港口工程软基加固中低能量强夯法的应用周文博

港口工程软基加固中低能量强夯法的应用周文博

周文博

海南佳衡工程造价咨询有限公司海南海口570100

摘要：和传统的的强夯技术相比，低能量强夯法有着更多的优点，因此，其在港口工程的软基加固中受到越来越多的重视，它能够增强地基的稳定性，为港口工程的施工质量提供重要的保障。针对于此，作者在本文中首先对低能量强夯法进行了简要概述，然后与其他软土基施工方法进行对比，最后探究了港口工程软基加固中低能量强夯法的相关参数。希望能够为相关的工作人员带来一定的参考价值，并促进我国的软土路基工程更好地发展下去。

关键词：港口工程；软基加固；低能量强夯法；应用分析

前言强夯法是于19世纪70年代才引入我国并开始逐步推广使用的，它是一种较为普遍的地基处理技术，具有很强的经济性、实用性、环保性等等，因此在软土基加固方面受到了越来越多的重视，并且施工过程中达到了预期的应用效果。强夯技术最初主要是用于粗粒土这样的地基中，但是随着科学技术的不断发展，该技术现在已经可以应用到饱和的软黏土地基中，可见，其适用范围将会越来越广。

一、低能量强夯法概述

强夯法最早是由Menard公司于1969年提出的，它是一种地基加固方法。通过采用8至40吨的大锤以及8至20米的落距，在地基土上施加加大的冲击能，通常冲击能量在500到8000kN•m左右。在地基土中出现的动应力以及冲击波，能够从很大程度上提升地基土的强度、改善沙土抗液化的条件，降低土体的可压缩性。与此同时，还能够使土层更加均匀化，避免在以后施工过程中，出现差异沉降的现象。

和传统的强夯法相比，低能量强夯法在施工工艺上有了很大的改进，能够精确控制其夯击能量。低能量强夯法的原理如下：将土体的孔压激发，并使其产生微裂缝，但是又不能完全将土体结构的强度破坏掉，要逐步将土粒间孔隙的水以及气体排出来，进而达到加速固结的目的。在夯击的过程中，要充分遵循少击多遍、先轻后重的原则，自上而下，逐渐加强，对于土体来说，这是一个慢慢加固的过程，一直到符合设计要求为止。

低能量强夯法具有如下特点：它能够使用工地常用简单设备展开施工；施工工艺、操作简单；适用土质范围广；加固效果显著，可取得较高的承载力，一般地基强度可提高2~5倍；变形沉降量小，压缩性可降低2~10倍，加固影响深度可达6~10米；土粒结合紧密，有较高的结构强度；工效高，施工速度快（一套设备每月可加固5000~10000m2地基），较换土回填和桩基缩短工期一半；节省加固原材料；施工费用低，节省投资，比换土回填节省60%费用，与预制桩加固地基相比可节省投资50%~70%，与砂桩相比可节省投资40%~50%，同时耗用劳动力少和现场施工文明等。

低能量强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。对高饱和度的粉土与黏性土等地基，当采用在夯坑内回填块石、碎石或其他粗颗粒材料进行强夯置换时，应通过现场试验确定其适用性。切记，低能量强夯法不得用于不允许对工程周围建筑物及设备有一定振动影响的地基加固，必需时，应采取防振、隔振措施。

二、与其他软土路基施工方法对比

根据港口软基工程加固工程特性，并且经过长期的实践，我们找到了多种形式的软土地基处理方法，结合很多的施工企业多年施工经验及有关专家学者的论述进行总结归纳如下：

1、换填垫层法

当软弱土层厚度不很大时，可将路基面以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后换填强度较大的土或其它稳定性能好、无侵蚀性的材料（通常是渗水性好的中粗砂）称为换填或垫层法。此法处理的经济实用高度为2～3m，如果软弱土层厚度过大，则采用换填法会增加弃方与取土方量而增大工程成本。

通过换填具有较高抗剪强度的地基土，从而达到增强地基承载力的目的，满足构筑物对地基的要求。

主要加固方法有换填、抛石挤淤、垫层、强夯挤淤几种。垫层法根据材料的不同可分为砂（砾石）垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层。代表方法有砂垫层法及换填法。

2、深层密实法

采用爆破、夯击、挤压和振动及加入抗剪强度高的材料等方法，对地基深层的软弱土体进行振密和挤密的地基加固方法称为深层密实法。适用于软土厚度>3m的中厚软土的加固，分布面积广的软基加固处理，其加固深度可达到30m。

通过振动、挤压使地基中土体密实、固结，并利用加入的具有高抗剪强度的桩体材料置换部分软弱土体中的三相（气相、液相与固相）部分，形成复合地基，达到提高抗剪强度的目的。

主要加固方法：强夯法、土（或灰土、粉煤灰加石灰）桩法、砂桩法、爆破法、碎石桩法（振冲置换法）、石灰桩法、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩法）、粉喷桩法、旋喷桩法。代表方法有碎石桩法、强夯法、水泥粉煤灰碎石桩法、粉喷桩法。

3、排水固结法

在软土地基上加压并配合内部排水，加速软土地基的排水，加快软土固结的处理方法称为排水固结法。适用于处理各类淤泥、淤泥质粘土及冲填等饱和粘性土地基。

软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐扩散，土的有效应力增加，并使沉降提前完成或提高沉降速度。

主要加固方法：堆载预压法、砂井法、袋装砂井、真空预压法、电渗排水法、降低地下水位法、塑料排水板法。

4、化学加固法

通过在软土地基中加入水泥或其它化学材料，进行软土地基处理的方法称为化学加固法。适用于处理砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土，也可以在处理裂隙岩体及已有构筑物地基加强中。

水泥或其它化学材料注入土体后，与土体发生化学反应，吸收和挤出土中部分水与空气形成具有较高承载力的复合地基。

主要加固方法：硅化法、粉喷桩、旋喷桩、注浆、水泥土搅拌法。

硅化法：用水玻璃为主的混合溶液对软土进行化学加固的方法称为硅化法，借助于电的作用进行加固称为电硅化法。它的特点是加固作用快，工期短，但造价较高，不适用于渗透系数太小的土。

旋喷桩：旋喷桩可分为粉体喷射桩、高压喷射注浆法等。对于强度低、压缩性高、排水性能较差的软土，采用灰土桩（水泥土桩、石灰土桩、二灰土桩等）与地基组成复合地基，大部分荷载由桩体承受，从而提高地基承载力，减少工后沉降。它的施工工艺比较复杂，需要配置专门的旋喷设备。利用粉喷桩施工造价较高，处理效果可靠，适用土层范围广。

5、加固路基法

通过在路基中埋入高强度、大韧性的土工聚合物、拉筋、受力杆件或柴（木）梢排等方法加强路基的自身强度，增加抵抗地基变形沉降的能力。适用于软弱岩体、土体中的路堤与路堑。

主要加固方法：加筋土路基、土工聚合物、土钉墙、土层锚杆、土钉、树根桩法、柴（木）梢排法。

加筋路基法（土工布或土工格栅法）：对于沉降量不大的路堤，高路堤填土适当采用土工布垫隔，限制了软基和路基的侧向位移，增加了侧向约束，从而降低应力水平，加强了路基刚度与稳定性，提高了路基的水平横向排水，使荷载均布。采用土工布覆盖摊铺，既提高路基刚度，也使边坡受到维护，有利于排水，增加地基稳定性。

桩架支挡法（柴木梢排）：用柴木梢扎排，铺于路基底面，以扩大其承载作用，保持路基稳定，适用于交通量不大，且柴木梢丰富的地区，高等级公路中不宜采用。

6、其它加固方法

除了上述软土路基处理方法外，比较常用的还有桩基、沉井、侧向约束法、反压护道法。桩基与沉井常用于在软土地基中建设重要构筑物（桥梁、大型涵洞等）的基础中，根据软弱土层的厚度其下承层土质情况，桩基设计可分为柱桩与摩擦桩两种。常用的桩基有钻孔桩、挖孔桩、管桩、木桩。

反压护道法：当软土和沼泽较厚，路堤高度不超过极限高度的2倍时，路堤两侧填筑适当厚度和宽度的护道，在护道附加荷载的作用下，保持地基的平衡，增加抗滑力矩，防止路堤的滑动破坏。施工时，护道尽量与路堤同时填筑，且压实度要达到90%以上。它的特点是施工工艺简单、费用较低，但施工用地增大。侧向约束与反压护道的加固机理均是限制软弱土体向旁挤出，以增加路堤的抗剪能力。侧向约束法适合软土层厚度较小，软土体面积较大的软土地基的加固。反压护道法适合软土体分布面狭窄而软土体厚度较大的软土地基的处理。

三、港口工程软基加固中低能量强夯法的相关参数

1、排水体系

低能量强夯法在设计排水体系装置的施工方案时有着很多我们意想不到的优势。通常采用井点降水联合明沟局部的排水方式，能够起到很好地将水位降低至砂面以下的作用，从很大程度上与软基加固施工设计的要求相吻合。除此之外，对于低能量强夯技术来说，能够确保其具有较高的质量。在第一遍强夯之后，施工单位可以选择插设井点管的方式展开排水过程，通常在排水一天一夜后，就可以对强夯造成的超孔压展开消散。

2、施工参数与布点方式

通过采用低能量强夯法，其在施工参数以及布点方式方面也有着很大的优势，通过对上文的数据进行分析可以了解到，当单次的夯击能在800到1350kN•m之间时，夯击的次数在一到两遍，就能够达到预期的夯击效果。在确定布点方式以及夯击遍数时，要依据现场的施工情况而定，即地基性质和对地基加固的要求，大面积施工时宜采取的梅花形布点、夯击遍数、相邻两遍的夯击时间间隔、软土结构的恢复情况等等。在施工过程中，要加大对孔压的检测力度，还要依据具体的情况，认真选择相邻两次的夯击时间，通常在7到14天左右。

2、两次夯击间隔时间

我们要认真考虑低能量强夯所导致的超孔压的消散以及软黏土上结构的恢复，在第一次夯击后的7天之后，要进行第二次夯击，当第二次夯击结束后，等到一个月之后，再展开垫层以及对上部结构进行施工等等。

四、总结

综上所述，在港口工程的软基加固中，将低能量强夯法应用进去，能够使其加固效果变得更好，这种新型的工艺具有非常多的优点，一方面它能够实现主动排水的过程，另一方面还能缩短工期。在使用低能量强夯法进行加固的过程中，还要使排水系统进一步优化，确保在经过第一次夯实后，就能够直接采取井点降水，这样能够从很大程度上提升工程的质量。

参考文献：

[1]王大卫.试论低能量强夯法在港口工程软基加固中的应用[J].工程技术：全文版，2016（12）：00256-00256.

[2]王健.采用低能量强夯法处理浅层软土地基[J].地下工程与隧道，2010（3）：26-28.

[3]肖勇.低能量强夯法在港口工程软基加固中的应用[J].水运工程，2014（5）：35-40.

[4]尹继伟.低能量强夯法在港口工程软基加固中的应用[J].黑龙江科技信息，2016（12）：254-254.

[5]董罗谦，胡秋生，肖勇.低能量强夯法在港口工程软弱地基加固中的应用[J].建筑施工，2014，26（2）：111-113.