一种工程地基预浸水强夯法施工方法与流程

本发明涉及工程地基技术领域，具体而言，涉及一种工程地基预浸水强夯法施工方法。

背景技术：

目前，苏州港太仓港区四期工程位于长江下游白茆沙南水道右岸苏州港太仓港区浮桥作业区浪港口至七丫口岸段，紧邻上游三期工程13、14号泊位。拟建设4个5万吨级集装箱泊位(水工结构按靠泊10万吨级集装箱船设计)及相关配套设施，设计年通过能力200万标箱。

后方陆域系由长江滩地上吹填砂成陆，场地内大面积的裸露表土都是颗粒较细的吹填砂。大量松散的吹填砂地基处理的过程中表层难以密实，大风刮过会带起大量表层土，经施工扰动后更易起扬尘，难以控制。且长江边长期持续风力较大，若不采取有效的治理措施，不仅扬尘难以治理，强夯以及后续的振动碾压施工质量也难以控制。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种工程地基预浸水强夯法施工方法，旨在解决现有的吹填砂地基在处理过程中表层难以密实，影响强夯以及后续的振动碾压施工质量，同时在施工扰动后易起扬尘造成环境污染的问题。

本发明提出了一种工程地基预浸水强夯法施工方法，包括如下步骤：

步骤1、确定施工范围，通过挖掘机、推土机及人工配合对预施工地区域内的吹填砂进行回填和初步碾压，并测量所述吹填砂的厚度；

步骤2、根据确定的所述施工范围布设塑料排水板的下位点和数量，同时根据测量的所述吹填砂的厚度确定所述塑料排水板的下设深度；

步骤3、根据确定的所述塑料排水板的设置位点、数量以及下设深度在吹填砂地基中进行所述塑料排水板的布设，并在所述塑料排水板布设完成之后通过常规的振冲器对吹填砂地基进行振冲，振冲过程中不断通过所述塑料排水板进行强排水；

步骤4、在所述吹填砂地基的振冲之后，根据施工要求的地下水位情况通过预制预浸水夯机设备的摇臂高压喷头向所述吹填砂地基施工范围内进行预设水量的喷水，使所述吹填砂地基施保持预设含水率，然后通过所述预浸水夯机设备对所述吹填砂地基进行强夯，并在强夯过程中通过所述预浸水夯机设备的雾化喷枪对着夯点定点喷洒，以保证无扬尘；

步骤5、强夯完成之后，测定地表面的下沉量，并确定地基承载力和抗液化性能；

其中，所述预浸水夯机设备包括：底板，所述底板的上表面前后对称设有安装板，前侧所述安装板的左表面上侧设有扶手框的一端，后侧所述安装板的左表面上侧设有扶手框的另一端，所述安装板的右表面上侧均与连接板相连接，所述连接板的上表面右侧通过支腿安装有摇臂高压喷头，所述连接板的下表面均匀连接有固定片的一侧，所述固定片的另一侧均与打夯机本体固定连接，所述打夯机本体的内底面上设有双头电机，所述双头电机的一侧输出端上设有风扇扇叶，所述双头电机的另一侧输出端上设有活动竖杆，所述活动竖杆的下端设有连接块，所述连接块的下端伸出打夯机本体且设有折箱，所述折箱的下端设有固定板，所述固定板的下表面设有夯板，所述打夯机本体的前表面上设有垫板，所述垫板上安装有雾化喷枪，所述底板的上表面右侧设有高压水泵，所述高压水泵的出水口处设有三通接头的进水口，所述三通接头的出水口均设有连接管的一端，所述连接管的另一端分别与摇臂高压喷头和雾化喷枪的进水口相连通。

进一步地，上述工程地基预浸水强夯法施工方法中，所述塑料排水板的下设深度通过下列公式计算：

式中：l为所述塑料排水板的布设深度，l为所述吹填砂地基表面吹填砂的厚度，h为所述塑料排水板相邻布设位点之间的间隔距离。

进一步地，上述工程地基预浸水强夯法施工方法中，所述预设水量通过下列公式计算：

式中：w为所述预设水量，s为所述吹填砂地基的施工面积，h为所述吹填砂地基表面吹填砂的厚度，为所述吹填砂地基的土壤容重，sw为所述吹填砂地基的预设含水率、rw为所述吹填砂地基强夯之前的实测含水率，κ为喷洒过程中水分的损失率。

进一步地，上述工程地基预浸水强夯法施工方法中，所述塑料排水板相邻布设位点之间的间隔距离为6-10m。

进一步地，上述工程地基预浸水强夯法施工方法中，所述吹填砂地基的所述预设含水率为8％-12％。

进一步地，上述工程地基预浸水强夯法施工方法中，所述摇臂高压喷头为2.5吋50型摇臂高压喷头。

进一步地，上述工程地基预浸水强夯法施工方法中，所述高压水泵为qy25-50-7.5型油浸式潜水电泵。

进一步地，上述工程地基预浸水强夯法施工方法中，所述打夯机本体靠近风扇扇叶的一侧设有挡盖，所述挡盖上设有防护网。

进一步地，上述工程地基预浸水强夯法施工方法中，所述夯板的上表面上均匀设有加强肋的一端，所述加强肋的另一端均与固定板相连接。

进一步地，上述工程地基预浸水强夯法施工方法中，在上述步骤5中通过进行静力触探、标准贯入试验以及荷载板实验确定所述地基承载力和抗液化性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的工程地基预浸水强夯法施工方法，通过将预浸水法与强夯法相结合，并通过预制的预制预浸水夯机设备对吹填砂地基进行预浸水施工和强夯施工，有效地解决现有的吹填砂地基在处理过程中表层难以密实，影响强夯以及后续的振动碾压施工质量，同时在施工扰动后易起扬尘造成环境污染的问题，极大地改善了吹填砂地基的地基承载力和抗液化性能。

尤其是，本发明提供的工程地基预浸水强夯法施工方法，通过特定方法确定施工过程中的塑料排水板的布设的深度，有效地确保了施工过程中吹填砂地基中下渗的水分能够得到有效地汇集，并通过塑料排水板快速排出，进而确保施工质量；同时通过特定方法确定预制预浸水夯机设备根据施工要求的地下水位情况向吹填砂地基施工范围内进行喷水的预设水量，使所述吹填砂地基施保持最优的预设含水率，然后通过所述预浸水夯机设备对所述吹填砂地基进行强夯，极大地提高了吹填砂地基土体的强度,减少压缩性,有效地改善了土体的抵抗振动液化能力、消除了土的湿陷性，并在强夯过程中通过所述预浸水夯机设备的雾化喷枪对着夯点定点喷洒，表层砂经浸水后可有效的抑制粉尘扬起；强夯之前所需喷水的预设水量。

进一步地，本发明提供的工程地基预浸水强夯法施工方法，提供了一种特使的基预浸水夯机设备，底板的下表面安装有滑轮，滑轮的数量为4，同时设置扶手框为使用者提供受力部，方便使用者推动设备，在强夯之前使用高压喷头在施工范围内洒湿，保证一定的含水率，洒水后的表层土压实度也比未洒水时高，强夯有效影响深度达6m以下，改善了地基的抗液化性能，质量效果甚佳；洒湿后启动双头电机，双头电机带动活动竖杆做往复运动，带动连接在活动竖杆下方的连接块和折箱同频率往复上下运动，从而使夯板来回击打地面，得到夯实地面的目的，双头电机带动活动竖杆运动的同时，带动风扇扇叶转动，增加空气流速，将打夯机本体内的热量排出，同时向使用者吹风，通过设置防护网进行防护，避免风扇扇叶转动时意外伤到使用者，在强夯的过程中为使用者降温，在设备施工过程中采用雾化喷枪对着夯点定点喷洒，现场扬尘情况也得到了极大的改观，经观察，夯锤落下时飞溅的砂土快速下落，完全不起扬尘。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明提供的工程地基预浸水强夯法施工方法流程图；

图2为本发明提供的预浸水夯机设备的主视结构示意图；

图3为本发明提供的预浸水夯机设备的主视剖视示意图；

图4为本发明提供的预浸水夯机设备中夯板和固定板的主视图。

图中：1-底板、2-安装板、3-扶手框、4-连接板、5-支腿、6-摇臂高压喷头、7-固定片、8-打夯机本体、9-双头电机、10-风扇扇叶、11-活动竖杆、12-连接块、13-折箱、14-固定板、15-夯板、16-垫板、17-雾化喷枪、18-高压水泵、19-三通接头、20-连接管、21-挡盖。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参阅图1所示，为本发明实施例的工程地基预浸水强夯法施工方法流程图，包括如下步骤：

步骤1、确定吹填砂地的施工范围，通过挖掘机、推土机及人工配合对确定的待进行施工地区域内的吹填砂地进行回填和初步碾压，使待施工区域的吹填砂地大致平整，并测量平整之后的吹填砂地表面的吹填砂的厚度；

步骤2、根据确定的所述吹填砂地的施工范围设计施工区域内塑料排水板布设规划方案，包括塑料排水板的布设位点、数量相邻位点之间的距离以及塑料排水板规格等，同时根据测量的所述吹填砂的厚度，并结合施工区域的土质情况确定所述塑料排水板的下设深度，以确保在在施工过程中下渗的水分能够得到有效地汇集，并通过塑料排水板快速排出，进而确保施工质量；

步骤3、根据确定的所述塑料排水板的设置位点、数量以及下设深度在吹填砂地基中进行所述塑料排水板的布设，以确保在在施工过程中下渗的水分能够得到有效地汇集，并通过塑料排水板快速排出，并在所述塑料排水板布设完成之后通过常规的振冲器对吹填砂地基进行振冲，振冲过程中不断通过所述塑料排水板进行强排水，以确保在在施工过程中下渗的水分能够快速有效地排出，进而确保施工质量；

步骤4、在所述吹填砂地基的振冲之后，根据施工要求的地下水位情况通过预制预浸水夯机设备的摇臂高压喷头向所述吹填砂地基施工范围内进行预设水量的喷水，使所述吹填砂地基施保持预设含水率，然后通过所述预浸水夯机设备对所述吹填砂地基进行强夯，以提高土体的强度,减少压缩性,改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性，并在强夯过程中通过所述预浸水夯机设备的雾化喷枪对着夯点定点喷洒，表层砂经浸水后可有效的抑制粉尘扬起；

步骤5、强夯完成之后，对地表面的下沉量作了测定，并进行静力触探、标准贯入试验以及荷载板实验，确定加固后地基承载力和抗液化性能。

具体而言，所述塑料排水板的下设深度通过下列公式计算：

式中：l为所述塑料排水板的布设深度(单位为：米)，l为所述吹填砂地基地下水位的实测深度(单位为：米)，h为所述塑料排水板相邻布设位点之间的间隔距离(单位为：米)。

本实施例中，由于所述吹填砂地基系由长江滩地上吹填砂成陆，地基处理施工项目区域面积约91万平方米，其表面吹填砂厚度一般为4.5-9.4m，相邻所述塑料排水板布设位点之间的距离为6-10m；同时根据砂质地基水分下渗率比较高，并结合施工区域面积、吹填砂厚度以及相邻塑料排水板布设位点之间的距离归纳出上述塑料排水板的布设深度计算公式，有效地确保了吹填砂地基在施工过程中水分的快速下渗收集，同时保证了下渗的水分能够通过塑料排水板快速有效地排出，进而确保吹填砂地基在施工过程中的施工质量。

具体而言，所述预设水量通过下列公式计算：

式中：w为所述预设水量，s为所述吹填砂地基的施工面积，h为所述吹填砂地基表面吹填砂的厚度，为所述吹填砂地基的平均土壤容重，sw为所述吹填砂地基的预设含水率、rw为所述吹填砂地基强夯之前的实测含水率，κ为喷洒过程中水分的损失率。

本实施例中，所述吹填砂地基系由长江滩地上吹填砂成陆，其表面吹填砂的厚度通过地质雷达在施工区域内进行随机探测，并取各探测点探测结果的均值，即得到所述吹填砂地基表面吹填砂的厚度，本实施例中所述吹填砂地基表面吹填砂的厚度一般为4.5-9.4m；土壤容重通过环刀法进行测量，取每个测量点测量结果的平均值作为所述吹填砂地基的土壤容重，本实施例中所述土壤容重为1.3-1.9；实测含水率通过烘干法进行随机取样测量，以确保各测量点的测量结果具有代表性，进而提高测量结果的可信度，并取各测量点测量结果的平均值作为吹填砂地基强夯之前的实测含水率；同时，因施工期间主要处于汛期，场地砂层内水位较高，按设计要求施工前必须将水位降低到2米以下，加之日照强烈，在喷水过程中造成10％-17％的水分损失，使得水位降低到2米以下时吹填砂地基强夯之前的实测含水率远低于经室内实试验确定砂土的预设含水率为8％～12％，通过原有工艺对土体的密实，尤其是浅层土的密实效果大打折扣，因此采用预浸水法强夯有效地保证了施工过程中吹填砂地基浅层土中的含水率，进而增强了吹填砂地基土体的密实度，尤其是增强了浅层土的密实效果，确保了施工过程中的强夯质量。

上述实施例中，所述吹填砂地基表面吹填砂的厚度探测过程中每个测试点连续探测3次，并按照如下方式分别计算3次探测结果的比较均值，并根据各个比较均值确定该探测点的吹填砂厚度；其中，

第一次探测结果、第二次探测结果的比较均值计算公式如下：

式中，h21表示第一次探测结果、第二次探测结果的比较均值，h1表示第一次探测结果值，h2表示第二次探测结果值，h3表示第三次探测结果值，s表示均方差运算，t表示积分运算；其中,i表示基于二次函数的任意积分运算，上述公式为获取积分的比值信息,下述两公式相同，如基于函数y＝ax²，在x取值为(a,b)内，a<b为任意数值。

上述均值运算的基本算法为：通过获取在每个测试点3次探测过程中每次探测的多个探测结果值进行积分运算和均方差运算，然后取比值，得出相比较的平均值。

第一次探测结果、第三次探测结果的比较均值计算公式如下：

式中，h31表示第一次探测结果、第三次探测结果的比较均值，h1表示第一次探测结果值，h2表示第二次探测结果值，h3表示第三次探测结果值，s表示均方差运算，t表示积分运算；

第二次探测结果、第三次探测结果的比较均值计算公式如下：

式中，h23表示第二次探测结果、第三次探测结果的比较均值，h1表示第一次探测结果值，h2表示第二次探测结果值，h3表示第三次探测结果值，s表示均方差运算，t表示积分运算；

经过上述方式获取的h21、h31、h23，经过三个比较均值的平均值计算，获取所述吹填砂地基表面每个探测点的吹填砂厚度。

本实施例中，通过将随机探测法与上述基本算法，并在每个探测点分别进行3次探测，且每次探测获取多个探测结果值，有效地确保了在所述吹填砂地基表面吹填砂的厚度探测过程中探测结果的代表性与可信度，有效地提升了吹填砂厚度探测的精确性，进而确保了后续计算所述预设水量的准确性。

上述实施例中，所述吹填砂地基强夯之前实测含水率测量过程中，每个测量点沿吹填砂土纵向方向不同深度处测量3次，并按照如下方式分别计算3次测量结果的比较均值，并根据各个比较均值确定该测量点的实测含水率；其中，

第一次测量结果、第二次测量结果的比较均值计算公式如下：

式中，rw21表示第一次测量结果、第二次测量结果的比较均值，rw1表示第一次测量结果值，rw2表示第二次测量结果值，rw3表示第三次测量结果值，s表示均方差运算，t表示积分运算；其中,i表示基于二次函数的任意积分运算，上述公式为获取积分的比值信息,下述两公式相同，如基于函数y＝ax²，在x取值为(a,b)内，a<b为任意数值。

上述均值运算的基本算法为：通过获取在每个测试点纵向上3次测量过程中每次测量的多个测量结果值进行积分运算和均方差运算，然后取比值，得出相比较的平均值。

第一次测量结果、第三次测量结果的比较均值计算公式如下：

式中，rw31表示第一次测量结果、第三次测量结果的比较均值，rw1表示第一次测量结果值，rw2表示第二次测量结果值，rw3表示第三次测量结果值，s表示均方差运算，t表示积分运算；

第二次测量结果、第三次测量结果的比较均值值计算公式如下：

式中，rw23表示第二次测量结果、第三次测量结果的比较均值,rw1表示第一次测量结果值，rw2表示第二次测量结果值，rw3表示第三次测量结果值，s表示均方差运算，t表示积分运算；

经过上述方式获取的rw21、rw31、rw23，经过三个比较均值的平均值计算，获取所述吹填砂地基强夯之前实测含水率。

本实施例中，通过将随机取样测量法与上述基本算法，在每个测量点的纵向方向上分别进行3次测量，且每次测量取多个测量结果，有效地确保了在所述吹填砂地基强夯之前实测含水率探测过程中含水率测量结果具有高度代表性与可信度，有效地提升了所述吹填砂地基强夯之前实测含水率测量的精确性，进而进一步有效地确保了后续计算所述预设水量的准确性。

上述实施例中，据观测，预浸水强夯后地基平均下沉0.45m，夯击点周围没有隆起现象，在夯击截面2m范围内，标高都有下降。同时，经实验检测，土体经洒水浸湿后，标准贯入度和静力触探检测指标均优于未洒水区域，180kpa的荷载板实验也能满足规范要求，地基承载力远远大于设计要求的150kpa，洒水后的表层土压实度也比未洒水时高。强夯有效影响深度达6m以下，改善了地基的抗液化性能，质量效果甚佳。此外，现场扬尘情况也得到了极大的改观，夯机落下时飞溅的砂土快速下落，完全不起扬尘，现场设置的环境监测仪显示pm10、pm2.5指标完全符合环保要求。

参阅图1-2所示，为本发明提供的预浸水夯机设备，其包括：底板1，底板的下表面安装有滑轮，滑轮的数量为4，方便使用者推动设备，所述底板的上表面前后对称设有安装板2，前侧所述安装板的左表面上侧设有扶手框3的一端，后侧所述安装板的左表面上侧设有扶手框的另一端，通过设置扶手框为使用者提供受力部，方便使用者推动设备，所述安装板的右表面上侧均与连接板4相连接，所述连接板的上表面右侧通过支腿5安装有摇臂高压喷头6，在强夯之前使用高压喷头在施工范围内洒湿，保证一定的含水率，所述连接板的下表面均匀连接有固定片7的一侧，所述固定片的另一侧均与打夯机本体8固定连接，所述打夯机本体的内底面上设有双头电机9，所述双头电机的一侧输出端上设有风扇扇叶10，双头电机带动风扇扇叶转动，增加空气流速，将打夯机本体内的热量排出，同时向使用者吹风，在强夯的过程中为使用者降温，所述双头电机的另一侧输出端上设有活动竖杆11，所述活动竖杆的下端设有连接块12，所述连接块的下端伸出打夯机本体且设有折箱13，所述折箱的下端设有固定板14，所述固定板的下表面设有夯板15，双头电机带动活动竖杆做往复运动，带动连接在活动竖杆下方的连接块和折箱同频率往复上下运动，从而使夯板来回击打地面，得到夯实地面的目的，所述打夯机本体的前表面上设有垫板16，所述垫板上安装有雾化喷枪17，所述底板的上表面右侧设有高压水泵18，所述高压水泵的出水口处设有三通接头19的进水口，所述三通接头的出水口均设有连接管20的一端，所述连接管的另一端分别与摇臂高压喷头和雾化喷枪的进水口相连通，在设备施工过程中采用雾化喷枪对着夯点定点喷洒，保证无扬尘。

具体而言，所述摇臂高压喷头为2.5吋50型摇臂高压喷头，360°摇臂，喷洒半径20m。

具体而言，所述高压水泵为qy25-50-7.5型油浸式潜水电泵，流量25m3/h，扬程50米，按照理论计算只需4分钟喷水量即可满足需要，但由于施工中取水点较远，而水流又是通过高压喷头喷射而出，流量会有一定的损失，连续喷洒15分钟可使砂层的含水量达到10％左右，保证了洒湿的效率，提高了工作效率。

具体而言，所述打夯机本体靠近风扇扇叶的一侧设有挡盖，所述挡盖21上设有防护网，通过设置防护网进行防护，避免风扇扇叶转动时意外伤到使用者。

具体而言，请参阅图3，所述夯板的上表面上均匀设有加强肋的一端，所述加强肋的另一端均与固定板相连接，通过设置加强肋使夯板与固定板之间的连接更加稳固。

工作原理：本发明底板的下表面安装有滑轮，滑轮的数量为4，同时设置扶手框为使用者提供受力部，方便使用者推动设备，在强夯之前使用高压喷头在施工范围内洒湿，保证一定的含水率，洒湿后启动双头电机，双头电机带动活动竖杆做往复运动，带动连接在活动竖杆下方的连接块和折箱同频率往复上下运动，从而使夯板来回击打地面，得到夯实地面的目的，双头电机带动活动竖杆运动的同时，带动风扇扇叶转动，增加空气流速，将打夯机本体内的热量排出，同时向使用者吹风，通过设置防护网进行防护，避免风扇扇叶转动时意外伤到使用者，在强夯的过程中为使用者降温，在设备施工过程中采用雾化喷枪对着夯点定点喷洒，保证无扬尘。

显然可以得出的是，本发明提供的工程地基预浸水强夯法施工方法有效地解决现有的吹填砂地基在处理过程中表层难以密实，影响强夯以及后续的振动碾压施工质量，同时在施工扰动后易起扬尘造成环境污染的问题，极大地改善了吹填砂地基的地基承载力和抗液化性能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。