浅谈高能级强夯加固抛石填海地基的工艺原理及特点
浅谈高能级强夯加固抛石填海地基的工艺原理及特点
摘要：随着我国施工技术的不断发展，强夯法的应用在深度和广度上都在进一步迅速发展中，强夯能级不断增大。本文简单介绍了高能级强夯加固抛石填海地基的工艺原理及四个主要特点。
关键字：高能级强夯抛石填海工艺原理 工艺特点
一、引言
强夯法是法国Menard 技术公司于上世纪60年代后期创造的一种地基加固方法，自上世纪70年代中期被介绍引进至国内，已广泛应用于工业厂房、民用住宅、大面积堆场、高等级公路、飞机场等多项工程的地基加固。近几年因为我国石油化工、港口码头、船舶等大型基础设施产业持续快速的发展，沿海建设用地日益紧缺，国家不断通过大规模的填海造地，以满足该类型基础设施建设的发展需要，其中抛石填海被广泛使用。但因此形成的地基常夹杂有淤泥杂质，极不均匀，而且比较疏松，不能满足大型项目建设需要。采用高能级强夯(指单击夯击能大于6000kN・m的强夯)加固处理抛石填海地基，可更进一步提高地基土强度和均匀性，降低压缩性，减少工后沉降，改善其抵抗振(震)动液化的能力等具有明显的效果。
二、工艺原理
2.1高能级强夯法机理
强夯法的原理是应用物理学中的功能原理达到加固地基的目的，它是功能原理中势能和动能重复转化过程，是利用强大的夯击能，使土中反复出现很大的冲击波和应力，夯后产生如下物理变化：土体结构的破坏或液化，排水固结，能变恢复等。最终达到提高土层的均匀性和强度、减少差异沉降的地基加固效果。强夯产生的夯击能并不是全部用于地基的加固，正常夯击能的效率系数η=0.5～0.9。
与常规强夯法相比，高能级强夯通过更大的能量冲击，提高有效加固深度至10-20米，甚至更大，可进一步提高强夯的经济性、高效性，但其夯击能的效率系数比常规较低η=0.3～0.7。
2.2高能级强夯施工设计
2.2.1夯击能及有效加固深度
夯击能由夯锤质量及落距决定，关系式为：E=Wh
加固深度可依据梅那公式计算 H=K=K。
式中E 为夯击能(KN*m)，w为夯锤质量(KN)，h为落距(m)，H为要求加固的有效深度(m)，K为小于1的修正系数，K的取值与地质和施工条件相关，可参考行业相关研究成果。
2.2.2夯击遍数及夯点间距、夯点布置
高能级强夯设计应遵循先深层，次中层，最后表层的处理原则，且根据所处理层位确定相应的工艺参数，常规采用三遍～四遍成夯的施工工艺，第一遍点夯夯击能应尽可能加大，尽最大程度一遍达到或接近设计要求的影响加固深度。
主夯点间距一般为2.0D～3.5D (D为夯锤底直径)，或大致小于预期的有效加固深度，夯点布置多采用梅花形或正方形布置。
2.2.3强夯机械及夯锤
强夯机的额定起吊能力应为夯锤重的1.5～3.0 倍，一般采用70～150T履带式起重机，并装配合适的门架，或国内生产的CGE系列强夯机。
夯锤的参数主要包括锤重、锤形、锤底面积，气孔、材质等。一般选择铸铁夯锤、圆形、质量40～80T、锤底直径2.2～3.0m、2～5个直径0.2～0.4m气孔，锤底接地静压力60～120kPa为宜。
三、工艺特点
3.1加固深度厚
与常规强夯法相比，高能级强夯的有效加固深度可达lO～20m，甚至更大。能级越高，有效加固深度越大，但仅靠能级增加得到的有效加固深度的增幅衰减明显。
3.2经验及信息化施工要求高
高能级强夯超出规范标准，对强夯机械的要求较高，施工中工程协调配合工作量大，地基处理过程常出现超常规的异常现象，施工工艺比较复杂。必须借助施工过程中的加固信息反馈，如对各夯点的夯沉量、击数、夯坑深度、夯坑填料成分、含水量变化及夯坑周围地面变形情况等诸方面监测以及夯后检测结果记录，及时地、反复地对强夯参数及施工工艺进行相应的修正与调整，才能满足强夯加固的技术要求，满足承载力特别是减少沉降量和变形均匀性的要求，从而取得较好的加固效果。因此高能级强夯对工程经验的依赖性和信息化施工要求很强，要求管理人员具有较高的技术水平和丰富的管理经验。
3.3排他性及唯一性
在填海造地陆域形成时，如果回填碎石土深度较大，形成的地基比较疏松、空隙较大，而且随造地规模增大，回填土厚度深达15m甚至20m以上，采用常规地基处理方法难以处理，即使采用桩基，由于块石影响，不仅施工难度较大，而且无法解决深厚填土的自重沉降问题。在这种情况下，高能级强夯法是地基处理惟一可供选择的方法，从这种意义上讲，高能级强夯的应用和发展在某些大型项目地基处理中具有惟一性。
3.4性价比高
具有工艺简单、工期缩短、节省三材、保护环境、效益显著等特点，是一种高性价比的绿色地基处理技术。与钻孔灌注桩、PHC桩等桩基处理或挤密碎石桩复合地基处理、低能级分层强夯处理等比较，从工期和造价角度出发，高能级强夯工艺具有一定明显的优势。
四、结束语
针对抛石填海地基，自工艺原理分析，应用高能级强夯加固处理具有一定的科学性和良好的适宜性。高能级强夯工艺同时具有一定的特点和优点，其进一步的理论研究和工程应用必然使强夯地基处理技术更好地服务于我国的工程建设事业。
参考文献：
1 建筑地基处理技术规范 JGJ 79―2002.
2 建筑地基基础设计规范 GB 50007―2002.
3 王铁宏,水伟厚,王亚凌.对高能级强夯技术发展的全面与辩证思考.建筑结构,2009年11月:86-89.
车利军1978年9月 陕西建工集团机械施工有限公司 施工管理.