山區填方地基強夯處理方法

徐芳吉

（浙江省地質礦產研究所，浙江杭州310007）

山區填方地基強夯處理方法

徐芳吉*

（浙江省地質礦產研究所，浙江杭州310007）

強夯法是使用起重設備，將大重量和一定外形結構規格的夯錘起吊至某一高度后，自由下落，給地基土以強大的沖擊能量的夯擊，使地基土產生強烈的振動和很高的動應力，從而在一定范圍內使土體的強度提高，壓縮性降低。結合工程實際對強夯的設計及施工中有關問題進行探討。

山區填方；地基處理；強夯；施工

1 工程概況

浙江麗水市低丘緩坡開發較多，通過高挖大填整平場地進行建設。某企業需要建設1～2層的廠房與多層辦公樓，荷載要求為305kN/m。建設場地位于填方區域，填方厚度差異大。直接采用淺基礎會產生不均勻沉降問題，采用樁基礎費用高、施工周期長，只有采用強夯進行地基處理比較經濟。

2 工程地質條件

場地為低山丘陵地貌，經挖填整平后相對平坦，根據《勘察報告》，場地土分布情況如圖1所示，巖土層特征如下：

①填土：色雜，干燥，松散。主要由殘坡積土、風化巖、碎塊石組成，最大塊徑2m，極不均勻，厚度0.6～13.1m。

②含碎石粘土：黃褐色，濕，稍密，碎石大小2～5cm，fak=150kPa。

③-1全風化凝灰巖：黃褐色，濕，稍密，呈砂土狀，fak=200kPa。

③-2強風化凝灰巖：灰黃色，密實，呈碎石狀，fak= 400kPa。

③-3中風化凝灰巖：灰色，塊狀，局部裂隙發育，fak=2000kPa。

場地地下水類型簡單，地下水位較低。水位埋深隨季節變化，地下水對砼不具侵蝕性。

圖1 工程地質剖面圖

3 強夯設計

3.1 設計依據

（1）工程總平面圖，基礎平面圖；

（2）國家標準《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）2009版；

（3）《強夯地基處理技術規程》(CECS 279:2010)；

（4）國家標準《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2012）；

（5）部門標準《建筑地基處理規范》（JGJ79-2012）；

（6）國家標準《地基與基礎工程施工及驗收規范》（GB50202-2013）；

（7）其它有關設計計算規范、規程。

3.2 基本思路

對場地內回填區域進行強夯處理，提高回填土的承載力以作為建筑物的基礎持力層。強夯施工擬采用2000kN·m夯擊能，直徑2.5m20t夯錘，強夯施工目標為夯后的地基土承載力特征值不小于160kPa。

3.3 設計參數

強夯施工分3遍進行，各遍次設計參數如表1所示。

表1 強夯施工設計參數

3.4 夯點布置

第一遍：梅花形布置，夯點間距4m。第二遍：梅花形布置，位置與第一遍錯開，夯點間距4m（如圖2所示）。第三遍：滿夯，均勻布置，錘印搭接1/3(如圖3所示)。

圖2 主夯點布置示意圖

圖3 滿夯夯點布置示意圖

表層約0.5m范圍內有起伏，應于全部強夯完畢后，采用鏟車推平，在地基上鋪300～500mm厚的碎石墊層，以改善傳力條件，使荷載傳遞較為均勻。墊層施工按規范分層壓實處理。

4 施工要求

4.1 施工設備

(1)沖錘：直徑2.5m20t夯錘；

(2)升降機械：30t起重機；

(3)填料設備：鏟車；

(4)其他設備：運輸車，碾壓設備，靜載荷試驗設備。

4.2 施工程序

強夯區域放樣→第一遍主夯夯點放樣→夯機就位→使夯錘對準夯點→起錘進行第一遍主夯點強夯→整平施工現場→第二遍主夯夯點放樣→夯機就位→使夯錘對準夯點→起錘進行第二遍主夯點強夯→整平施工現場→進行低能級滿夯→進行數據檢測。

4.3 施工要求

開始前應對試夯區域進行清表和場地平整，挖除山皮土、耕植土、淤泥等，夯前測定并記錄試夯區域場地標高。

每遍夯擊完成后，將夯坑推平，兩遍夯擊完成后，進行一遍滿夯，每遍2擊，滿夯夯擊能見表，要求錘印搭接1/3。滿夯完成后測定并記錄夯后場地標高。應注意做好場地排水措施，修挖臨時排水溝進行有序排水，每遍夯擊完成后應及時推平，防止施工過程中夯坑積水。

做好安全生產、文明施工。

4.4 施工準備

強夯之前應先清除夯擊范圍內表面耕植土及草皮樹根、局部的腐殖土和淤泥至老土，同時做好現場排水措施。清理場地并整平，修出夯機行走的道路，根據甲方放出的控制樁，進行施工放點。

組織施工管理人員熟悉圖紙及有關技術規范和標準,認真掌握施工方案具體施工要點，向有關施工機組及作業人員進行施工前技術交底及質量、安全交底。

施工前由施工員在施工圖上對夯點進行編號，施工時每一點都要與施工圖對號進行，防止漏夯。設備進場調試正常，具備施工條件，同時向監理單位提交開工前所需各種報驗、報表。

在雨期施工時，隨時做好明溝排水工作。

測量人員在施工前備好儀器和記錄表格等現場技術資料。根據建設方提供的控制樁放出地基外擴定位線和主夯夯點。

確定夯錘落距，將脫鉤器拉繩在夯擊能預定高度處鎖定。夯錘落距在施工前由機組測量員，機長共同施測，并做標識，質檢員復測確認，施工過程中由測量員控制。

夯擊數由測量員控制，并具體負責簽寫《強夯施工記錄》。《強夯施工記錄》應如實填寫錘重、落距、夯擊數、每擊的夯沉量及總夯沉量等，質檢員檢查并簽字認可后，才可作為核算完成工作量的依據。

4.5 大面積施工

各項施工參數確定下來后,可開始大面積施工。施工前，先平整場地，平整度和表面硬度應滿足重型施工設備安全行走要求。復測場地標高，滿足設計起夯面標高要求后，用經緯儀向施工場區內引測施工圖角點控制坐標，經監理工程師驗核無誤后，再按施工圖布置夯點，并用白灰標出夯印。

強夯主機和夯錘就位后，要對夯錘的落距進行測量，并在要求高度處鎖定，使其在夯擊過程中落距始終保持不變，確保每擊均能達到設計單擊夯擊能，同時測量就位后的錘頂面標高和地面標高，錘頂面至自然地面的高度，以計算每擊的夯沉量和夯坑深度。

將夯錘起吊至預定高度后自動脫鉤，夯錘夯擊地面，測量夯錘頂面標高，減去夯錘就位時的頂面標高就是第一擊的夯沉量，如此反復進行，直至最后3擊的平均夯沉量滿足設計和規范控制標準后，停止夯擊，進行移位。移位時，應先將主機后退一定距離，再起吊夯錘，使錘底與夯坑底面脫離，靠慣性使錘移動到下一夯點，此時應立即脫鉤，隨時調整主機位置，使主機的吊桿、門架和夯錘保持最合理的受力結構狀態，再起吊夯錘，進行夯點施工。重復上述步驟，直至所有第一遍夯點全部完成。同樣的步驟，滿足間隔期要求后完成第二遍夯點施工。

4.6 地面隆起和翻漿，形成橡皮土原因分析

(1)夯點選擇不合適，使夯擊壓縮變形的擴散角重疊。

(2)夯擊有側向擠出現象。

(3)夯擊后間歇時間短，空隙水壓力未完全消散。

(4)夯擊數過多易出現翻漿(橡皮土)。

(5)雨期施工或土質含水量超過一定量(一般為20%內)時，出現夯坑周圍隆起及夯點翻漿現象。防治措施：

①調整夯點間距、落距、夯擊數等，使之不出現地面隆起和翻漿為準。

②施工前進行試夯確定：各夯點相互干擾的數據；各夯點壓縮變形的擴散角；各夯點達到要求效果的遍數；每夯一遍空隙水壓力消散完的間歇時間。

③根據不同土層不同的設計要求，選擇合理的操作方法(連夯或隔行間夯等)。

④對于易翻漿飽和粘性土，可鋪填砂石墊層，以利空隙水壓消散。

⑤盡量避免雨期施工，必須雨期施工時，要挖排水溝，設集水井，地面不得有積水；減少夯擊數，增加空隙水的消散時間。

4.7 冬、雨期夯擊效果差，不能滿足設計要求深度內的密實度的原因分析

(1)冬期施工土層表面受凍，強夯時凍塊夯入土中，這樣消耗了夯擊能量又使未經壓縮的土塊夯入土中。

(2)雨期施工地表積水或地下水位高，影響了夯實效果。

(3)夯擊時在土中產生較大沖擊波，破壞原狀土結構，產生液化(可液化的土層)。

(4)遇有淤泥或淤泥質土，強夯無效果，雖有裂隙出現，但空隙水壓不易消散掉。

防治措施:

(1)冬季施工首先從施工方面入手，應先清除地表的凍土層再進行強夯施工，一是防止凍土夯入地基融化后形成地基土的疏松，二是防止凍土層過厚影響夯擊強度和強夯處理深度，如果厚度小于100mm但已形成硬殼層，也可以直接施工，但需相應增加夯擊次數和夯擊能，以確保達到設計承載力和影響深度。

(2)雨期施工時，地表不能有積水，增加排水通道，場地平整應有泛水0.5%～1%，夯坑及時回填壓實，防止水滲入；場地外圍設圍埝，防止外部地表水浸入；四周設排水溝，及時排水。地下水位高時，可采用點井降水或明排水(抽水)等辦法降低水位。

(3)若基礎埋置較深時，可先挖除表層土，使起夯地表標高接近基底標高，減小夯擊厚度，提高加固效果。

(4)夯點正方形網狀布置，荷載較大的部位，可適當增加夯擊點。

(5)外圍夯點輪廓中心線，比建筑物最外軸線擴大l～2排夯點(取決于加固深度)。

(6)土層發生液化應停止夯擊，此時的擊數為該遍確定的夯擊數或視夯坑周圍隆起情況，確定最佳夯擊數。

(7)間歇時間時保證夯擊效果的關鍵，主要根據空隙水壓力消散完來確定。

(8)當夯擊效果不顯著時,應鋪砂石層，以利排水，增加加固效果。

(9)夯錘應有排氣孔，以克服氣墊作用，減少沖擊能損耗和起錘時對夯錘吸力。

(10)在正式施工前，應通過試夯和靜載試驗，確定有關參數。

4.8 土層中有軟弱土夾層，影響加固深度與加固效果的原因分析

軟粘土弱夾層位于加固范圍之內，則加固只能達到弱夾層表面，而在軟弱夾層下面的土層很難得到加固，這是由于該層吸收了夯擊能量難于向下傳遞所致。防治措施:

（1）盡量避免在軟弱夾層地區采用強夯法，或代之以強夯置換法進行加固地基。

（2）加大夯擊能量。

5 現場試驗

5.1 單點夯擊試驗

試驗方法是分別在夯錘上和夯坑周圍地面相互垂直方向埋設觀測標識，在夯擊過程中，利用水準儀測量每擊的夯沉量和地面水平方向、垂直方向的位移，直到最后3擊平均夯沉量滿足參數表內的要求，繪制夯擊數和夯沉量關系曲線，計算有效夯實系數，確定最佳夯擊數和夯點間距。

本工程在進行單點夯擊試驗時，在每個試夯區內設2個單點夯擊試驗點，并埋設地表變形觀測網，每夯一擊，應觀測地表變形和每擊夯沉量，做好沉降觀測記錄，并繪制錘擊數與夯沉量的關系曲線，尋找出曲線趨于緩和的線段所對應的擊數，即為該點地基土的最佳錘擊數。

5.2 群點夯擊試驗

在單點夯試驗的基礎上，按設計確定的單擊夯擊能及夯擊次數和布點間距分遍施工，并控制最后3擊的平均夯沉量滿足設計要求，使地基土在水平方向和垂直方向均得到有效加固。除了詳細記錄夯擊數和每擊的夯沉量，記錄施工過程出現的異常情況以外，還要計算夯后場地的整體下沉量。通過對整個試夯區的群點夯擊，求出平均夯沉量和總夯沉量，夯前夯后地面標高的變化，來確定整個工程的標高控制情況。

5.3 靜載荷試驗

按復合地基試驗方法對施工完成后的地基靜載荷試驗。

[1] CECS 279:2010強夯地基處理技術規程[S].中國計劃出版社，2010.

[2]工程地質手冊[M].4版.中國建筑工業出版社，2011.

[3]麗水富嶺開發區某企業巖土工程勘察報告[R].浙江省浙南綜合工程勘察測繪院，2014.

[4]李春陽.淺析強夯法在塊石回填土中的應用與效果[J].土工基礎，2002，16（1）.

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徐芳吉（1962-），男（漢族），浙江衢州人，工程師，現從事地質礦產技術工作。