关于强夯法处理震动液化地基的探讨

　　摘要：震动液化土层在我国滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围及山涧谷地均有广泛分布。埋藏较浅的液化土层如果在设计施工中不加以重视，对其进行处理，工程竣工以后在运行过程中公路路基往往会出现各种病害，所以如何处理好地基的液化土层则成为公路工程中的一个课题。本文以山东省德州至河南省商丘干线公路鄄城至菏泽段高速公路（以下简称德商路）为例着重论述了公路施工中以强夯法处理震动液化土地基的方法及注意事项。
　　关键词：液化土，强夯法，处理方法
　　1.震动液化的判别
　　根据《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）的规定，地面以下20m范围内有饱和的砂土或粉土时，对其进行地震液化判别。通过地勘资料提供的的地下水埋深、地下水以上土的容重、地下水以下土的容重、粘粒含量、水平地震系数等参数，在不考虑公路路基附加应力影响的前提下，计算出地震液化层的临界标贯击数，并与修正的实测标贯击数相比较，判断是否液化，判断公式如下：
　　临界标贯击数：，
　　修正的实测标贯击数：
　　通过以上方式，对全线地基内的饱和粉土和砂土进行评价，列出地震液化的段落。针对每一段液化地基上的路堤填筑高度、填料容重、液化层顶面埋深，计算出液化层顶面的附加应力，重新计算总上覆压力和有效覆盖压力。计算时按条形面积受均布荷载作用的计算模式：
　　附加应力：(n=z/b)
　　考虑附加应力后，重复地震液化评价过程，当评价结果由液化转为不液化时，视为地震时路堤下方地基不液化，而两侧地基液化。
　　2.地基液化后的稳定验算
　　震动液化地基验算以路堤和地基的整体稳定性为目标，涉及路基填料扰动压实后的抗剪强度C、Ф值，以及地基内各土层地震后的抗剪指标，计算时按地基土的液化抵抗系数Ce予以折减，计算时采用有效固结应力法，采用地基土原状样的直接快剪指标。路基填料的指标采用各试验值的保证率平均值，求出抗剪强度的单侧置信下限。稳定安全系数计算公式如下：
　　液化抵抗系数：
　　稳定安全系数：（）
　　稳定计算结果：断面计算时在既定段落内选择最不利情况为典型断面，德商路在计算后得出以下为各段典型断面的计算结果：
　　表1-1震动液化地基典型断面计算结果一览表
　　
　　3.震动液化处理措施
　　经以上计算，稳定安全系数小于1.2时，则视为地震时不安全，设计时采取消除液化的工程措施。根据德商路的实际情况，消除液化主要采取强夯和振动沉管碎石桩。本文主要论述强夯法。
　　4.强夯法
　　4.1适用范围、分类及作用
　　强夯法处理地基基础具有效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节省材料等优点，因此越来越广泛地被应用于工民建、公路、铁路路基、机场跑道、码头等地基处理工程。而在实际工程施工中，监理工程师通过行之有效的质量控制措施，指导施工单位采取科学合理的施工方案，对工程质量的可靠性、工程造价经济合理性有很大作用。
　　4.2强夯施工基本程序
　　强夯法处理地基的施工工艺流程虽在不同的地质条件下稍有差异，但总体上看，仍遵循共同的工作程序，主要施工程序为以下十个步骤：
　　①清理、平整场地→②现场标出第一遍夯点位置、测量场地高程→③起重机就位、夯锤对准夯点位置→④测量夯前锤顶高程→⑤将夯锤吊到预定高度脱钩自由下落进行夯击，测量锤顶高程→⑥往复夯击，按确定夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击→⑦重复以上工序，完成第一遍全部分点的夯击→⑧用推土机将夯坑填平，测量场地高程→⑨在规定的间隔时间后，按上述程序逐次完成全部夯击遍数→⑩用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。
　　4.3强夯处理参数
　　针对某一强夯处理工程，监理工程师为便于在施工过程中有效开展质量控制，首先应熟悉施工图纸，了解设计意图和经强夯处理后设计所要达到的目标，弄懂强夯施工的有关技术参数。
　　4.3.1单位夯击能
　　锤重M(t)与落距h(m)是影响夯击能和加固深度的重要因素，它直接决定每一击的夯击
　　能量，锤重一般不宜小于8t，落距一般不小于6m。锤重M与落距h的乘积称为夯击能E=(M×h)。强夯的单位夯击能(指单位面积上所施加的总夯击能)，应根据地基类别、结构类别、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定，这就要求监理工程师在试夯施工过程中组织有关单位不断加以总结，并及时反馈给设计部门。
　　夯击能过小，加固效果差；分击能过大，不仅浪费能源增加费用，而且对饱和粘性土会破坏土体，形成橡皮土，降低强度。从我国强分施工现状来看，在一般情况下，对于粗颗粒土可取1000-3000KN•m／m²；细颗粒土可取1500-4000KNm／m²，而且选用单击夯击能以不超过3000KNm较为经济。在同一单击能量(机械提升能量)情况下，采用重锤低落距处理地基工程优于轻锤高落距强夯方案。
　　4.3.2夯击点布置及间距
　　一般情况下，夯击点间距取决于基础布置、加固土层厚度和土质等条件。加固土层厚、土质差、透水性弱、含水率高的粘性土，夯点间距宜大，如果夯击点太密，相邻夯击点的加固效应将在浅处叠加而形成硬壳层，影响夯击能向深部传递；加固土层薄、透水性强、含水量低的砂质土间距宜小些，通常夯击点间距取夯锤直径的3倍，一般第一遍夯击点间距为5～9m，以后各遍夯击点可与第一遍相同，也可适当减小。对处理深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。
　　4.3.3单点的夯击击数与夯击遍数
　　单点夯击数应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足以下条件：(1)最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时应不大于100mm；(2)夯坑周围地面不应发生过大的隆起；(3)不因夯坑过深而发生起锤困难。每夯击点的夯击数一般为3～10击。
　　在施工中，夯击遍数和每夯击点的夯击数是相关的两个参数。监理工程师应根据土质情况，决定采用不同的夯击遍数。对于颗粒细、透水性弱、含水量高的土层，宜采用减少每遍的夯击击数，增加夯击遍数；而对于颗粒粗、透水性强、含水量低的土层，宜采取增加每遍的夯击数，减少夯击遍数。一般情况下，夯击遍数可采用2～3遍，最后再以低能量(如前几遍能量的1／4—1／5，锤击数为2～4击)满分一遍，以加固前几遍之间的松土和被振松的表
　　土层。
　　为达到减少夯击遍数，还应根据地基土的性质适当加大每遍的夯击能，亦即增加每夯点的夯击次数或适当缩小夯点间距，以便在不同夯击遍数的情况下能获得相同的夯击效果。
　　4.3.4两遍间隔时间
　　两遍夯击之间应有一定的时间间隔，以利于土中超静孔隙水压力的消散，待地基土稳定后再夯下遍，一般两遍之间间隔1～4周。对渗透性较差的粘性土两遍间隔时间不少于3～4周；若无地下水或地下水在-5m以下，或为含水量较低的碎石类土、或透水性强的砂性土，可采取间隔1～2天、或在前一遍夯完后，将土推平，接着随即连续夯击，而不需要间歇。
　　4.3.5处理范围
　　强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1／2～2／3，并不小于3m。
　　4.4质量检测
　　强夯法是加固地基的一种方法，应用得当，可收到事半功倍的效果。静载荷试验、标准贯入试验和土工试验是检强夯效果的三种主要方法。三种方法各有不同特点，要注意相互配合使用。在进行质量检测时，要注意以下几点：
　　4.4.1强夯前场地应进行地质勘探，作为制定强夯方案和对比夯前、夯后的加固依据，必要时还可进行现场试验性强夯，确定强夯施工的各项参数。
　　4.4.2强夯后的土体强度随夯击后间歇时间的增加而增加，检验强夯效果的测试工作，宜在强夯之后1～4周进行，而不宜在强夯结束后立即测试工作，否则测得的强度偏低。
　　4.4.3作好后期沉降观测记录。强夯处理完成后，地基承载力满足设计要求，但仍然要作好其上部构(建)筑物的沉降观测记录。
　　5.结束语
　　由于目前强夯法处理地基基础理论研究尚不十分成熟，实际工作中强夯处理参数的确定往往都是凭以往施工经验或参照已建工程拟定某一工程地基的强夯方案，再通过现场试夯确定。在这一过程中，如果监理工程师能够抓住影响工序施工质量的主要因素，加强强夯法处理地基的施工质量控制，对进一步完善设计，改善施工工艺、节约投资都有重要意义。
　　参考文献：
　　【1】 (JTJ004-89)公路工程抗震设计规范北京：人民交通出版社1991.7
　　【2】 王珊地基处理新技术及其工程实例实用手册黑龙江：黑龙江人民出版社1998.1
　　【3】 刘正峰地基与基础工程新技术实用手册北京：海潮出版社2000.1