軟弱地基的強夯置換法施工

貴州建工集團第二建筑工程有限責任公司 貴陽 550007

1 工程概況

貴州師范大學花溪校區建設工程一期會議中心、禮堂工程應用了地基強夯施工，采用雜填土填筑。該場地具有高壓縮性，場地均勻性差、力學性質差、強度低、后期不均勻沉降嚴重，屬不良地基土。為了提高地基土的壓縮模量，減少地基后期不均勻沉降，需對回填土區域進行地基強夯處理，強夯處理面積18 000 m2。會議中心及禮堂區為回填區，回填并經整平后，場坪高程為1 169 m、1 167 m、1 166 m、1 164 m、1 163 m、1 161 m。強夯處理地基范圍每邊超出建筑外緣的寬度不小于5 m。經鉆探揭露，擬建物周邊已全部回填，回填區域很大，場地周邊填方高程在1 163～1 169 m之間，擬建物處于填方區域的中部，建筑邊線以外不存在填方邊坡，場內存在最大高度為6 m的填方邊坡。根據本工程現場施工面積較大的特點，我公司根據場區內不同施工要求劃分為若干個施工小區，進行分片、分組管理[1,2]。

2 強夯置換法工法特點

本工程地基處理要求為：采用強夯對雜填土（主要為不均勻碎石，厚2～20 m）進行強夯處理；強夯應按照《強夯地基處理技術規程》（CECS 279—2010）要求執行；地基設計等級為乙級；強夯布點間距建議采用6 m梅花形布置且滿足規范。

根據以上工程要求，擬采用強夯置換法，該工法具有以下特點[3]：

1）適用范圍廣，可處理的地基土類型廣泛；

2）加固地基效果顯著，強夯加固后可立即投入使用；

3）投入設備少、施工簡便、加固費用低，更適用于大規模地基加固；

4）可根據上部結構需要，在原地面上選擇加固范圍，具有直觀性和靈活性；

5）對地基土及周圍環境不產生任何化學污染。

3 工藝原理與工藝流程

強夯置換法是用幾噸或幾十噸的重錘從高處落下，反復多次夯擊地面，對地基進行強力夯實，這種強大的夯擊能在地基中產生強烈的沖擊波（其中體積波起主導作用，包括縱波和橫波）和動應力[4]。從夯擊點發出的縱波和橫波向地基縱深方向傳播，使地基土經歷孔隙壓縮、局部液化、可變滲透（動力排水）和時效觸變恢復等幾個階段，使原地基土壓縮，形成夯孔（圖1）。

施工工藝流程：施工準備（進場）→施工放線、定位→試夯→點夯→夯坑推平→測量標高→滿夯→檢測→退場。

4 操作要點

4.1 設計方案的初定及地質周邊環境條件的調查

4.1.1 預定地基加固目標

根據擬建的建（構）筑物荷載的情況，預定地基加固的目標，如擬加固的土層、強夯置換體的深度、加固后強夯置換體和強夯置換復合地基土應達到的物理力學性質相關指標等。

4.1.2 地基條件、周邊環境調查

1）夯前巖土工程勘察，對擬進行強夯置換區域的地質情況進行勘察，了解場地詳細的地質情況，了解場地的土層是否適合強夯置換加固處理，了解擬加固土層的物理力學性質指標，以便確定強夯置換方案和對比夯前、夯后的加固效果。

2）對擬進行強夯置換區域周邊環境進行調查。由于強夯置換施工過程會引起地表振動，并產生噪聲。因此必須對周邊環境條件進行調查，以了解該場地是否適宜采用強夯置換加固處理或者是否需要采取隔振、防振或其他措施。

3）核實強夯區域和周邊是否有地下管道和軍用電纜等。若有則要做相關的預防處理措施（一般做法是開挖減振溝，溝的尺寸根據現場實際情況定）。

4.2 強夯置換設計

根據預定地基加固目標和場地地基條件進行強夯置換設計，主要設計參數為：強夯置換碎（塊）石墩體深度、夯擊能、夯擊次數、夯擊循環數、間隔時間、夯擊點布置和處理范圍。這些參數都是根據規范和工程經驗初步選定，通過試夯或試驗性施工進行驗證并經必要的修改調整，最后確定適合現場地基條件的設計參數。

工程技術要求：建議采用強夯能級3 000 kN·m，其中點夯能級3 000 kN·m，滿夯能級為1 000 kN·m，施工遍數為一遍點夯一遍滿夯，夯擊數為點夯5～7擊，滿夯1～2擊，布點形式為6.0 m×6.0 m布置，夯錘質量為20～25 t。

夯擊遍數應根據地基土的性質確定，可采用點夯2～3遍，對于滲透性較差的細顆粒土，必要時可適當增加夯擊遍數。最后再以低能量滿夯2遍，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。

強夯置換布點形式應根據基礎形狀和寬度采用正方形、梅花形或等邊三角形布置（圖2）。置換墩間距應根據荷載大小和原土的承載力選定。

圖2 布點形式

4.3 試夯

在大面積施工之前，首先應確定試夯方案，在現場進行夯擊試驗，以確定夯擊次數、填料量等強夯參數和施工工藝，并對試夯結果進行檢測。試夯面積應不小于1 000 m2，試夯場地的工程地質條件應具有代表性，可由設計單位現場指定。

4.4 地面標高測量及夯點測放

對整個強夯區域進行夯前標高測量控制，確保夯后標高達到設計標高位置。

1）根據施工圖紙和現場布設的坐標控制網，采用經緯儀或全站儀測放夯點位置，用明顯的標志標出或用石灰點標出夯位中心點。

2）在每一遍夯擊前應對夯點放線進行復核，如施工中發現夯錘偏離夯坑中心，應立即調整對中；夯擊后如發現坑底歪斜度較大，需及時用填料將坑底墊平后，方可繼續夯擊。夯完后檢查夯坑位置，發現偏差或漏夯應及時糾正。

3）夯機就位即夯錘就位時，夯錘中心和測放的夯點要重合，必要時以夯點為中心畫石灰圈，提高夯錘就位準確度。

4）在夯前及夯擊過程中，用塔尺立于錘頂，由專門測量人員用水準儀測量錘頂標高，每夯一錘測量一次，前后兩次的差值即為此次夯擊的夯沉量，以最后兩擊夯沉量滿足設計要求為停夯標準。

4.5 點夯施工過程控制

1）清理并平整施工場地；標出夯點，并測量場地高程；起重機就位，夯錘置于夯點位置；測量夯前錘頂高程。

2）將夯錘起吊到預定高度，開啟脫鉤裝置，待夯錘自由下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程。若發現因坑底傾斜造成夯錘歪斜時，應及時將坑底填平。

3）第1次環夯3～5擊或夯坑深度相等于錘高后，采用裝載機或挖掘機進行填料。

4）第2次循環夯若干擊至錘高，再回填石料。

5）重復夯擊，重復回填，填后再夯，夯后再填，連續循環若干次，直至達到要求為止（圖3）。

圖3 點夯示意

6）中間檢查主要有以下5項：

（l）施工過程中，每夯一擊，采用水準儀測量每擊夯沉量，記錄填料次數及每次的填料量。并將數據填入《強夯置換施工記錄表》中。

（2）檢查有偏錘現象時，除調整吊臂外，還應將夯坑底整平。

（3）當夯坑出水時，應及時回填石料，并保持錘底離水位不小于1.0 m。

（4）當夯坑周邊隆起過大時，應及時挖去隆起部分。

（5）檢查回填石料，確保石料滿足設計要求。

7）夯擊結果以同時滿足以下要求為收錘標準：

（1）第n次夯擊循環最后兩擊平均夯沉量不大于1/10錘高。

（2）總夯沉量為1.5倍設計強夯置換體長度。

4.6 場地平整、標高測量及滿夯施工

每遍施工完成后，應用推土機對其場地進行整平。表面平整度應以不影響強夯機械行走和正常施工且高差不大于200 mm為宜；場地平整后應對標高進行測量、記錄，為下一步滿夯的標高控制提供依據；采用低能量進行滿夯，在滿夯時應采用質量較小的夯錘，多次夯擊，錘印搭接，一般滿夯遍數不少于2遍（圖4）。

圖4 滿夯示意

4.7 強夯檢測及驗收

為保證強夯置換工程質量，在強夯置換施工完成后應進行必要的抽樣檢測。請具有相關資質的地基基礎承載力檢查機構對地基基礎進行檢測。合格后組織建設單位、監理單位共同驗收。常見的檢測項目主要為強夯置換碎（塊）石墩體形和深度、強夯置換碎（塊）石墩承載力、強夯整體置換地基的加固深度以及強夯置換復合地基的承載力和變形模量等。

1）采用探井、鉆孔取樣，標準貫入試驗時，單位工程不應少于3點；1 500～3 000 m2的工程，每500 m2至少有1個點；3 000 m2以上工程，超過3 000 m2部分每600 m2至少1個點。

2）采用換刀法、灌砂法、灌水法進行密實度、固體體積率檢測時，單位工程不應少于3點；每100 m2不應少于1個點；1 000 m2以上工程，每200 m2至少1個點，縱向分層檢測點的間距應小于2 m。

3）采用靜力觸探、重型動力觸探檢測時，單位工程至少3個點；1 000～3 000 m2的工程，每300 m2至少有1個點；3 000 m2以上工程，超過3 000 m2部分每500 m2至少1個點。

5 效益分析

強夯置換法使用設備簡單、施工工藝簡單、適用土質范圍廣，可取得較高的承載力，一般地基強度可提高2～5倍；變形沉降量小，壓縮性降低，加固影響深度可達6～10 m；工效高、施工速度快，較換土回填和樁基施工縮短一半工期；節省加固原材料、節省投資，比換土回填節省60%費用，比預制樁節省50%～70%，比砂樁節省40%～50%[5,6]。

該施工工法滿足了地基基礎承載力要求，同時也滿足了建設方對工期的要求，得到了建設方的一致好評，取得了一定的社會效益和經濟效益。