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【摘要】：本文阐述了新型强夯法的加固机理和施工工艺，并结合冀东南堡油田吹砂填海工程中具有代表性的工程进行案例分析，介绍了新型强夯法的应用情况，分析总结了地基加固效果，旨在为类似地基处理工程提供参考。
【关键词】：新型 强夯法 吹填 软地基 加固
0 引言
近年来，冀东油田坚持“海油陆采”发展战略，其主力油田之一的南堡油田通过建造陆岸平台和独立人工岛方式，在南堡滩海进行大面积吹沙填海造地。吹沙填海形成的陆域由5m左右的海砂组成，自然固结时间短，自然含水率高，砂层密实度低，液化可能性大，需采取措施对地基进行预处理。为加快南堡油田勘探开发步伐，减少工程投资，选择工期短、造价低廉、处理效果好的地基处理方案显得尤为重要。
南堡油田2号构造生产辅助基地是冀东油田早期吹沙填海形成的陆域，位于曹妃甸工业区内，吹填面积1500亩，地質条件具有较强的代表性。该工程选用了新型强夯法对地基进行预处理，取得了良好的工程效果。本文阐述了新型强夯法的地基加固机理和施工工艺，结合工程实例介绍了新型强夯法应用情况，旨在为类似地基处理提供参考。
1 新型强夯法加固机理
强夯法也称动力固结法或动力压实法，是反复将重锤(一般为10～40 t)提到高处，使其自由落下(一般落距为10～25m)夯击地基，在很大的冲击能作用下，土体结构破坏，土体局部液化，土层孔隙被压缩，夯点周围产生裂隙形成良好排水通道，孔隙水排出后土体迅速固结。
新型强夯法与传统强夯法相比，最大的特点是采用明沟排水、扰动排水和碾压排水相结合的方式降低地下水位，尤其适用于大面积新近吹填的软地基处理。
2 新型强夯法施工工艺
南堡油田2号构造生产辅助基地表层由5m左右的海砂组成，自然固结时间短，地下水位高，部分区域地下水位接近地表。若采用传统强夯法施工，强夯设备无法进入施工区域，场地明水难以及时排除，处理难度大，措施费多，工程投资将大大增加，另外工期也相对较长。因此，本工程采用新型强夯法施工。
新型强夯法首先采用明沟排水、扰动排水和碾压排水相结合的方式降低地下水位，提高场地承载力，为强夯施工创造条件，其中明沟排水就是现场开挖一、二级排水网格，使土层形成排水通道，加速砂层自然排水固结；强力扰动排水就是借助挖掘机等外力扰动砂层，使砂粒重新排列致密，加速排出土层中水；强力碾压排水就是在扰动排水的基础上，利用宽履带推土机快速碾压表层土，促使排除土层中的水，起到排水固结的补充作用。
具备强夯施工条件后，强夯施工包括两遍高能级点夯和一遍低能级满夯，每遍点夯后填平夯坑，满夯后碾压平整场地，最后达到夯后检测条件。强夯施工工序详见图1：
图1 强夯施工工序图
3 工程案例分析
3.1工程概况
南堡油田2号构造生产辅助基地原为滨海区，经围海吹填而形成，吹填面积1500亩，吹填砂源主要为海相沉积的粉细砂，自然固结时间短，含水率较高，密实度较低，部分区域由于吹填工艺所致处于液化状态，整体地质条件较差。设计要求地基预处理后地基承载力特征值不低于100KPa。
根据岩土工程勘察报告等资料显示，地下水稳定埋深0.8～1.5m，地下水与海水变化有密切关系。在深度15m的范围内地层主要为第四系全新统海相沉积地层及吹填土层，自上而下分可分为四层，各层性质分述如下：
①层冲填土：灰色、深灰色，主要由粉砂、粉土冲填而成，层中夹有粘性土及贝壳碎片，呈饱和、稍密～中密状态，振动析水，厚度2.8～4.70m，平均厚度3.88m。
②层粉质粘土：深灰色，稍有光泽，层中夹粉砂薄层，含少量有机质，呈可塑～软塑状态，无摇振反应。该层分布普遍，层底埋深6.6～15.3m，层厚0.90～9.30m.
③层粉砂：深灰色，层中夹细砂、粉土、粉质粘土薄层，含贝壳碎片，矿物成分主要由石英组成，含少量云母及其它暗色物质，呈稍密~中密状态和饱和状态，有振动析水现象。该层由北向南逐渐加大，层底埋深5.0～15.30m，层厚0.3～12.30m。
④层粉土：灰色、深灰色，含贝壳碎片，呈稍密状态，有振动析水现象。该层主要分布于场地东南部，层底埋深15m左右，层厚0.5～2.70m.
3.2 新型强夯法现场应用情况
3.2.1 关键方案选择
本工程为新近吹填区域，部分区域表层有明水及淤泥，土层工程力学性差，施工机械无法进入场地，选用经济合理的降水措施显得尤为重要。常用的塑料排水板或轻型井点降水措施效果明显，但造价很高，工期较长，不适合大面积地基处理。本工程采用明沟排水、扰动排水和碾压排水相结合的降水方案，降水效果十分明显。
①开挖明沟：现场多选用履带式挖掘机，表层有淤泥的区域选用浮筒挖掘机，开挖间距50～100m的一级排水沟，沟宽3.0～4.0m，沟深1.5～2.0m，使大部分地下水靠重力自然排出。在强力扰动排水和强力碾压排水结合的情况下，再开挖100m×50m的二级网格排水系统，此举缩短了排水距离，增加了渗排水断面，取得了明显的排水效果。明沟排水系统详见图2：
图2 强夯施工工序图
②强力扰动排水：考虑到砂层渗透系数小，自然渗透排水不能满足工期要求，本工程采用挖掘机扰动土层，进行强力扰动排水。其原理就是在外力周期性作用扰动下，呈过饱和状态的砂层孔隙水压力骤然上升，减小或抵消土粒间的有效应力，砂层处于液化状态，地下水涌出地表后排出，液化后的砂粒在外力、上部土层覆盖压力的作用下重新排列，土的孔隙比减小，密实度增加。
③强力碾压排水：砂层经过强力扰动后，表层强度将大大提高，现场选用宽履带推土机横纵交错碾压表层2～3遍。强力碾压的作用主要有两个：一是将含水层中未能排出的地下水强力挤出；二是将表层土压实，再次提高承载力。经过1～2天的晾晒，同样方法再碾压一遍后，就可以基本满足夯机进场施工。
3.2.2 强夯施工
本工程主要采用了点夯和满夯相结合的强夯施工方案，主要施工参数如下：
①夯点布置：5m*5m正方形布置，夯点间距偏差小于±500mm。夯点布置详见图3：
图3 夯点布置
②夯击能量：一、二遍夯击能2000KN•M，夯击击数为6-8击；满夯夯击能1000KN•M，夯击击数为2击，锤印搭接大于1/3。
③锤重和落距：夯击能量确定夯锤锤重和夯锤落距，锤重偏差小于±100kg，落距偏差小于±300mm。
④间歇时间：遍夯击间歇时间根据孔隙水压力消散情况确定；
⑤停夯标准：⑴最后两击平均沉降量不大于5cm；⑵夯坑周围发生过大隆起（≥5cm）或侧向位移（≥2cm）；⑶夯坑深度过大（≥1m），起锤困难。
在强夯施工中，由于砂层含水率高，第一遍点夯4-5击后，就达到了停夯标，出现了夯坑深度过深，夯坑周围隆起，砂土迅速液化，夯坑底部迅速出水等现象。第一遍点夯实际上就是把砂土中饱含的水分“挤”出来，起到了固结作用。进行第二遍的点夯施工时，夯击击数可达到7-8击，夯坑内少量出水，起到了三个作用：一是加密作用，空气或气体的排出；二是固结作用，剩余含水的排出；三是预加变形作用，砂粒在结构上的重新排列。另外，满夯是在点夯的基础上，加固表层土层，提高了砂层密实度，提高了地基承载力。
3.3加固效果检测
按照设计要求，检测单位对强夯后的地基进行了检测，主要进行了静力触探、静力荷载、标贯贯入等试验。各项检测在强夯施工结束21天后进行。
3.3.1检测方案及标准
①砂土、粉尘静力触探锥头阻力qc≥5MPa,粘性土的静力触探锥头阻力qc≥1.2MPa;
②砂土、粉土的标准贯入实测值N≥15击；
③地基承载力特征值fak≥100kPa。
3.3.2 检测结果及结论
本工程共划分A、B、C、D等 4个施工区域，下面选取具有代表性的B区进行检测结果进行分析。
① 标准贯入试验
B区根据要求共布置标准贯入试验孔38个，全部按要求完成检测。标准贯入试验分层统计资料见表1：
表1 标准贯入试验实测击数分层统计表
根据上表的统计资料，第1层吹填土经强夯处理后，标准贯入试验平均锤击数为15击，由初步勘察资料统计，第1层吹填土标准贯入试验实测锤击数最大为16，最小为3，平均值为8.9，对比显示场地经处理后标贯击数有较大提高，满足设计要求。
②静力触探试验
B区根据要求共布置静力触探试验孔38个，全部按要求完成。静力触探试验锥头阻力分层统计资料见表2：
表2 静力触探锥头阻力qc分层统计表 单位Mpa
根據上表的统计资料，第1层吹填土经强夯处理后，静力触探锥头阻力平均值为6.55Mpa，满足设计要求。
③静力载荷试验ii
根据检测技术要求，每1万㎡进行1组复合地基载荷试验，采用0.5㎡的方形承压板进行浅层载荷试验，B区一共布置载荷试验点14处，最大加载量为200~240kpa。载荷试验统计资料见表3：
表3 载荷试验成果统计表
根据上表的统计资料，B区地基承载力特征值平均值为103KPa，满足设计要求。
4结论
4.1新型强夯法施工过程中，采用明沟、扰动和碾压相结合的降水措施起着关键作用，其中明沟排水使土层形成排水通道，有效缩短了排水距离，加速了砂层自然排水固结；强力扰动排水使砂粒重新排列致密，土层中水加速排出；强力碾压排水起到了排水固结补充作用。
4.2 新型强夯法采取了合理的降水措施，工艺简单，造价低廉，施工工期短，适用于大面积新近吹填的软地基处理。
4.3本工程在南堡油田吹填形成的陆域平台和独立人工岛中具有较强的代表性，新型强夯法取得了良好的工程和经济效果，可在油田类似地基处理工中推广运用。
注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开
【关键词】：新型 强夯法 吹填 软地基 加固
0 引言
近年来，冀东油田坚持“海油陆采”发展战略，其主力油田之一的南堡油田通过建造陆岸平台和独立人工岛方式，在南堡滩海进行大面积吹沙填海造地。吹沙填海形成的陆域由5m左右的海砂组成，自然固结时间短，自然含水率高，砂层密实度低，液化可能性大，需采取措施对地基进行预处理。为加快南堡油田勘探开发步伐，减少工程投资，选择工期短、造价低廉、处理效果好的地基处理方案显得尤为重要。
南堡油田2号构造生产辅助基地是冀东油田早期吹沙填海形成的陆域，位于曹妃甸工业区内，吹填面积1500亩，地質条件具有较强的代表性。该工程选用了新型强夯法对地基进行预处理，取得了良好的工程效果。本文阐述了新型强夯法的地基加固机理和施工工艺，结合工程实例介绍了新型强夯法应用情况，旨在为类似地基处理提供参考。
1 新型强夯法加固机理
强夯法也称动力固结法或动力压实法，是反复将重锤(一般为10～40 t)提到高处，使其自由落下(一般落距为10～25m)夯击地基，在很大的冲击能作用下，土体结构破坏，土体局部液化，土层孔隙被压缩，夯点周围产生裂隙形成良好排水通道，孔隙水排出后土体迅速固结。
新型强夯法与传统强夯法相比，最大的特点是采用明沟排水、扰动排水和碾压排水相结合的方式降低地下水位，尤其适用于大面积新近吹填的软地基处理。
2 新型强夯法施工工艺
南堡油田2号构造生产辅助基地表层由5m左右的海砂组成，自然固结时间短，地下水位高，部分区域地下水位接近地表。若采用传统强夯法施工，强夯设备无法进入施工区域，场地明水难以及时排除，处理难度大，措施费多，工程投资将大大增加，另外工期也相对较长。因此，本工程采用新型强夯法施工。
新型强夯法首先采用明沟排水、扰动排水和碾压排水相结合的方式降低地下水位，提高场地承载力，为强夯施工创造条件，其中明沟排水就是现场开挖一、二级排水网格，使土层形成排水通道，加速砂层自然排水固结；强力扰动排水就是借助挖掘机等外力扰动砂层，使砂粒重新排列致密，加速排出土层中水；强力碾压排水就是在扰动排水的基础上，利用宽履带推土机快速碾压表层土，促使排除土层中的水，起到排水固结的补充作用。
具备强夯施工条件后，强夯施工包括两遍高能级点夯和一遍低能级满夯，每遍点夯后填平夯坑，满夯后碾压平整场地，最后达到夯后检测条件。强夯施工工序详见图1：
图1 强夯施工工序图
3 工程案例分析
3.1工程概况
南堡油田2号构造生产辅助基地原为滨海区，经围海吹填而形成，吹填面积1500亩，吹填砂源主要为海相沉积的粉细砂，自然固结时间短，含水率较高，密实度较低，部分区域由于吹填工艺所致处于液化状态，整体地质条件较差。设计要求地基预处理后地基承载力特征值不低于100KPa。
根据岩土工程勘察报告等资料显示，地下水稳定埋深0.8～1.5m，地下水与海水变化有密切关系。在深度15m的范围内地层主要为第四系全新统海相沉积地层及吹填土层，自上而下分可分为四层，各层性质分述如下：
①层冲填土：灰色、深灰色，主要由粉砂、粉土冲填而成，层中夹有粘性土及贝壳碎片，呈饱和、稍密～中密状态，振动析水，厚度2.8～4.70m，平均厚度3.88m。
②层粉质粘土：深灰色，稍有光泽，层中夹粉砂薄层，含少量有机质，呈可塑～软塑状态，无摇振反应。该层分布普遍，层底埋深6.6～15.3m，层厚0.90～9.30m.
③层粉砂：深灰色，层中夹细砂、粉土、粉质粘土薄层，含贝壳碎片，矿物成分主要由石英组成，含少量云母及其它暗色物质，呈稍密~中密状态和饱和状态，有振动析水现象。该层由北向南逐渐加大，层底埋深5.0～15.30m，层厚0.3～12.30m。
④层粉土：灰色、深灰色，含贝壳碎片，呈稍密状态，有振动析水现象。该层主要分布于场地东南部，层底埋深15m左右，层厚0.5～2.70m.
3.2 新型强夯法现场应用情况
3.2.1 关键方案选择
本工程为新近吹填区域，部分区域表层有明水及淤泥，土层工程力学性差，施工机械无法进入场地，选用经济合理的降水措施显得尤为重要。常用的塑料排水板或轻型井点降水措施效果明显，但造价很高，工期较长，不适合大面积地基处理。本工程采用明沟排水、扰动排水和碾压排水相结合的降水方案，降水效果十分明显。
①开挖明沟：现场多选用履带式挖掘机，表层有淤泥的区域选用浮筒挖掘机，开挖间距50～100m的一级排水沟，沟宽3.0～4.0m，沟深1.5～2.0m，使大部分地下水靠重力自然排出。在强力扰动排水和强力碾压排水结合的情况下，再开挖100m×50m的二级网格排水系统，此举缩短了排水距离，增加了渗排水断面，取得了明显的排水效果。明沟排水系统详见图2：
图2 强夯施工工序图
②强力扰动排水：考虑到砂层渗透系数小，自然渗透排水不能满足工期要求，本工程采用挖掘机扰动土层，进行强力扰动排水。其原理就是在外力周期性作用扰动下，呈过饱和状态的砂层孔隙水压力骤然上升，减小或抵消土粒间的有效应力，砂层处于液化状态，地下水涌出地表后排出，液化后的砂粒在外力、上部土层覆盖压力的作用下重新排列，土的孔隙比减小，密实度增加。
③强力碾压排水：砂层经过强力扰动后，表层强度将大大提高，现场选用宽履带推土机横纵交错碾压表层2～3遍。强力碾压的作用主要有两个：一是将含水层中未能排出的地下水强力挤出；二是将表层土压实，再次提高承载力。经过1～2天的晾晒，同样方法再碾压一遍后，就可以基本满足夯机进场施工。
3.2.2 强夯施工
本工程主要采用了点夯和满夯相结合的强夯施工方案，主要施工参数如下：
①夯点布置：5m*5m正方形布置，夯点间距偏差小于±500mm。夯点布置详见图3：
图3 夯点布置
②夯击能量：一、二遍夯击能2000KN•M，夯击击数为6-8击；满夯夯击能1000KN•M，夯击击数为2击，锤印搭接大于1/3。
③锤重和落距：夯击能量确定夯锤锤重和夯锤落距，锤重偏差小于±100kg，落距偏差小于±300mm。
④间歇时间：遍夯击间歇时间根据孔隙水压力消散情况确定；
⑤停夯标准：⑴最后两击平均沉降量不大于5cm；⑵夯坑周围发生过大隆起（≥5cm）或侧向位移（≥2cm）；⑶夯坑深度过大（≥1m），起锤困难。
在强夯施工中，由于砂层含水率高，第一遍点夯4-5击后，就达到了停夯标，出现了夯坑深度过深，夯坑周围隆起，砂土迅速液化，夯坑底部迅速出水等现象。第一遍点夯实际上就是把砂土中饱含的水分“挤”出来，起到了固结作用。进行第二遍的点夯施工时，夯击击数可达到7-8击，夯坑内少量出水，起到了三个作用：一是加密作用，空气或气体的排出；二是固结作用，剩余含水的排出；三是预加变形作用，砂粒在结构上的重新排列。另外，满夯是在点夯的基础上，加固表层土层，提高了砂层密实度，提高了地基承载力。
3.3加固效果检测
按照设计要求，检测单位对强夯后的地基进行了检测，主要进行了静力触探、静力荷载、标贯贯入等试验。各项检测在强夯施工结束21天后进行。
3.3.1检测方案及标准
①砂土、粉尘静力触探锥头阻力qc≥5MPa,粘性土的静力触探锥头阻力qc≥1.2MPa;
②砂土、粉土的标准贯入实测值N≥15击；
③地基承载力特征值fak≥100kPa。
3.3.2 检测结果及结论
本工程共划分A、B、C、D等 4个施工区域，下面选取具有代表性的B区进行检测结果进行分析。
① 标准贯入试验
B区根据要求共布置标准贯入试验孔38个，全部按要求完成检测。标准贯入试验分层统计资料见表1：
表1 标准贯入试验实测击数分层统计表
根据上表的统计资料，第1层吹填土经强夯处理后，标准贯入试验平均锤击数为15击，由初步勘察资料统计，第1层吹填土标准贯入试验实测锤击数最大为16，最小为3，平均值为8.9，对比显示场地经处理后标贯击数有较大提高，满足设计要求。
②静力触探试验
B区根据要求共布置静力触探试验孔38个，全部按要求完成。静力触探试验锥头阻力分层统计资料见表2：
表2 静力触探锥头阻力qc分层统计表 单位Mpa
根據上表的统计资料，第1层吹填土经强夯处理后，静力触探锥头阻力平均值为6.55Mpa，满足设计要求。
③静力载荷试验ii
根据检测技术要求，每1万㎡进行1组复合地基载荷试验，采用0.5㎡的方形承压板进行浅层载荷试验，B区一共布置载荷试验点14处，最大加载量为200~240kpa。载荷试验统计资料见表3：
表3 载荷试验成果统计表
根据上表的统计资料，B区地基承载力特征值平均值为103KPa，满足设计要求。
4结论
4.1新型强夯法施工过程中，采用明沟、扰动和碾压相结合的降水措施起着关键作用，其中明沟排水使土层形成排水通道，有效缩短了排水距离，加速了砂层自然排水固结；强力扰动排水使砂粒重新排列致密，土层中水加速排出；强力碾压排水起到了排水固结补充作用。
4.2 新型强夯法采取了合理的降水措施，工艺简单，造价低廉，施工工期短，适用于大面积新近吹填的软地基处理。
4.3本工程在南堡油田吹填形成的陆域平台和独立人工岛中具有较强的代表性，新型强夯法取得了良好的工程和经济效果，可在油田类似地基处理工中推广运用。
注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开