强夯地基处理技术在南水北调输水总干渠基础处理中的应用

【摘要】南水北调新郑I标输水总干渠为黄土状土均一结构。以挖方为主，挖深7～8m，最大挖深11m左右。渠底板主要位于黄土状中粉质壤土中，渠坡主要由黄土状中粉质壤土（alplQ3）和重粉质壤土（dlplQ2）构成。黄土状中粉质壤土有两层，上层厚3.5～20.0m，下层一般厚3.0～10.0m，一般具轻微湿陷性，部分具中等～强烈湿陷性，湿陷深度3～6m，湿陷起始压力44～133kPa；重粉质壤土厚度较大，局部具弱膨胀潜势，均不利于渠坡和地基稳定。为了增加地基承载力，采用强夯地基处理技术对湿陷性黄土进行消除湿陷性、增加地基承载力，可为同类型水利工程地基处理参考。

【关键词】强夯；南水北调；基础处理

1、引言

强夯地基处理技术是法国梅纳（Menard）技术公司于1969年首创，这种方法是将重锤以一定的落距自由落下给地基以冲击和振动，使地基出现强大的应力波，引起土体内密度、应力、孔隙水压力等的变化，从而到达加固地基的目的。本文结合南水北调新郑I标总干渠基础处理，利用强夯地基处理技术进行湿陷性黄土状土基础增加地基承载力、消除湿陷性的成功应用，对强夯地基处理技术在湿陷性黄土状土基础处理中的应用进行了总结。

2 、工程概况

南水北调新郑南I标，标段为桩号SH115+348.7～SH120+500，长度5.15km，以挖方为主，挖深7～8m，最大挖深11m左右。渠底板主要位于黄土状中粉质壤土中，渠坡主要由黄土状中粉质壤土（alplQ3）和重粉质壤土（dlplQ2）构成。黄土状中粉质壤土有两层，上层厚3.5～20.0m，下层一般厚3.0～10.0m，一般具轻微湿陷性，部分具中等～强烈湿陷性，湿陷深度3～6m，湿陷起始压力44～133kPa；重粉质壤土厚度较大，局部具弱膨胀潜势，均不利于渠坡和地基稳定。

3、强夯试验目的

目的是验证初定的强夯施工参数，恰当地选择夯点间距、每点击数和夯击遍数。夯点的夯击次数：按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足系列条件：

⑴ 强夯最后两击的平均夯沉量不大于5cm，重夯最后两击的平均夯沉量宜为1～2cm；

⑵ 夯坑周围地面不应发生过大的隆起；

⑶ 不因夯坑过深而发生起锤困难。

4 、施工前的准备工作

4.1 强夯机具的选择

4.1.1 夯锤的选择

根据规范规定该试验宜采用圆形锤或多边形锤，因圆形锤印易于重合，本工程拟选择圆形锤；本工程夯锤直径2.5m，选择夯锤重20t（2000KN.m），为铸钢材料，吊环为φ50mm，中心为φ300mm排气孔。

4.1.2 起重机的选择

拟投入50t吨履带式起重机两台，采用自动脱钩装置，起重能力大于1.5倍锤重，最大落距为15m。

4.1.3 自动脱钩装置

50t履带式起重机采用自动脱钩装置。拉绳一端固定在锁柄上，另一端穿过转向滑轮固定在臂杆底部横轴上，当夯锤起吊到预定高度时，开钩绳随即拉紧，而脱钩装置开启，夯锤脱钩下落。同时可保证每次夯击落距相同。

4.2 试验区选择

试验区的初拟位置如下表所示：

4.3 强夯试验的技术参数

强夯法加固地基要根据现场的地质情况、工程的具体要求和施工条件进行试验，通过试验确定有关技术参数，包括锤重、落距、夯击点布置及间距、夯击遍数、两遍之间的间隔时间、平均夯击能、加固深度等（通过室内试验测定土的干密度和湿陷系数）。根据本标段实际地质情况，强夯试验区设计初定强夯参数为：单击夯击能2000KN.m。

施工过程中应严格控制夯锤的起吊高度（第一、二遍为15m，第三遍为5m）、夯击点布置及间距（第一遍正三角布置，间距6.5m，第二遍夯点在第一遍夯点之间布置）、夯击遍数（每遍均为10击）、间隔时间为3周。

4.3.1 锤重及夯击点布置

本工程依据实际情况，选定锤重20t。本工程属大面积强夯，依据设计要求试验拟采用正三角型布点方式，强夯夯锤直径为2.5m。根据规范[JGJ79-2002]规定，强夯地基采用夯锤中距为夯锤直径的2.5～3.5倍，正三角形布置第一遍夯点本试验取夯锤中距6.5m，第二遍夯点在第一遍夯点之间布置，第三遍满堂布置、夯印搭接1/3锤径。

强夯施工区夯点布置示意图见图4.3-1。

4.3.2 夯击击数和夯击遍数

强夯击数每遍10击的夯击参数，消散期为3周，根据试验数据得到夯击次数和夯沉量关系曲线。

5、强夯法处理湿陷性黄土的几点体会

⑴强夯法和换土法、灰土挤密桩、灰土井桩、灌注桩比较，有其独特的优点，尤其适于土质结构不均匀、土质情况差异的地基，更安全可靠。更重要的是强夯法处理湿陷性黄土地基是最经济、最有效、速度快的一种方法。

⑵ 桩孔的布置为三角形或梅花形

⑶ 由于强夯法在施工过程中，重锤下落时（约隔3min）要产生持续0.50，1s的地基振动。这种震波对邻近一定范围内的建筑物是没有损伤的。但其产生的噪音对附近居民有一定的影响，以适于建设现场的公害控制值75dB作為标准时，那么施工地点应离开住宅50m以外为宜。

6、结语

强夯法不仅能提高地基土的强度，降低其压缩性，还能改善抗振动液化的能力和消除土的湿陷性，因此适用于处理南水北调总干渠湿陷性黄土地基。

作者简介：王伟伟（1982-），男，陕西长武人，项目部工程部主任，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；