与落距h（m），通常根据要求加固土层的深度（即影响深度）H（m），按以下法・梅那式修正公式选定：

式中 H――夯锤重力；

H――落距（锤底至起夯面距离）（m）；

K――折减系数，一般粘性土取0.5，砂性土取0.7，黄土取0.35～0.50。

锤重一般不宜小于8t，常用的为10t、12t、17t、18t、25t。落距一般不小于6m，多采用8m、10m、12m、13m、15m、17m、18m、20m、25m等几种。每一击的夯击能（E=Mh）一般取600～500kJ。夯击能的总和除以施工面积称为平均夯击能。平均夯击能不宜过小或过大，一般对砂质土取500～1000kJ/m2；对粘性土取1500～3000kJ/m2。

2.2.3.2 夯击点布置及间距

夯击点布置对大面积地基，一般采用梅花形或正方形网格排列；对条形基础夯点可成行布置；对独立柱基础，可按网设置单夯点。

夯击点间距通常取夯锤直径的3倍，一般为5～15m；一般第一遍夯点的间距宜大以便夯击能向深部传递。

2.2.3.3 夯击遍数与击数

夯点遍数一般为2～5遍，前2～3遍为“间夯”，最后一遍以低能量（为前几遍能量的1/4～1/5）进行满夯（即锤印彼此搭接），以加固前几遍夯点之间的土层和被振松的表土层。每夯击点的夯击数，一般软土控制瞬时沉降量5～8cm，废渣填石地基地基控制的最后两击沉降量之差为2～4cm。每夯击点之夯击数一般为3～10击，开始两遍夯击数宜多些，随后各遍击数逐渐减小，最后一遍只夯1～2击。

2.2.3.4 两遍之间的间隔时间

通常待土层内超孔隙水压力大部分消散，地基稳定后再夯下一遍，一般时间间隔1～4周。对黏土或冲积土常为3周，若无地下水或地下水位在5m以下，含水量较少的碎石类填土或透水性强的砂性土，可采取间歇1～2天或采用连续夯击，而不需要间歇。

2.2.3.5 夯击加固范围及加固影响深度

夯击加固范围对于重要工程应比设计地基长（L）、宽（B）各大出一个加固深度（H），即（L+H）*（B+H）；对一般建筑物，在离地基轴线以外3m布置一圈夯击点即可。

2.2.3.6 垫层设置

软弱饱和土或地下水位浅时常需在地面铺设一层碎石垫层、砂砾石垫层，厚度一般为50～150cm。预铺垫层可形成一覆盖压力，减小坑侧土隆起，使坑侧土到加固。预铺设层的又一作用就是在夯击后能形成坑底易透水土塞，从而加大加固深度，并可作为坑底土孔隙水压力的消散通道，加快孔底土孔隙水压力塞消散。另外，这一垫层还可防止夯坑底涌土，并利于施工机械的行走。

2.2.4 施工工艺

⑴ 施工前做好强夯地基地质勘察，对不均匀土层适当增加钻孔和原位测试工作，掌握土质情况，作为制定强夯方案和对比夯前、夯后加固效果之用。查明强夯影响范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高，采取必要的防护措施，避免强夯施工而造成破坏。

⑵ 施工前应根据设计要求的锤重、落距、夯击点布置及夯击点的夯击数，进行现场 试夯，以确定正式施工时采用的技术参数。

⑶ 强夯前应平整场地，周围做好排水沟，按夯点布置测量放线确定夯位。地下水位较高时，应在表面铺0.5～2.0m中（粗）砂或砂石垫层，以防设备下陷和便于消散强夯产生的孔隙水压，或采取降低地下水位后再强夯。

⑷ 夯击时应按试验和设计确定的强夯参数进行，落锤应保持平稳，夯位应准确，夯击坑内积水应及时排除。坑底含水量过大时，可铺砂石后再进行夯击。在每一遍夯击之后，要用新土或周围的土将夯击坑填平，再进行下一遍夯击。强夯后，基坑应及时休整，浇注混凝土垫层封闭。

⑸强夯应分段进行，顺序从边缘夯向中央。对厂房柱基亦可一排一排夯，起重机直线行驶，从一边向另一边进行，每夯完一遍，用推土机整平场地，放线定位即可接着进行下一遍夯击。强夯法的加固顺序是：先深后浅，即先加固深层土，再加固中层土，最后加固表层土。最后一遍夯完后，再以低能量满夯一遍。

⑹夯击间距一般根据基础布置、加固土层的厚度和土质情况而定。加固土层厚度、土质差、透水性弱、含水量高的，夯点间距宜大，可为7～15m；加固土层薄、透水性强、含水量低的砂质土，间距可为5～10m。夯击点宜用石灰点或打小木桩进行控制，其偏差不得大于5cm。

⑺对于高饱和度的粉土、黏性土和新饱和填土，进行强夯时，很难控制最后两击的平均夯沉量。在规定的范围内，可以采取：①适当将夯击能量降低；②将夯沉量查适当加大；③填土采取将原土上的淤泥清除，挖纵横盲沟，以排除土内的水分，同时在原土上铺50cm的砂石混合料，以保证强夯时土内的水分排除。

⑻雨季填土区强夯，应在场地四周设排水沟、截洪沟。防止雨水留有场内；填土应使用中间稍高；土料含水率应符合要求；认真分清回填。分层推平、碾压，并使表面保持1%～2%的排水坡度；雨后抓紧排除积水，推掉表面稀泥和软土，再碾压；夯后夯坑立即推平、压实，使高于四周。

2.2.5 质量标准

⑴ 施工前应检查夯锤重量、尺寸、落锤控制手段、排水设施及被夯地基的土质。

⑵ 施工中应检查落距、夯击遍数、夯点位置、夯击范围。

⑶ 施工结束后，检查被夯地基的强度或进行承载力检验。

⑷ 强夯施工的验收，主要是检查施工记录及各项技术参数，并应在夯击过的场地选点做检验，一般可采用标准贯入试验、动力触探、静力触探、十字板剪力试验、旁压试验、波速测定、载荷试验等原位测试方法。

3 结语

强夯在该工程中的应用，提高了地基的承载力，有效解决了该工程高填方段渠道基础地基承载力因湿陷性黄土存在的风险。强夯能量有可能对邻近建筑物产生影响时，应在施工区边界开挖隔震沟，隔震沟规模应根据影响程度确定。