某工程強(qiáng)夯地基失效原因分析與探討

周春正 袁文雷 王凡勇

摘要：采用強(qiáng)夯法處理地基以其施工速度快、施工費(fèi)用低且適用性廣等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。大量工程實(shí)例證明，強(qiáng)夯加固地基一般均能取得較好的效果，但如果盲目施工將會(huì)取得不良效果。本文通過某工程強(qiáng)夯地基失效，對(duì)其原因進(jìn)行分析，探討了土的含水率及土的性質(zhì)對(duì)強(qiáng)夯效果的影響。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯；地基失效；粘性土

1 工程概述

1.1 工程概況

擬建某住宅樓為地上11層，地下1層，樓長為45m，寬為15.7m，局部寬約12.5m。擬建樓為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深6m。設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯法對(duì)地基土進(jìn)行加固處理。

1.2場(chǎng)地地質(zhì)條件

場(chǎng)地地貌為河流沖洪積平原，地勢(shì)相對(duì)平坦，地面高程36.86－37.09m，最大高差0.32m。基坑開挖深度為6m，6m以下土層均為第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積物，主要為粘性土、粉土及砂土，自上而下簡(jiǎn)述如下：④粉質(zhì)粘土：可塑～硬塑，層厚1.9～2.3m；④1粉土：中密，層厚1.5～1.8m；⑤粉質(zhì)粘土：可塑～硬塑，層厚1.7～1.9m；⑤1中砂：中密，層厚1.1～1.6m；⑥粉土：中密，層厚1.4～1.8m；⑦層粉質(zhì)粘土：可塑～硬塑，層厚2.1～2.6m。

場(chǎng)地地下水為第四系孔隙潛水，勘察期間，從鉆孔中測(cè)得地下水穩(wěn)定水位埋深7.1～7.4m，水位標(biāo)高29.7m。

1.3強(qiáng)夯設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求地基持力層經(jīng)強(qiáng)夯處理后地基承載力特征值不小于220kPa，壓縮模量不小于12.0MPa，設(shè)計(jì)強(qiáng)夯的有效加固深度約7m。

強(qiáng)夯點(diǎn)布置方式為正方形，夯點(diǎn)間距為3.3m，排距為3.3m，基礎(chǔ)邊緣外加一排夯點(diǎn)。主夯夯擊能為3000kN?m，遍夯夯擊能為1000kN?m。

1.4強(qiáng)夯法的加固原理

借助于動(dòng)力固結(jié)理論，即巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應(yīng)力波，破壞了土體原有的結(jié)構(gòu)，使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利逸出，待超孔隙水壓力消散后，土體固結(jié)。由于細(xì)粒土的觸變性，強(qiáng)度得到提高。

2 問題的提出及原因分析

在強(qiáng)夯結(jié)束15天后，按有關(guān)規(guī)定做了平板載荷試驗(yàn)，檢測(cè)出的地基承載力特征值為120～130kPa，不能滿足設(shè)計(jì)要求。強(qiáng)夯前采用平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)出的地基承載力為160～170 kPa，強(qiáng)夯后地基承載力沒提高反而降低了，原因何在？

經(jīng)過對(duì)強(qiáng)夯施工及地質(zhì)條件分析，我們認(rèn)為造成地基承載力降低的主要原因有以下方面：

2.1施工因素

強(qiáng)夯施工時(shí)基坑開挖過深，地下水位較高：本工程強(qiáng)夯前基坑開挖深度為6m，直接挖到持力層，坑底為④層粉質(zhì)粘土，水位埋深約1.4m。另外施工時(shí)選用的單擊夯擊能過大（單擊夯擊能為夯錘重與落距的乘積），不公浪費(fèi)能源，相應(yīng)也增加貫用，而且由于④層粉質(zhì)粘土含水量較大，加上地下水位較高，強(qiáng)夯時(shí)破壞了土體，形成現(xiàn)橡皮土，降低了強(qiáng)度。

2.2地層因素

（1）地基土層含水率對(duì)強(qiáng)夯效果影響

強(qiáng)夯的實(shí)質(zhì)是通過巨大的夯擊能量對(duì)土體進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，使土體顆粒之間的空隙減小，干密度增加，從而提高土體強(qiáng)度。土體中含水率的大小決定了土體顆粒之間位移的難易程度，當(dāng)含水率達(dá)到最優(yōu)含水率時(shí)，擊實(shí)效果最好。有關(guān)規(guī)范規(guī)定，當(dāng)強(qiáng)夯時(shí)含水率接近最優(yōu)含水率（即塑限含水率–（1%～3%）或者0.6×液限含水率）時(shí)，強(qiáng)夯效果最好。強(qiáng)夯后在有效加固深度內(nèi)采取土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，測(cè)試指標(biāo)和夯前對(duì)比如下表：

層

號(hào) 項(xiàng)目

對(duì)比 含水率

(%) 天然密度

(g/cm3) 干密度

(g/cm3) 孔隙比

e 飽和度

(%) 液限

(%) 塑限

(%) 壓縮模量

(%) 標(biāo)貫擊數(shù)

(擊)

④ 夯前 22.1 1.98 1.62 0.645 93 31.3 18.5 7.78 6.3

夯后 25.1 1.95 1.56 0.710 96 32.2 19.5 5.93 5.2

④1 夯前 21.5 1.96 16.1 0.640 91 26.4 17.1 8.66 8.5

夯后 24.7 2.01 16.1 0.652 98 30.7 18.2 7.07 7.0

⑤ 夯前 22.3 1.97 1.61 0.656 93 32.9 19.0 7.00 8.0

夯后 23.0 1.99 1.61 0.661 95 36.9 20.5 4.44 9.4

⑤1 夯前 — — — — — — — — 19.1

夯后 — — — — — — — — 20.0

⑥ 夯前 22.5 1.95 1.59 0.663 92 26.5 16.9 10.73 11.8

夯后 23.4 2.02 1.64 0.617 100 26.3 16.7 17.97 14.8

⑦ 夯前 21.3 1.99 1.64 0.627 92 29.8 17.9 6.68 7.6

夯后 26.7 1.95 1.54 0.732 99 32.1 18.7 6.66 9.1

從表中數(shù)據(jù)可以看出，上部土層初始含水率較大,強(qiáng)夯后土層各指標(biāo)變差：④層及④1 (基坑底以下約2.8m地基土層)的壓縮模量和標(biāo)貫擊數(shù)夯后有所降低；下部：⑤層夯后壓縮模量降低，標(biāo)貫擊數(shù)略有提高；⑤1層標(biāo)貫擊數(shù)夯后提高；⑥層、⑦層壓縮模量及標(biāo)貫擊數(shù)夯后有所提高。

（2）地基土層性質(zhì)對(duì)強(qiáng)夯效果影響

本工程直接強(qiáng)夯④層粉質(zhì)粘土，該層土滲透性較差，孔隙水壓力消散較慢，在沖擊能作用下，地面會(huì)立即產(chǎn)生沉降，形成夯坑，表面形成一層橡皮土并發(fā)生隆起，土體固結(jié)后強(qiáng)度明顯降低。

3 結(jié)語

（1）強(qiáng)夯法加固地基能提高承載力,但盲目施工將會(huì)破壞土體,降低強(qiáng)度。

（2）采用強(qiáng)夯法加固地基時(shí)，應(yīng)根據(jù)土層性質(zhì)及有效加固深度確定合適的夯錘和落距。如果基坑已挖至持力層且為飽和粘性土，宜采用強(qiáng)夯置換法進(jìn)行加固處理。

（3）強(qiáng)夯施工前應(yīng)選擇有代表性的場(chǎng)地進(jìn)行試夯，并根據(jù)試夯結(jié)果再進(jìn)行強(qiáng)夯設(shè)計(jì)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳文，曾金艷，張敏.影響強(qiáng)夯加固效果因素的試驗(yàn)研究[J].勘察科學(xué)技術(shù),2006,(2).

[2]林宗元主編.巖土工程治理手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005，53～64.

[3]中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn).建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2002.

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。