強夯法處理液化地基的365JT施工管理

崔大偉 劉祥勇

【江蘇省高速公路建設指揮部　南京 210004】

摘　要　地基液化是高地震烈度區影響地基穩定性的重要因素之一，是引起構筑物破壞的主要形式。本文提出了高等級公路液化地基處理方法，詳細介紹了強夯法處理液化地基的365JT技術方案以及施工過程中的質量控制與管理。
關鍵詞　高速公路　液化地基　強夯法　施工管理

　　江蘇北部（如徐州、宿遷等）地區廣泛分布廢黃河泛濫沉積物，一般以亞砂土、亞粘土～細砂為主，埋層淺，地下水位高，天然地基承載力低，在地震作用下易產生液化現象。地基液化是引起構筑物破壞的主要形式，同時該地區又受到我省主要的地震危險帶—郯廬地震帶的影響，因此在該地區國道主干線京福、徐宿、連徐、寧宿徐、沂淮等高速公路建設中不可避免的遇到大面積液化地基處理問題。根據《公路工程抗震365JT設計規范》（ＪＴＪ００４－８９），對高速公路必須進行液化地基處理，這是減輕地震災害的根本性措施。因此，如何控制和管理好處理液化地基的施工，做到既經濟有效又安全可靠，對保證高速公路建成后的正常運營、減輕地震災害具有重大現實意義。


１　液化地基的國內外研究概況


　　地基液化分析與處理一直是土動力學的主要研究課題之一。液化一詞最早見于１９２０年Ｈａｚｅｎ．Ａ的《動力沖填壩》，用來說明卡拉弗拉斯沖填壩的毀壞。１９３６年Ｃａｓａｇｒａｎｄｅ首先給出了砂土液化的判別方法——臨界孔隙比法。上世紀５０年代，各國學者對砂土液化進行了廣泛研究，主要包括：砂土液化的機理，砂土液化的預估方法，砂土液化的地基處理等。
　　所謂液化是指由于孔隙水壓增加及有效應力降低而引起粒狀材料(砂土、粉土甚至包括礫石)由固態轉變成液態的過程。影響液化的因素有：①顆粒級配，包括粘粒、粉粒含量，平均粒徑ｄ５０；②透水性能；③相對密度；④結構；⑤飽和度；⑥動荷載，包括振幅、持時等。
　　我國《工業與民用建筑抗震設計規范》（ＴＪ１１－７８）根據１９７１年以前８次大地震的數據，參考美國、日本的有關研究成果給出了以臨界標準貫入擊數為指標的砂土液化判別公式。現行規范《建筑抗震設計規范》（ＧＢＪ１１－８９）通過對海城、唐山地震的系統研究，結合國外大量資料，對原規范進行了修改，采用了兩步評判原則，并對臨界標貫擊數公式進行了修改，使之更符合實際。在國標《巖土工程勘察規范》（ＧＢ５００２１－９４）中，對此又進行了補充，給出了液化比貫入阻力臨界值和液化剪切波速臨界值公式，用來進行液化判別。在公路工程中，基本上沿用上述兩步評判原則，采用了臨界標貫擊數判別方法，并根據公路工程中的研究成果，給出了臨界標貫擊數的計算公式。這些規范在我國工程界得到了廣泛應用。


２　高等級公路可液化地基處理方案的確定


　　液化地基處理恰當與否，關系到整個工程的質量、投資和進度。因此其重要性已越來越多地被人們所認識。對于高速公路這樣大面積處理可液化土而言，強夯法和干振碎石樁法是首選的處理手段。當全液化地基路段較長，需處理面積大，公路沿線外緣較近范圍內無村莊，無重要構造物時，強夯法是比較理想的地基處理方法。
　　強夯法處理地基是２０世紀６０年代末Ｍｅｎａｒｄ技術公司首先創立的，該方法將８０～４００ｋＮ重錘從落距６～４０ｍ處自由落下，給地基以沖擊和振動，從而提高地基土的強度并降低其壓縮性。強夯法常用來加固碎石、砂土、粘性土、雜填土、濕陷性黃土等各類地基土。由于其具有設備簡單、施工速度快、適用范圍廣、節約三材、經濟可行、效果顯著等優點，經過２０多年來的應用與發展，強夯法處理地基受到各國工程界的重視，并得以迅速推廣，取得了較大的經濟效益和社會效益。
　　由于強夯處理的對象（即地基土）非常復雜，一般認為不可能建立對各類地基土均適合的具有普遍意義的理論，但對地基處理中經常遇到的幾種類型土，還是有規律可循的。實踐證明，用強夯法加固地基，一定要根據現場的地質條件和工程使用要求，正確選用強夯參數，一般通過試驗來確定以下強夯參數：
　　(１)有效加固深度：有效加固深度既是選擇地基處理方法的重要依據，又反映了處理效果。
　　(２)單擊夯擊能：單擊夯擊能等于錘重×落距。
　　(３)最佳夯擊能：從理論上講，在最佳夯擊能作用下，地基土中出現的孔隙水壓力達到土的自重壓力，這樣的夯擊能稱最佳夯擊能。因此可根據孔隙水壓力的疊加值來確定最佳夯擊能。在砂性土中，孔隙水壓力增長及消散過程僅為幾分鐘，因此孔隙水壓力不能隨夯擊能增加而疊加，可根據最大孔隙水壓力增量與夯擊次數關系來確定最佳夯擊能。
　　夯點的夯擊次數，可按現場試夯得到的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定，應同時滿足下列條件：①夯坑周圍地面不應發生過大隆起；②不因夯坑過深而發生起錘困難；③每擊夯沉量不能過小，過小無加固作用。夯擊次數也可參照夯坑周圍土體隆起的情況予以確定，就是當夯坑的豎向壓縮量最大，而周圍土體的隆起最小時的夯擊數。對于飽和細粒土，擊數可根據孔隙水壓力的增長和消散來決定，當被加固的土層將發生液化時的擊數即為該遍擊數，以后各遍擊數也可按此確定。
　　(４)夯擊遍數：夯擊遍數應根據地基土的性質確定，地基土滲透系數低，含水量高，需分３～４遍夯擊，反之可分兩遍夯擊，最后再以低能量“搭夯”一遍，其目的是將松動的表層土夯實。
　　(５)間歇時間：所謂間歇時間，是指相鄰夯擊兩遍之間的時間間隔。Ｍｅｎａｒｄ指出，一旦孔隙水壓力消散，即可進行新的夯擊作業。
　　(６)夯點布置和夯點間距：為了使夯后地基比較均勻，對于較大面積的強夯處理，夯擊點一般可按等邊三角形或正方形布置夯擊點，這樣布置比較規整，也便于強夯施工。由于基礎的應力擴散作用，強夯處理范圍應大于基礎范圍，其具體放大范圍，可根據構筑物類型和重要性等因素考慮確定。
　　夯點間距可根據所要求加固的地基土性質和要求處理深度而定。當土質差、軟土層厚時應適當增大夯點間距，當軟土層較薄而又有砂類土夾層或土夾石填土等時，可適當減少夯距。夯距太小，相鄰夯點的加固效應將在淺處疊加而形成硬層，影響夯擊能向深部傳遞。


３　強夯法處理液化地基的質量控制與管理


３.１　施工單位選擇
　　對參與施工的強夯施工單位，各施工標段中標單位要先審查其施工資質、信譽和業績，并附有前業主對該單位的書面評價報告；任何單位不得將強夯分包給個人施工。各中標單位將經初步篩選合格的施工隊伍形成書面推薦報告，經駐地監理審核后，上報主管部門，經批準后方可進場。進場后不得再分包或轉包，否則，駐地監理工程師將責令分包單位立即退場，損失自負。
３.２　施工準備
　　編寫施工組織設計，經駐地監理組審查，監理組提出書面審查意見，報總監代表審批同意方可施工。
３.３　施工管理
　　(１)施工單位要按設計圖要求編制夯點編號圖，編號圖要清晰、規范、科學。
　　(２)施工單位必須制定嚴格的安全管理措施，現場操作人員必須戴安全帽，并對施工機械定期作安全檢查。在強夯區四周要設置醒目的危險警告標志和安全管理措施，不允許行人和非施工車輛進入強夯區，以確保操作員、過往行人和車輛的安全。
　　(３)施工單位要對強夯機械進行編號，每臺強夯機械必須持有監理組發放的《施工許可證》方可進行強夯施工。
　　(４)施工單位除在強夯機械上掛《施工許可證》外，還必須掛有《機械操作主要人員》和《施工技術參數》兩塊醒目的牌子，進行機械操作的主要人員必須掛牌上崗。
　　(５)施工單位要制定施工要點供現場人員執行。
　　(６)鋪設墊層前要對原地面進行清表并整平，且要按每２０米一個斷面，每個斷面５個規定測點，測量清表后標高。
　　(７)用水準儀測量墊層鋪設前、后的對應測點標高，初步確定墊層厚度，每２０米一個斷面，每個斷面５個規

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定測點，再按每斷面挖１處探坑，進一步確定墊層厚度（控坑必須在測點位置上）。
　　(８)墊層寬度按每２０米一處用鋼尺丈量。
　　(９)按設計要求進行夯點布置，夯點定位布置用鋼尺按１００％的頻率丈量。
　　 注：(１)標準貫入試驗，按需３點／５０００Ｍ２且不少于３點進行。孔位隨機布置。特殊地段適當加密。
　　　　(２)瑞利波法(ＳＳＷ)按１點／４０Ｍ，在中心線兩側各１５Ｍ處交叉布點。
　　 (１０)夯錘必須過磅稱重。夯擊能在強夯施工前必須檢測，并滿足設計要求。每夯擊１００次，用鋼尺量一次夯錘落距。
　　(１１)施工單位必須及時排出夯坑內積水。
　　(１２)主、副、滿夯的間隙時間要根據現場情況作必要的調整，但間隙時間必須滿足７２小時。需要調整間隙時間由現場監理工程師確定。
　　(１３)遇到不需拆遷的高壓電線時，施工單位必須安排集中施工的方案，市高指向供電部門申請臨時停電。
　　(１４)施工人員要認真做好強夯施工記錄，記錄要求清楚、真實。
　　(１５)施工人員必須注意觀察已處理路段，發現異常情況及時報告駐地監理組和有關部門。
　　(１６)在強夯區內的構造物必須在強夯完成后，才能進行構造物的下部施工。


４　用強夯法處理砂土液化地基的質量檢驗評定


４.１　基本要求
　　碎石墊層的碎石規格和質量必須符合設計要求。強夯施工必須按夯擊點確定的技術參數進行。以各個夯擊點的夯擊數作為施工控制數值。
４.２　實測項目表
４.３　外觀鑒定
　　(１)填筑碎石墊層前必須清表、整平，無明顯凸凹點，整平不符合要求扣２分。
　　(２)夯坑內積水應及時排除，不符合要求扣２分。
　　(３)夯后場地應平整，無局部隆起，不符合要求扣２分。
４.４　分項工程質量等級評定
　　(１)分項工程評分在８５分及以上者為優良；７０～８５分者為合格；７０分以下者為不合格。
　　(２)若標貫擊數、瑞利波不合格時，則該分項工程不合格，可進行加固處理，再重新評定其質量等級。


５　結語


　　在京福、徐宿、寧宿徐等高速公路液化地基強夯加固的施工實踐中，由于建設、監理及施工單位的高度重視，嚴格按有關質量要求和“施工指導意見”進行控制，尤其對強夯參數的確定都是經反復試驗論證后，選擇合適的參數指導施工，使強夯法處理液化地基段達到了設計要求，從已建成的高速公路處理路段的工后路基沉降觀測看，處理段液化地基強夯加固達到了預期目的。

參考文獻

〔１〕Ｓｅｅｄ．Ｈ．Ｂ.Ｉｄｒｉｓｓ.Ｉ．Ｍ．(１９７１)．Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｅ-ｖａｌｕａｔｉｎｇ ｓｏｉｌｌｉｑｕｅｆｙａｃｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ．Ｊ．Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈ Ａｎｄ Ｆｏｕｎｄ．Ｄｉｖ.ＡＳＣＥ.９７(９)
〔２〕ＧＢ５００２１－９４《巖土工程勘察規范

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