吹填砂地基强夯施工质量的事前监理

0.前言

　　厦门环东海域综合整治建设工程洪塘片区吹填造地工程B合同段陆域形成总面积122.1万平米，系在原虾池及塘埂地形上采用吹填砂形成，吹填厚度5～7米。场地内吹填前岩土层分布自上而下依次分别为素填土、淤泥混砂、砂混淤泥、粉质粘土、中粗砂、圆砾、砾砂、残积砂质粘性土等。淤泥（混砂）厚度一般小于2米，吹填材料基本属于砾砂。吹填达到标高后采用强夯工艺处理地基，使吹填粗砂层力学性质满足设计要求。

　　施工前选定典型地段进行试夯，通过监测与检测手段以及数据、信息处理确定强夯施工工艺参数，进而确定质量控制要点，为后续监理工作提供依据。

1.典型试验

　　1.1 设计要求

　　经强夯加固后地基表层承载力200KPa以上，平均有效加固深度6米以上。

　　1.2 试夯区块

　　现场选取典型区块进行试验，试验区面积50×50 m2，具体详见图1：试验区面积布置图。

图1 试验区面积布置图

　　1.3 强夯处理参数

　　1.3.1 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，锤重M与落距h的乘积称为夯击能E=(M×h)。强夯加固深度通过动力触探试验结果确定。

　　1.3.2 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。

　　1.3.3 单点的夯击击数与夯击遍数。单点夯击数按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，同时满足以下条件：(1)最后两击的单击夯沉量不大于10cm；(2)夯坑周围地面不发生过大的隆起；(3)不因夯坑过深而发生起锤困难。对于颗粒粗、透水性强、含水量低的砂土，宜采取增加每遍的夯击数，减少夯击遍数。

　　1.3.4 两遍间隔时间。两遍夯击之间留有一定的时间间隔，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，通过孔隙水压力观测试验确定。

　　1.4 试夯工艺

　　综合考虑工程地质条件与吹填材料等因素，结合工程经验，按以下工艺进行试夯：点夯夯能3000KJ，普夯夯能1000KJ；点夯夯锤底面积不小于4平方米，普夯夯锤直径不小于2.7米；夯点布置为正方形，点夯间距为4×8m，普夯每夯点夯印搭接为1/3锤底直径；单点夯击次数8击，两遍点夯。

　　强夯法处理地基的施工工艺流程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，将场地表层夯实，并测量夯后场地高程。

2.地基监测与检测

　　2.1 监测与检测内容

2.1.1 试夯中监测内容。包括夯坑沉降及周边地表变形观测、孔隙水压力观测及水位观测。

　　2.1.2 试夯后的检测内容。包括地基重型动力触探试验、平板载荷试验、静力触探试验、加固前后软土物理力学指标试验，以考察试夯效果。

　　2.2 监测与检测成果分析

　　2.2.1 夯坑沉降及夯点周围地表变形观测结果

　　经分析多个主夯点单击沉降与夯击数的关系，发现随着夯击击数的增加，前6击单击夯沉衰减速率大，后2击衰减速率减慢。8击夯沉量达到110～137cm。第5击平均单击夯沉量11.7cm，第6击平均单击夯沉量9.3cm，第7击平均单击夯沉量8.2cm，第8击平均单击夯沉量5.5cm，因此单击7击满足连续2击单击夯沉量小于10cm的收锤标准。

　　2击过后坑周土体均出现小幅度隆起，隆起量最大约2.0cm，地表变形比较微弱。

　　2.2.2 水位及孔隙水压力观测

　　在主夯点夯击过程中，设置在试夯区外的水位观测孔水位保持不变，只有设置在各主夯点之间的水位观测点水位标高略有变化，但变化幅度很小，最大相差3cm。可见强夯对水位的影响微弱。

　　环向和径向布置的孔隙水压力计测试的孔隙水压力均随夯击次数的增加而增加，渗透系数大的砂层、砂混淤泥层孔隙水压力上升和消散迅速。砂层内孔隙水压力在8击后达到最大值45KPa，在1天内压力消散50%。

　　2.2.3 重型动力触探（N63.5）试验

　　强夯前后的重型动力触探对比试验及加固效果列表如下：

 通过对试验区强夯前后的重型动力触探对比试验取得的数据说明：经强夯加固地基后，在8米范围内加固效果较为明显，大于8米范围加固效果不明显。可见3000KJ夯能加固深度可达到8米。

　　2.2.4 载荷试验

　　通过试验区加固前后平板载荷试验对比，加固前地基承载力110～140KPa，变形模量14.0MPa～16.4MPa，加固后承载力特征值提高至225～400KPa，变形模量18.1～42.5KPa，证明强夯的加固效果明显。

　　2.2.5静力触探试验

　　在淤泥比较厚的位置布设静力触探孔，分析强夯前后软土的加固效果。从夯前夯后静力触探对比试验得知，淤泥混砂或砂混淤泥层中比贯入阻力出现不同程度的降低，而淤泥层的比贯入阻力则几乎没有变化，说明强夯对于砂混淤泥、淤泥混砂或淤泥层的加固效果非常微弱。

　　2.2.6室内土工试验

　　在试夯前后钻孔取样，进行土体物理力学性能对比试验。试验表明强夯后的吹填砂压缩模量、抗剪强度均有提高。而对于淤泥，压缩模量、抗剪强度则降低，表明强夯不能加固淤泥层，相反会破坏淤泥原有结构强度，淤泥层需要一定时间恢复强度。

　　2.3．监测成果小结

　　2.3.1 通过试夯以及地基监测与检测，得出以下结论：

　　⑴ 采用3000KJ 夯能，两遍点夯一遍普夯的工艺，单击7击可满足连续两击单击夯沉量小于10cm的收锤标准；

　　⑵ 强夯对8米范围的土体加固明显，地基强夯后表层承载力能够达到设计承载力要求；

　　⑶ 对于渗透系数大的砂层，孔隙水压力消散迅速，可不考虑两遍点夯的间歇时间；

　　⑷ 强夯对淤泥层的加固效果不明显。

　　2.3.2 经过分析，提出强夯工艺为：3000KJ夯能，单点夯击7击，两遍点夯一遍普夯，两遍点夯采用跳夯工艺，满足4×8m的夯点间距，强夯砂不考虑间歇时间。

　　2.3.3 对下伏淤泥层较厚的区域需要单独标记并进行详细说明。

3. 施工质量控制点

　　为保证典型试验成果的实施，有必要提出强夯质量控制点，质量控制点是质量控制的重点，对控制点的监理，就是对重要部位、重要工序的重点控制，经过对试夯的总结分析，我们认为强夯施工监理的重点是：

　　3.1 测量定位监理。这是关系到强夯处理的整体效果的关键环节，在具体操作上，应由施工单位根按夯点布置图，逐一测放夯点位置，对地下建筑物及设施，要查明位置及标高，制定防护措施，这些工作完成后，报监理单位验收，监理人员按规定程序进行复测。

　　3.2场地平整。强夯前要用推土机预压二遍，场地平整后，测量场地高程，检查场地周围的排水沟是否做好，夯点布置是否符合测量放线确定点。如果地下水位较高，应在表面铺0.5—2.0m中(粗)砂或砂石垫层，或采取降低地下水位的方法，以防设备下陷和消散强夯产生的孔隙水压。

　　3.3强夯顺序。监理工程师监督施工单位分段进行施工，从边缘夯向中央，从一边向另一边进行。每夯完一遍，用推土机整平场地，放线定位即可接着进行下一遍夯击。强夯法的加固顺序是：先深后浅，即先加固深层土，再加固中层土，最后加固表层土。最后一遍夯完后，再以抵能量满夯一遍。

　　3.4夯击时应按试验和设计确定的强夯参数进行，落锤应保持平衡，夯位应准确，夯击坑内积水应及时排除。坑底遇上含水量过大时，可铺砂石后再进行夯击。在每一遍夯击之后，要用新土或周围的土将夯击坑填平，再进行下一遍夯击。

　　3.5控制最后两击的平均夯沉量。

　　3.6雨季强夯，应在场地四周设排水沟、截洪沟，防止雨水流入场内。

    3.7做好施工过程中的监测和记录工作，包括检查夯锤重和落距，对夯点放线进行复核，检查夯坑位置，按要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量等，并对各项参数及施工情况进行详细记录，作为质量控制的根据。

　　3.8对海堤影响的安全距离。海堤位置35米范围之内不能强夯，如确需强夯，应采取减震措施，如挖减震沟等措施处理。

4. 结语

　　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，监理工程师要做好典型试验，确定施工工艺参数，抓住影响工序施工质量的主要因素，实现对强夯法处理地基的施工质量事前控制。强夯施工的事前监理对指导后续施工，进一步优化设计，节约投资，保证质量均有重要意义。