強(qiáng)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(shè)指揮部　南京 210004】

摘　要　地基液化是高地震烈度區(qū)影響地基穩(wěn)定性的重要因素之一，是引起構(gòu)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(xì)介紹了強(qiáng)夯法處理液化地基的365JT技術(shù)方案以及施工過程中的質(zhì)量控制與管理。
關(guān)鍵詞　高速公路　液化地基　強(qiáng)夯法　施工管理

　　江蘇北部（如徐州、宿遷等）地區(qū)廣泛分布廢黃河泛濫沉積物，一般以亞砂土、亞粘土～細(xì)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(chǎn)生液化現(xiàn)象。地基液化是引起構(gòu)筑物破壞的主要形式，同時(shí)該地區(qū)又受到我省主要的地震危險(xiǎn)帶—郯廬地震帶的影響，因此在該地區(qū)國道主干線京福、徐宿、連徐、寧宿徐、沂淮等高速公路建設(shè)中不可避免的遇到大面積液化地基處理問題。根據(jù)《公路工程抗震365JT設(shè)計(jì)規(guī)范》（ＪＴＪ００４－８９），對高速公路必須進(jìn)行液化地基處理，這是減輕地震災(zāi)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(jīng)濟(jì)有效又安全可靠，對保證高速公路建成后的正常運(yùn)營、減輕地震災(zāi)害具有重大現(xiàn)實(shí)意義。


１　液化地基的國內(nèi)外研究概況


　　地基液化分析與處理一直是土動(dòng)力學(xué)的主要研究課題之一。液化一詞最早見于１９２０年Ｈａｚｅｎ．Ａ的《動(dòng)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(jì)５０年代，各國學(xué)者對砂土液化進(jìn)行了廣泛研究，主要包括：砂土液化的機(jī)理，砂土液化的預(yù)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(yīng)力降低而引起粒狀材料(砂土、粉土甚至包括礫石)由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)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(jié)構(gòu)；⑤飽和度；⑥動(dòng)荷載，包括振幅、持時(shí)等。
　　我國《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（ＴＪ１１－７８）根據(jù)１９７１年以前８次大地震的數(shù)據(jù)，參考美國、日本的有關(guān)研究成果給出了以臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為指標(biāo)的砂土液化判別公式。現(xiàn)行規(guī)范《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（ＧＢＪ１１－８９）通過對海城、唐山地震的系統(tǒng)研究，結(jié)合國外大量資料，對原規(guī)范進(jìn)行了修改，采用了兩步評判原則，并對臨界標(biāo)貫擊數(shù)公式進(jìn)行了修改，使之更符合實(shí)際。在國標(biāo)《巖土工程勘察規(guī)范》（ＧＢ５００２１－９４）中，對此又進(jìn)行了補(bǔ)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(jìn)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(biāo)貫擊數(shù)判別方法，并根據(jù)公路工程中的研究成果，給出了臨界標(biāo)貫擊數(shù)的計(jì)算公式。這些規(guī)范在我國工程界得到了廣泛應(yīng)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(dāng)與否，關(guān)系到整個(gè)工程的質(zhì)量、投資和進(jìn)度。因此其重要性已越來越多地被人們所認(rèn)識。對于高速公路這樣大面積處理可液化土而言，強(qiáng)夯法和干振碎石樁法是首選的處理手段。當(dāng)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(nèi)無村莊，無重要構(gòu)造物時(shí)，強(qiáng)夯法是比較理想的地基處理方法。
　　強(qiáng)夯法處理地基是２０世紀(jì)６０年代末Ｍｅｎａｒｄ技術(shù)公司首先創(chuàng)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(dòng)，從而提高地基土的強(qiáng)度并降低其壓縮性。強(qiáng)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(shè)備簡單、施工速度快、適用范圍廣、節(jié)約三材、經(jīng)濟(jì)可行、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過２０多年來的應(yīng)用與發(fā)展，強(qiáng)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(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
　　由于強(qiáng)夯處理的對象（即地基土）非常復(fù)雜，一般認(rèn)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(jīng)常遇到的幾種類型土，還是有規(guī)律可循的。實(shí)踐證明，用強(qiáng)夯法加固地基，一定要根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件和工程使用要求，正確選用強(qiáng)夯參數(shù)，一般通過試驗(yàn)來確定以下強(qiáng)夯參數(shù)：
　　(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(jù)，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(xiàn)的孔隙水壓力達(dá)到土的自重壓力，這樣的夯擊能稱最佳夯擊能。因此可根據(jù)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(jù)最大孔隙水壓力增量與夯擊次數(shù)關(guān)系來確定最佳夯擊能。
　　夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)，可按現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，應(yīng)同時(shí)滿足下列條件：①夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大隆起；②不因夯坑過深而發(fā)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(shù)也可參照夯坑周圍土體隆起的情況予以確定，就是當(dāng)夯坑的豎向壓縮量最大，而周圍土體的隆起最小時(shí)的夯擊數(shù)。對于飽和細(xì)粒土，擊數(shù)可根據(jù)孔隙水壓力的增長和消散來決定，當(dāng)被加固的土層將發(fā)生液化時(shí)的擊數(shù)即為該遍擊數(shù)，以后各遍擊數(shù)也可按此確定。
　　(４)夯擊遍數(shù)：夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，地基土滲透系數(shù)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(dòng)的表層土夯實(shí)。
　　(５)間歇時(shí)間：所謂間歇時(shí)間，是指相鄰夯擊兩遍之間的時(shí)間間隔。Ｍｅｎａｒｄ指出，一旦孔隙水壓力消散，即可進(jìn)行新的夯擊作業(yè)。
　　(６)夯點(diǎn)布置和夯點(diǎn)間距：為了使夯后地基比較均勻，對于較大面積的強(qiáng)夯處理，夯擊點(diǎn)一般可按等邊三角形或正方形布置夯擊點(diǎn)，這樣布置比較規(guī)整，也便于強(qiáng)夯施工。由于基礎(chǔ)的應(yīng)力擴(kuò)散作用，強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)范圍，其具體放大范圍，可根據(jù)構(gòu)筑物類型和重要性等因素考慮確定。
　　夯點(diǎn)間距可根據(jù)所要求加固的地基土性質(zhì)和要求處理深度而定。當(dāng)土質(zhì)差、軟土層厚時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大夯點(diǎn)間距，當(dāng)軟土層較薄而又有砂類土夾層或土夾石填土等時(shí)，可適當(dāng)減少夯距。夯距太小，相鄰夯點(diǎn)的加固效應(yīng)將在淺處疊加而形成硬層，影響夯擊能向深部傳遞。


３　強(qiáng)夯法處理液化地基的質(zhì)量控制與管理


３.１　施工單位選擇
　　對參與施工的強(qiáng)夯施工單位，各施工標(biāo)段中標(biāo)單位要先審查其施工資質(zhì)、信譽(yù)和業(yè)績，并附有前業(yè)主對該單位的書面評價(jià)報(bào)告；任何單位不得將強(qiáng)夯分包給個(gè)人施工。各中標(biāo)單位將經(jīng)初步篩選合格的施工隊(duì)伍形成書面推薦報(bào)告，經(jīng)駐地監(jiān)理審核后，上報(bào)主管部門，經(jīng)批準(zhǔn)后方可進(jìn)場。進(jìn)場后不得再分包或轉(zhuǎn)包，否則，駐地監(jiān)理工程師將責(zé)令分包單位立即退場，損失自負(fù)。
３.２　施工準(zhǔn)備
　　編寫施工組織設(shè)計(jì)，經(jīng)駐地監(jiān)理組審查，監(jiān)理組提出書面審查意見，報(bào)總監(jiān)代表審批同意方可施工。
３.３　施工管理
　　(１)施工單位要按設(shè)計(jì)圖要求編制夯點(diǎn)編號圖，編號圖要清晰、規(guī)范、科學(xué)。
　　(２)施工單位必須制定嚴(yán)格的安全管理措施，現(xiàn)場操作人員必須戴安全帽，并對施工機(jī)械定期作安全檢查。在強(qiáng)夯區(qū)四周要設(shè)置醒目的危險(xiǎn)警告標(biāo)志和安全管理措施，不允許行人和非施工車輛進(jìn)入強(qiáng)夯區(qū)，以確保操作員、過往行人和車輛的安全。
　　(３)施工單位要對強(qiáng)夯機(jī)械進(jìn)行編號，每臺強(qiáng)夯機(jī)械必須持有監(jiān)理組發(fā)放的《施工許可證》方可進(jìn)行強(qiáng)夯施工。
　　(４)施工單位除在強(qiáng)夯機(jī)械上掛《施工許可證》外，還必須掛有《機(jī)械操作主要人員》和《施工技術(shù)參數(shù)》兩塊醒目的牌子，進(jìn)行機(jī)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(diǎn)供現(xiàn)場人員執(zhí)行。
　　(６)鋪設(shè)墊層前要對原地面進(jìn)行清表并整平，且要按每２０米一個(gè)斷面，每個(gè)斷面５個(gè)規(guī)定測點(diǎn)，測量清表后標(biāo)高。
　　(７)用水準(zhǔn)儀測量墊層鋪設(shè)前、后的對應(yīng)測點(diǎn)標(biāo)高，初步確定墊層厚度，每２０米一個(gè)斷面，每個(gè)斷面５個(gè)規(guī)

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定測點(diǎn)，再按每斷面挖１處探坑，進(jìn)一步確定墊層厚度（控坑必須在測點(diǎn)位置上）。
　　(８)墊層寬度按每２０米一處用鋼尺丈量。
　　(９)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行夯點(diǎn)布置，夯點(diǎn)定位布置用鋼尺按１００％的頻率丈量。
　　 注：(１)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，按需３點(diǎn)／５０００Ｍ２且不少于３點(diǎn)進(jìn)行。孔位隨機(jī)布置。特殊地段適當(dāng)加密。
　　　　(２)瑞利波法(ＳＳＷ)按１點(diǎn)／４０Ｍ，在中心線兩側(cè)各１５Ｍ處交叉布點(diǎn)。
　　 (１０)夯錘必須過磅稱重。夯擊能在強(qiáng)夯施工前必須檢測，并滿足設(shè)計(jì)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(shí)排出夯坑內(nèi)積水。
　　(１２)主、副、滿夯的間隙時(shí)間要根據(jù)現(xiàn)場情況作必要的調(diào)整，但間隙時(shí)間必須滿足７２小時(shí)。需要調(diào)整間隙時(shí)間由現(xiàn)場監(jiān)理工程師確定。
　　(１３)遇到不需拆遷的高壓電線時(shí)，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(shí)停電。
　　(１４)施工人員要認(rèn)真做好強(qiáng)夯施工記錄，記錄要求清楚、真實(shí)。
　　(１５)施工人員必須注意觀察已處理路段，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)告駐地監(jiān)理組和有關(guān)部門。
　　(１６)在強(qiáng)夯區(qū)內(nèi)的構(gòu)造物必須在強(qiáng)夯完成后，才能進(jìn)行構(gòu)造物的下部施工。


４　用強(qiáng)夯法處理砂土液化地基的質(zhì)量檢驗(yàn)評定


４.１　基本要求
　　碎石墊層的碎石規(guī)格和質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)要求。強(qiáng)夯施工必須按夯擊點(diǎn)確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行。以各個(gè)夯擊點(diǎn)的夯擊數(shù)作為施工控制數(shù)值。
４.２　實(shí)測項(xiàng)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(diǎn)，整平不符合要求扣２分。
　　(２)夯坑內(nèi)積水應(yīng)及時(shí)排除，不符合要求扣２分。
　　(３)夯后場地應(yīng)平整，無局部隆起，不符合要求扣２分。
４.４　分項(xiàng)工程質(zhì)量等級評定
　　(１)分項(xiàng)工程評分在８５分及以上者為優(yōu)良；７０～８５分者為合格；７０分以下者為不合格。
　　(２)若標(biāo)貫擊數(shù)、瑞利波不合格時(shí)，則該分項(xiàng)工程不合格，可進(jìn)行加固處理，再重新評定其質(zhì)量等級。


５　結(jié)語


　　在京福、徐宿、寧宿徐等高速公路液化地基強(qiáng)夯加固的施工實(shí)踐中，由于建設(shè)、監(jiān)理及施工單位的高度重視，嚴(yán)格按有關(guān)質(zhì)量要求和“施工指導(dǎo)意見”進(jìn)行控制，尤其對強(qiáng)夯參數(shù)的確定都是經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)論證后，選擇合適的參數(shù)指導(dǎo)施工，使強(qiáng)夯法處理液化地基段達(dá)到了設(shè)計(jì)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(qiáng)夯加固達(dá)到了預(yù)期目的。

參考文獻(xiàn)

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〔２〕ＧＢ５００２１－９４《巖土工程勘察規(guī)范

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