马治中

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，兰州 730000）

1 工程概况

盐环定扬黄甘肃专用甜水堡调蓄引水工程主要是解决环县北部15 个乡镇及县城用水的一项调蓄引水工程，主要由引水工程、调蓄水库工程、输水工程3 部分组成。其中，调蓄水库修建于甜水堡西南约4 km 处，水库正常高水位1 554.00 m，最大坝高28 m，主坝长902.98 m，副坝长505.06 m，坝顶宽7 m，坝顶高程1 555.00 m，坝体上游坝面设一级2.0 m 宽马道，马道高程1 545.00 m。从上至下上游坝坡分别为1∶2.75、1∶3.0。下游坝面坝坡为1∶2.75，距离坝顶10.00 m 处设一级2 m 宽马道。坝后设棱体式排水。全水库采用HDPE 复合土工膜防渗。水库防洪标准设计为50 年，附属工程与临时工程防洪标准设计为20 年，抗震设防烈度为7 度，工程等别为Ⅳ等，水工建筑物合理使用年限为50 年。

2 强夯法概述

强夯法的基本原理是采用起吊设备将重锤吊至一定高度，然后自然下落，进而产生强大的冲击波与夯击能，以达到夯实土层的目的[1]。强夯法最初仅被应用于碎土石与砂土地基的加固处理，具有明显的局限性，随着技术发展更新、施工方法优化改进以及排水设施的完善，目前，强夯法已经可以适用于包括碎土石、砂土、黏性土、素填土、砾石以及杂填土等在内的多种软弱地基处理。

强夯法的优势主要表现在以下几方面：（1）施工工艺简单，施工所需设备多为工地常用设备，操作比较简单；（2）适用范围广，可适用于不同类型的工程项目及不同土质；（3）处理效果显著，可有效提升地基承载力，地基强度可提升2～5倍，地基压缩性可降低2～10 倍，具体取决于工程实际情况[2]；（4）施工效率高，周期短，正常情况下单台夯机每月可处理50 000～65 000 m2，相较于传统桩基与回填处理可缩短工期的1/2；（5）节省施工材料，可降低工程施工成本，相较于换土回填可以节省约50%的费用；相较于预制桩基可以节省60%以上的施工费用。

3 强夯施工方案设计

3.1 夯击能及有效加固深度计算

有效加固深度指的是经过强夯处理后，地基土层变形、强度等指标符合工程设计要求的土层范围。夯击能指的是重锤落下时对土层造成的冲击，单击夯击能为夯锤重量和自由下落高度的乘积，有效加固深度计算公式为：

式中，H 为有效加固深度，m；h 为重锤自由下落高度，m；M 为重锤的质量，kg；a 为修正系数，一般取0.4～0.5。在本项目中，经计算单击夯击能Mh=2 550 kN·m，有效加固深度H=6.0 m。

3.2 现场测试方案

在正式进行强夯施工前，采用“一夯一平”“两夯一平”2 种方案进行测试，每种测试方案选择2 块具有代表性的区域，从而获取各项相关数据，以便调整优化强夯施工方案，确保夯击效果。本项目中，强夯施工测试方案见表1。

表1 本项目强夯施工测试方案参数设计表

3.3 试夯检测

采用探井取原状样进行检测，检测数量为每块试夯区2个点（1 个布置在夯间土上，1 个布置在夯点中心部位）。检测深度为6 m，取样间距为1.0 m。

3.4 夯击方案设计

3.4.1 设计标准

要求经过强夯处理后，施工区域内土层的湿陷性完全消除，湿陷系数不超过0.015；要求施工区域内土层干密度不低于1.6 g/cm3；要求施工区域土层渗透系数不超过1.0×10-5cm/s。

3.4.2 施工参数设计

经过在水库大坝施工区域选择具有代表性的区域按照夯击施工测试方案设计进行测试，确定夯击正式施工参数设计如下：（1）单击夯击能。本项目设计的夯击深度为3～5 m，结合水库基础标高设计，要求将有效加固深度控制在4～6 m，由此确定单击夯击能为1 800 kN·m。（2）夯击方案设计。经过对方案一和方案二进行比对分析，最终确定采用方案二。首次夯击采用点夯，夯点间距控制在6 m，夯击次数控制在10～13 次，夯点布置为正方形；次夯击采用点夯，夯点间距控制在6 m，夯击次数控制在8～10 次，夯点布置在首次夯点中间位置。终夯击采用满夯，夯击次数控制在2～3 次，单击夯击能控制在1 000 kN·m，锤印要求搭接约30 cm。（3）3 遍夯击的间隔时间。根据强夯法施工规范，一般首次夯击与次夯击间隔时间至少14 d，在本项目中，根据项目施工进度计划以及夯击效果测试，适当缩短首次夯击与次夯击的间隔时间，最终确定为7d。（4）点夯的收锤标准。夯坑周围地面未发现较大隆起；最后2 击的平均夯沉量不超过5 cm；夯坑深度不会导致提锤困难。

4 输水工程大坝基础强夯法施工

4.1 机械设备选择

在盐环定扬黄甘肃专用甜水堡调蓄引水工程项目中，强夯施工采用的起吊设备为W-1001 型履带式起重机；夯锤采用的是圆柱形夯锤，质量为20 000 kg，起重机配备自动脱钩装置，夯锤起吊到一定高度后可实现自动化脱钩，然后自由下落。

4.2 施工流程

在本项目中，水库大坝基础强夯施工流程如下：（1）清理施工场地杂物并进行平整处理；（2）起重机、夯锤等机械设备入场；（3）标注首次夯击的夯点位置，测量施工场地高程；（4）起重机起吊夯锤，注意夯锤要与夯点位置对准；（5）测量夯前锤顶高度；（6）起吊夯锤至设计高度，控制自动脱钩装置脱钩，让夯锤自由下落，然后落下吊钩并再次测量锤顶高度；需要注意的是，若因坑底不平造成夯锤倾斜，起吊夯锤后要及时平整坑底，避免影响夯击效果；（7）重复步骤（4），直到按照施工方案设计完成单个夯点夯击任务；（8）重复步骤（1）～（4），直到完成所有标注夯点的首次夯击任务；（9）采用推土机回填夯坑，测量施工场地高程；（10）根据夯击施工测试方案确定的间隔时间，逐步完成3 遍夯击，最后2～3 次夯击要进行低能量满夯，确保施工场地表层土完全夯实，测量施工场地高程。

4.3 强夯质量保证措施

在本项目强夯施工过程中，为保证强夯质量，采取以下措施：（1）准确测量并标注夯点，要求放线误差控制在5 cm 以内，夯点以木桩标注，要求醒目、突出，所有夯点均执行此要求，不得遗漏；（2）强夯施工过程中要求全程记录施工各项参数，若出现异常情况也要全过程记录，以备查询；（3）确认夯坑周围土层没有发生过较大隆起，否则应考虑更改夯点位置或采用其他方式处理；（4）夯锤自由下落后要求中心位置偏移不超过15 cm，若偏移较大则需要重新校对夯锤位置，确保夯锤与夯点对准；（5）夯击过程中，如果出现夯锤倾斜的情况，要及时分析原因，以便及时进行调整，若是因坑底不平所致，则必须对坑底进行平整后才能继续夯击；（6）夯击过程中要及时排出夯坑内以及施工场地的积水，避免影响夯击效果。（7）点夯与满夯完成后，应按照20 m×20 m 的方格网测量推平地面高程。

4.4 夯击效果分析

4.4.1 湿陷系数

在本项目中，水库大坝基础施工区域在夯击前，土层湿陷系数为0.012～0.042 不等，属于中等偏轻湿陷性土层。经过强夯处理后，土层测试结果显示水库大坝基础区域土层在4～6 m深度范围内，完全消除了湿陷性，符合本项目设计标准，并且在夯击效果检测过程中发现超过90%以上的取样点湿陷系数在0.004 以下。单从湿陷系数指标来看，经过强夯法对水库大坝基础进行处理后，实际效果良好，完全符合项目设计要求，可以进行后续施工活动。

4.4.2 干密度

在本项目中，水库大坝基础施工区域在夯击前，土层干密度从1.3～1.6 g/cm3不等，经过强夯处理后，对水库大坝基础土层进行取样测试，测试结果显示水库大坝基础在4～6 m 深度范围内，土层干密度均超过1.7 g/cm3，符合项目施工方案设计中土层干密度不低于1.6 g/cm3的要求。通过对土层干密度与土层含水量之间的二次趋势进行分析，若水库大坝基础含水量在10%～15%，则土层干密度均在1.7 g/cm3以上；若水库大坝基础含水量超过18%或低于8%时，土层干密度快速下降至1.6g/cm3以下，因此，确定水库大坝基础含水量应控制在约14%，如图1 所示。

图1 土层干密度与含水量二次趋势分析

4.4.3 渗透系数

在本项目中，经过强夯处理后，对水库大坝基础土层进行取样测试，测试结果显示水库大坝基础渗透系数为1.25×10-7cm/s，符合项目施工方案设计中土层渗透系数不超过1.0×10-5cm/s 的要求。

5 结语

综上所述，强夯法在处理加固软弱地基方面具有突出优势，在输水工程水库大坝基础处理中采用强夯法可以显著提高大坝基础强度，提高基础承载力，具有较高的实用价值。