強夯法在吹填土地基處理中的應用研究

李 強，王春艷，于大永，郝鐘勤，孫志剛

（1.琿春市水利勘測設計隊，吉林 琿春 133300；2.圖們市防汛抗旱指揮部辦公室，吉林 圖們 133100；3.吉林省保利水利水電工程有限公司，吉林 長春 130021；4.中慶建設有限責任公司，吉林 長春 130062）

0 引言

強夯地基處理始源于法國梅納德（Menard）技術公司首創[1]，由于強夯法具有施工機具簡單，施工方便，工程造價低等優點，很快傳播到世界各地。強夯法是處理吹填土地基的一種工法。先對需要處理的吹填土陸域進行開挖排水溝，并與之結合施加數遍相應的變能量擊密，已達到降低土體的含水量，提高土體密實度和承載力，減少地基的工后沉降的地基處理方法。該項技術已經在諸多重大工程的軟土地基處理中得到了廣泛應用。

1 工程概況及地質條件

1.1 工程概況

工程位于河北省唐山市曹妃甸工業區某化工公司一期項目強夯地基處理區，地基處理面積為58萬m2，地面標高為4.0～4.5 m，對場地內上部軟弱土層進行強夯處理，處理后的地基承載力特征值不小于150 kPa，并消除液化。強夯處理有效深度為不小于自然地面以下7 m。夯區最后兩擊平均夯沉量控制為小于等于50 mm。

1.2 工程地質條件

據場地地理位置，在該次檢測深度（7 m）范圍內土層主要由①1層吹填粉土、①2層粉土、②層粉砂組成。地層巖性簡述如下：

第①1層吹填粉土（Q4ml）：主要為場區內圍海造地吹填形成的，灰色～灰褐色，含貝殼碎片，夾粉砂薄層。

第①2層粉質粘土（Q4 m）：灰黑色，流塑～軟塑，含有機質，貝殼碎片，具腥臭味，無搖震反應，稍有光澤，干強度和韌性中等。局部地段為淤泥粉質粘土，屬欠固結土，具高壓縮性。層厚0.43～1.90 m。

第②層粉砂（Q4 m）：灰色，松散-稍密，飽和，長石-石英質，含少量貝殼碎片，顆粒呈圓形，均粒，層間夾粉質粘土、粉土薄層。

2 強夯設計參數及試驗方案

強夯設計參數，見表1。

表1 強夯設計參數

2.1 夯錘、落距

夯錘20 t，直徑2.5 m圓形鐵錘，底面積4.9 m2，錘體對稱設4個排氣孔。

點夯落距：H=3000/200=15 m。滿夯落距：H=1500/200=7.5 m。落距在經計算確認后，在施工時必須對夯錘落距進行測定與控制。

施工機械采用帶有自動脫鉤裝置的履帶式起重機，經確認的落距一般是固定的，即保證夯擊單擊能量準確固定。

2.2 間歇時間

由于強夯施工區域為吹填土形成的陸域，地下水位較高，強夯施工前須采取降低地下水位措施。施工過程中必須由專業人員對孔隙水壓力進行觀測，孔隙水壓力全部消散后方可進行下一遍夯擊或夯后各項檢測工作，同時兩遍夯擊之間的間歇時間不少于一周，強夯全部完成兩周后方可進行檢測工作。

2.3 強夯施工方法

強夯工藝采用兩遍點夯和一遍滿夯，每遍之間間歇時間為一周。兩遍強夯之間的間歇時間，利用排水溝進行降水工作，以防止地下水位回升。第一、第二遍為3000 kN·m點夯，夯點間距5.0 m，呈正方形布置。夯點的夯擊次數暫定6～8擊，但需滿足最后兩擊的平均夯沉量小于5 cm。最后一遍為1500 kN·m能級的滿夯，每夯點夯擊2擊，要求夯錘的底面積彼此搭接1/4。

3 強夯過程的檢測內容

3.1 強夯施工前檢測

開夯前檢查夯錘質量和落距，保證單擊夯擊能量。在每一遍夯擊前，對夯點放線進行核查，發現偏差應及時糾正。

3.2 夯沉量以及累積夯沉量的檢測

每夯點每一擊用水準儀測讀一次夯沉量，獲得夯擊數和累積夯擊量的關系曲線，要求最后兩擊夯沉量均不超過50 mm。

3.3 強夯區域地面平均下沉量

量測夯前標高和每一遍夯擊完成，推平碾壓后的標高，獲得夯擊能量和地面沉降關系曲線。

4 強夯區域試驗

該標段采用淺層平板載荷試驗、標準貫入試驗、靜力觸探試驗、面波波速試驗等多種方法對強夯后的地基土的物理力學性能進行綜合評價。

4.1 標準貫入試驗

該區標準貫入試驗結果統計成果見表2，強夯后①1層吹填粉土呈中密狀態，①2層吹填粉土呈稍密狀態，②層粉砂為中密狀態。

表2 標準貫入試驗結果

4.2 場地土液化評價

按GB50011-2001《建筑抗震設計規范》[2]，對該標段強夯影響7.0 m深度范圍內飽和砂土及粉土進行液化判定，標準貫入實測錘擊數均大于液化判別標準貫入錘擊數臨界值，檢測深度范圍內①1層吹填粉土、①2層吹填粉土和②層粉砂的液化已完全消除。

4.3 面波試驗

面波波速剖面其結果詳見圖1，2。面波測試分層速度模擬地質剖面圖。各層土夯后波速統計見表3。

圖1 面波波速剖面BM1其結果

圖2 面波波速剖面BM2其結果

表3 面波波速統計表

4.4 靜力觸探試驗

該區域進行了236孔靜力觸探試驗，其結果見各土層靜力觸探試驗數據統計表4。

表4 靜力觸探試驗結果統計表 MPa

4.5 靜載試驗

試驗點的靜載試驗P～s曲線，見圖3、圖4。

對強夯區內12組淺層平板載荷試驗Q-S曲線分析，利用相對變形控制法與比例界限得出各組地基承載力實測值。依據《建筑地基基礎設計規范》[3]附錄C，確定地基承載力特征值fak≥150 kPa，滿足設計要求。變形模量最小值14.3 MPa，最大值17.16 MPa，平均值15.1 MPa。強夯后地基土的變形模量E0按下式計算：

式中：P——承壓板上總荷載，kN；u——泊松比砂土取0.3；s——最大荷載下沉降量，cm；d——承壓板直徑，cm。

根據以上試驗結果，綜合評價該區域強夯后地表以下7 m深度范圍內，各層土地基承載力及壓縮模量建議值，詳見表5。

表5 各層地基承載力及壓縮模量

5 結 論

該區域強夯單擊夯擊能3000 kN·m，單點夯擊8～12擊。根據鉆孔標準貫入試驗、雙橋靜力觸探試驗、面波波速測試，得出以下結論：

1）該區域強夯對①層吹填土（粉土）和②層細砂的加固效果較好，①層吹填粉土由原來松-稍密狀態，達到中密狀態，其強度有了明顯提高。深度7 m范圍內的①層吹填土（粉土）、②層粉砂由稍密狀態經過強夯達到中密狀態。

2）總體上強夯效果明顯，有效加固影響深度達到7 m。根據靜力觸探試驗結果，深度7 m范圍內①層吹填土（粉土）、②層粉砂達到中密狀態，局部達密實，消除液化。

3）該區域強夯后①層吹填土（粉土）的壓實系數0.93～0.95。地基承載力特征值為200 kPa。設計單位可根據該場地地基情況進行基礎設計。對單位荷重較大，基礎埋深較大的建筑物，應根據場地土質情況采用其它有效方法對地基土進行處理。

[1]趙宏濤.大面積強夯地基處理前的試夯淺析[A]：第十屆全國地基處理學術討論會論文集[C].南京：東南大學出版社，2008：55-57.

[2]中華人民共和國建設部.GB50011-2001《建筑抗震設計規范》[S].北京：中國建筑工業出版社，2001.

[3]中華人民共和國建設部，GB50007-2002《建筑地基基礎設計規范》[S]，北京：中國建筑工業出版社，2002.