來(lái)源：新編全國(guó)重大工程項(xiàng)目地基處理工程實(shí)錄
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)強(qiáng)夯技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍更為廣泛，其關(guān)鍵技術(shù)主要集中在高能級(jí)的強(qiáng)夯技術(shù)研究和飽和軟土復(fù)合地基的強(qiáng)夯技術(shù)研究。
(1)高能級(jí)強(qiáng)夯技術(shù)：為了加固深厚地基，特別是山區(qū)非均勻塊石回填地基和拋石填海地基。必須施加高能級(jí)進(jìn)行強(qiáng)夯處理，這樣對(duì)高能級(jí)的加固機(jī)理和強(qiáng)夯機(jī)具提出了新的技術(shù)要求。
我國(guó)于1992年率先在三門峽火力發(fā)電廠采用8000kN·m強(qiáng)夯技術(shù)，用于消除黃土濕陷性。之后8000kN·m強(qiáng)夯技術(shù)在我國(guó)普遍采用，目前10000kN·m已成功通過(guò)試驗(yàn)和工程應(yīng)用，并成為國(guó)內(nèi)的最高能量強(qiáng)夯，其有效加固深度約在12～15m之間，幾項(xiàng)工程效果如下：
三門峽火力發(fā)電廠 消除黃土濕焰性 有效加固處理深度11.5m；
惠州馬鞭洲油罐區(qū)工程 處理拋石填海地基 (雙層強(qiáng)夯)處理深度24m；
惠州威宏油罐區(qū)工程 處理拋石填海地基 處理深度12m；
貴州甕福磷肥重鈣工程 處理山區(qū)非均勻回填地基 處理深度10m；
岳陽(yáng)石化總廠原料工程 處理山區(qū)非均勻回填地基 (雙層強(qiáng)夯)處理深度17m；
秦皇島輸油泵站罐區(qū)工程 處理山區(qū)非均勻回填地基 處理深度10m；
大連西太平洋石油化工煉油廠 處理山區(qū)非均勻回填地基處理深度12m。
《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》對(duì)8000KN·m以上強(qiáng)夯的處理深度沒(méi)有建議，梅納公式又顯然不適宜。
高能級(jí)強(qiáng)夯施工的主要機(jī)具是50t履帶吊，輔以龍門桁架，起吊高度接近20m，夯錘重量約為430kN，直徑約為3.2m，靜壓強(qiáng)53.5kPa。
一般以3000kN·m強(qiáng)夯為限，當(dāng)強(qiáng)夯能量小于3000KN·m時(shí)，施工機(jī)具相對(duì)簡(jiǎn)單，50t履帶吊不必輔以龍門桁架，施工便捷、定位快、工效高、移動(dòng)迅速；當(dāng)強(qiáng)夯能量大于3000kN·m時(shí)，50t吊車必須輔以龍門架才足以保證安全施工，因而機(jī)具移動(dòng)、定位相對(duì)較慢；工效相對(duì)降低。
當(dāng)強(qiáng)夯能量要求大于8000kN·m時(shí)，目前施工單位常用的50t履帶吊難以承受，因此施工機(jī)具的制約是過(guò)高能量強(qiáng)夯技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)也在加強(qiáng)這方面的研究。近期已獲國(guó)家建設(shè)部立項(xiàng)的科技項(xiàng)目“高能級(jí)強(qiáng)夯地基加固機(jī)理工法研究與專用機(jī)械研制(04-02-016)”，由中化巖土工程有限公司主持研究，中國(guó)建筑科學(xué)研究院地基所、上?，F(xiàn)代建筑集團(tuán)申元巖土工程有限公司和大連理工大學(xué)協(xié)作研究。項(xiàng)目將對(duì)高能級(jí)專用強(qiáng)夯機(jī)進(jìn)行研制與開(kāi)發(fā)，其效果圖如圖1所示，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)高能級(jí)專用強(qiáng)夯機(jī)將會(huì)研制出來(lái)并得到廣泛應(yīng)用。
圖1 高能級(jí)專用強(qiáng)夯機(jī)效果圖
(2)飽和軟土復(fù)合地基的強(qiáng)夯技術(shù)：對(duì)于飽和淤泥質(zhì)粘土或者淤泥質(zhì)粉土、由于其含水量高，粘粒含量多，粗顆粒含量少；滲透性差，直接采用強(qiáng)夯效果很差，甚至夯后地基承載力降低。那么決定飽和軟土不適宜強(qiáng)夯的關(guān)鍵因素是什么?關(guān)鍵在于強(qiáng)夯過(guò)程中和強(qiáng)夯以后；飽和軟土中超孔隙水壓力不能消散，地下水不能排出，強(qiáng)夯所施加的能量根本不能改變土體結(jié)構(gòu)，全部被超孔隙水壓所吸收。甚至由此引起原有土體結(jié)構(gòu)破壞，形成人們所稱的“橡皮土”。為了提高在這類飽和軟土中應(yīng)用強(qiáng)夯的加固效果；首先必須解決土中地下水的排出和超孔隙水壓力消散的問(wèn)題，因此可以在飽和軟土中打入擠密碎石柱樁、砂樁，使其在飽和軟土中形成豎向排水通道，既有利于地下水的排出，又有利于超孔隙水壓力的迅速消散；軟土地表面輔以鋪設(shè)一定厚度的粗顆粒使土中排出的地下水有橫向通道不致逸出地表造成施工困難，形成地表軟化；豎向排水通道的形成樹(shù)時(shí)起到了土體置換的作用；增加了粗顆粒含量，使本來(lái)不適宜強(qiáng)夯的軟粘土成為適宜強(qiáng)夯的含粗顆粒土。一般工程經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)粗顆粒含量大于30％時(shí)，地下水位適宜，可以采用強(qiáng)夯；當(dāng)粗顆粒含量大于60％時(shí)，地下水位適宜；強(qiáng)夯效果特別理想。在強(qiáng)夯過(guò)程中，飽和軟土既有豎向變形也有橫向變形，因此砂柱、碎石樁的設(shè)計(jì)要避免被擠斷從而失去排水作用；可以從樁徑和排水井的柔軟性兩個(gè)方面考慮，使其適應(yīng)地基土的變形，同時(shí)具有一定的剛度和強(qiáng)度。除擠密碎石樁、砂樁以外，常用的排水井型式還有袋裝砂井、硬質(zhì)紙板、聚氯乙烯多孔塑料板等。本書(shū)介紹的天津川府新村住宅小區(qū)及天津宜白路住宅小區(qū)的工程實(shí)錄中有關(guān)于飽和軟土輔以砂井進(jìn)行強(qiáng)夯加固處理的嘗試。深圳福田開(kāi)發(fā)區(qū)亦有局部飽和吹填軟土輔以塑料插板進(jìn)行小能量強(qiáng)夯的工程實(shí)踐。目前我國(guó)沿海地區(qū)是建設(shè)項(xiàng)目熱點(diǎn)地區(qū)，如石化項(xiàng)目多數(shù)設(shè)置在沿海地區(qū)。而沿海地區(qū)多數(shù)為軟土地基，一般處理這類軟土地基的方法有直接采用樁基、擠密碎石樁、深層攪拌樁、粉噴樁及真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓、塑料插板等，當(dāng)?shù)鼗幚砻娣e很大時(shí)，上述處理方法的造價(jià)、工期將十分驚人，因此工程技術(shù)人員對(duì)軟基處理新工藝的研究興趣極其濃厚。飽和軟土輔以砂樁、碎石樁或其它工藝進(jìn)行強(qiáng)夯處理技術(shù)將是非常具有吸引力的研究課題，應(yīng)用前景廣闊。
該技術(shù)既可改進(jìn)原有直接采用樁基、擠密碎石樁、深層攪拌樁等造價(jià)過(guò)高，同時(shí)又可縮短材料購(gòu)置、制作、打入周期，其主要方法有以下幾種：
方法一：擠密碎石樁加強(qiáng)夯(圖2)。如本書(shū)所介紹的北京乙烯工程(實(shí)錄一)，茂名乙烯工程(實(shí)錄二)都對(duì)擠密碎石樁方案與強(qiáng)夯方案作出比較，擠密碎石樁上部加固效果不如強(qiáng)夯，對(duì)于飽和軟土，結(jié)合擠密碎石樁加上強(qiáng)夯，加固效果會(huì)非常顯著。擠密碎石樁既可起側(cè)擠密作用又可起豎向排水作用。另外，擠密碎石樁加強(qiáng)夯比單純擠密碎石樁布樁可稀疏，工藝可簡(jiǎn)化，使該工藝的總費(fèi)用與單純擠密碎石樁方案相比基本持于或略高一點(diǎn)。經(jīng)該工藝加固后可同時(shí)滿足一般建筑、工業(yè)廠房、設(shè)備基礎(chǔ)的承載力和變形要求。
圖2 擠密碎石樁加強(qiáng)夯工藝
據(jù)悉，中國(guó)建筑科學(xué)研究院地基所已將擠密碎石樁加強(qiáng)夯成功應(yīng)用于青海湖周邊的鹽漬土地基處理，近期正在研究將該方法應(yīng)用于天津軟土的地基處理。
方法二：砂樁加強(qiáng)夯。砂樁在飽和軟土中只起豎向排水作用，因此其總體加密效果比擠密碎石樁加強(qiáng)夯效果要低些，一般可作為大面積廠區(qū)地基預(yù)處理方案。經(jīng)過(guò)處理后可作為一般建筑，廠房、道路簡(jiǎn)單設(shè)備地基，對(duì)于高重設(shè)備則需通過(guò)驗(yàn)算，必要時(shí)還應(yīng)輔以設(shè)備樁基。既便是采用部分樁基也比在飽和軟土中直接采用樁基要經(jīng)濟(jì)得多，因?yàn)榇藭r(shí)地基性狀經(jīng)處理后明顯改善，樁側(cè)阻力大大提高，消除了濕陷性，液化對(duì)樁基承載力的影響，再考慮樁一土共同作用，總體效果更好。
方法三：真空/堆載預(yù)壓加強(qiáng)夯。目前沿海地區(qū)采用真空或推載預(yù)壓處理軟基的較多。
該工藝相對(duì)直接采用樁基等方案造價(jià)低，但是周期很長(zhǎng)，一般需要近一年甚至更長(zhǎng)，且加固效果僅能達(dá)到80—100kpa。根據(jù)預(yù)壓s—t曲線分析發(fā)現(xiàn)(圖3)一般情況下堆載預(yù)壓沉降量在最初的3個(gè)月發(fā)生最多，約占30％～50％，如果工期要求特別緊迫，此前可在軟基中設(shè)置袋裝砂井，在地表鋪設(shè)一定厚度的碎石土，既有利于形成橫向排水通道，又便于施工機(jī)具行走，然后就可以采用小能量強(qiáng)夯加固硬殼層，消除軟基的其余部分沉降。經(jīng)這一綜合工藝處理后，地基承載力可達(dá)到80~130kPa，一般可作為大面積廠區(qū)的一般建筑、廠房、道路、簡(jiǎn)單設(shè)備地基。其特點(diǎn)是比真空或堆載預(yù)壓工期大大縮短，加固效果更高，費(fèi)用增加不多?？赏ㄟ^(guò)真空預(yù)壓的插板間距和堆載預(yù)壓的袋裝砂井間距調(diào)整來(lái)綜合考慮成本。由于小能量強(qiáng)夯本身的價(jià)格很低，因此兩項(xiàng)工藝綜合使用的造價(jià)并未提高多少，而工期卻可大大縮短。
圖3 堆載預(yù)壓曲線
方法四：強(qiáng)夯碎石墩。在沿海地區(qū)軟基處理中，部分工程采用了強(qiáng)夯碎石墩工藝，如深圳機(jī)場(chǎng)工程。強(qiáng)夯碎石墩工藝是將普通強(qiáng)夯的夯錘平底面改造成尖錐形底面，直徑縮小，將其吊起后砸入地基內(nèi)，形成錐狀夯坑，將夯錘拔出后向夯坑內(nèi)填注碎石形成碎石墩，然后再次夯擊，將碎石墩的碎石夯擊擠入軟土中，起到置換和加固效果。
由此可以看出，輔以一定工藝后進(jìn)行強(qiáng)夯處理是有效、經(jīng)濟(jì)地加固處理沿海(包括沿江、湖)地區(qū)飽和軟土地基的重要研究課題，將會(huì)成為目前我國(guó)在該領(lǐng)域的重點(diǎn)內(nèi)容，應(yīng)用前景廣闊。
在傳統(tǒng)強(qiáng)夯工藝的基礎(chǔ)上，強(qiáng)夯施工開(kāi)始走向多元化。所謂多元化即對(duì)復(fù)雜場(chǎng)地進(jìn)行地基加固時(shí)，單一處理方法很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求或由于經(jīng)濟(jì)等條件受限，那么針對(duì)不同的地基土，綜合其他加固機(jī)理和強(qiáng)夯機(jī)理各自的優(yōu)勢(shì)共同加固地基的一種復(fù)合處理形式。各種方法均有其適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，強(qiáng)夯法通過(guò)與多種地基處理方法聯(lián)合進(jìn)行復(fù)雜場(chǎng)地的處理，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和可靠的技術(shù)質(zhì)量效果。
綜上所述，本文作者認(rèn)為強(qiáng)夯技術(shù)的發(fā)展有兩大趨勢(shì)：一是高能級(jí)的強(qiáng)夯技術(shù)研究，二是飽和軟土復(fù)合地基的強(qiáng)夯技術(shù)研究。