強夯法在大面積深厚填土中的應(yīng)用

康 寅

(中國成達工程有限公司, 四川成都 610041)

強夯法在大面積深厚填土中的應(yīng)用

康 寅

(中國成達工程有限公司, 四川成都 610041)

通過某化工項目地基處理設(shè)計實例，介紹了場地位于大面積深厚填土山區(qū)強夯法設(shè)計、質(zhì)量檢驗、施工方法，并提供部分檢測結(jié)果，希望能給相關(guān)工程提供參考和借鑒。

地基處理; 強夯法; 深厚填土; 地基檢測

1 強夯法

強夯法在國際上稱動力壓實法(Dynamic Compaction Method)或稱動力固結(jié)法(Dynamic Consolidation Method)，這種方法是反復(fù)將夯錘提到高處使其自由落下，給地基以沖擊和振動功能量，將地基土夯實，從而提高地基的承載力，降低其壓縮性，改善地基性能。適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。

1.1 有效加固深度

強夯地基的加固深度常用有效加固深度來表示，對強夯法處理地基設(shè)計來說，主要是根據(jù)工程要求的加固深度和加固后要求達到的主要技術(shù)指標(biāo)來確定有效加固深度，所以有效加固深度是選擇強夯施工采用的夯擊能的主要依據(jù)，也是反映處理效果的重要參數(shù)。強夯法創(chuàng)始人梅那(Menard)提出了用下列公式來估算影響深度H：

式中：M為夯錘重 (t)；h為落距 (m)。

從上述公式中可以看出，其影響深度僅與錘重與落距有關(guān)，而實際上影響有效加固深度的因素很多，除上述因素外，夯擊次數(shù)、錘底單位壓力、地基土性質(zhì)、不同土層的厚度和埋藏順序以及地下水位等都與加固深度有著密切的關(guān)系。

1.2 夯擊能

夯擊能分為單擊夯擊能和單位夯擊能。

(1)單擊夯擊能：即夯錘重和落距的乘積，一般根據(jù)工程要求確定加固深度。隨著起重機械工業(yè)的發(fā)展，目前采用的最大單擊能為15 000kN·m。國際上曾經(jīng)采用的最大單擊能為50 000kN·m，設(shè)計加固深度達40m。

(2)單位夯擊能：施工場地單位面積上所施加的總夯擊能，單位夯擊能的大小與地基土的類別有關(guān)，在相同條件下細顆粒土的單位夯擊能要比粗顆粒土適當(dāng)大些。此外，結(jié)構(gòu)類型、荷載大小和要求處理的深度也是選擇單位夯擊能的重要因素。

1.3 夯擊次數(shù)

夯點的夯擊次數(shù)是強夯設(shè)計中的一個重要參數(shù)。夯擊次數(shù)一般通過現(xiàn)場試夯確定，常以夯坑的壓縮量最大、夯坑周圍隆起量最小為確定的原則。通常以現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)與夯沉量的關(guān)系曲線確定。對于碎石土、砂土、低飽和度的濕陷性黃土和填土等地基，夯擊時夯坑周圍往往沒有隆起或雖有隆起但其量很小，在這種情況下，應(yīng)盡量增多夯擊次數(shù)，以減少夯擊遍數(shù)。但對于飽和度較高的黏性土地基，隨著夯擊次數(shù)的增加，土的孔隙體積因壓縮而逐漸減小，因這類土的滲透性較差，故孔隙水壓力將逐漸增長，井促使夯坑下的地基土產(chǎn)生較大的側(cè)向擠出，而引起夯坑周圍地面的明顯隆起，此時如繼續(xù)夯擊，并不能使地基土得到有效的夯實，反而造成浪費。

式中:a為有效夯實系數(shù)；V為夯坑體積(m3)；V′為夯坑周圍地面隆起體積(m3)；V0為壓縮體積(m3)。

張永鉤等曾提出有效夯實系數(shù)的概念，并以此來確定夯擊次數(shù)。有效夯實系數(shù)表示地基土在某種夯擊能作用下的夯實效率。有效方夯實系數(shù)高，說明夯實效果好，反之，有效夯實系數(shù)低，說明夯實效果差。

2 案例概況

某項目廠址位于重慶市某化工園區(qū)，該區(qū)域?qū)偾鹆甑孛玻话銟?biāo)高265～310m，以淺丘為主(局部為中丘)。總體地勢西高東低，地形較平坦，一般3°～5°，局部坡角10°～32°。項目用地范圍整體比較狹長，約3 600m，最寬處約1 150m，最窄處約780m，西邊界平行于規(guī)劃中的鐵路線，東邊界鄰化工園區(qū)主干道，總占地面積約322hm2。其中填方面積180hm2，挖方面積133hm2，最大回填深度近30m。

3 地質(zhì)條件

圖1 典型地質(zhì)剖面

4 處理方案比選

本區(qū)域地基處理難點：(1)場地屬于大面積深厚回填土，面積180hm2；(2)主要采用挖方爆破土石方，多為中風(fēng)化～微風(fēng)化大塊巖石；(3)填料級配較差，變異性大；(4)部分回填區(qū)域超出規(guī)范適用范圍。

充分考慮本區(qū)域地基處理難點，分析表1中各種地基處理方法適用范圍，結(jié)合各工藝裝置、公用工程及相應(yīng)的配套設(shè)施要求，本項目擬采用強夯法。考慮項目安全性、適用性、經(jīng)濟性，并提高投資效益，根據(jù)不同的回填深度及裝置重要程度采用不同的強夯能級，重要建構(gòu)筑物采用樁基礎(chǔ)或墩基礎(chǔ)。

表1 地基處理方法比較

5 試夯地基處理

通過試夯，根據(jù)試夯后的檢測結(jié)果，調(diào)整強夯施工方案，修正強夯參數(shù)，保證地基處理滿足設(shè)計要求。根據(jù)不同的回填深度，采取相應(yīng)的夯擊能量進行試夯。具體試夯能級、有效加固深度見表2。

夯點的夯擊次數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，并同時滿足下列條件:

(1)最后兩擊的平均夯沉量不宜大于下列數(shù)值：單擊夯擊能小于4 000kN·m時為50mm；單擊夯擊能為4 000～6 000kN·m時為100mm；單擊夯擊能大于6 000kN·m時為200mm；

表2 建議試夯能級

(2)夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起；

(3)不因夯坑過深而發(fā)生提錘困難；

(4) 回填土厚度d≤4 m范圍內(nèi)，地基承載力特征值不小于180 kPa；回填土厚度8 m≥d>4 m范圍內(nèi)，地基承載力特征值不小于150 kPa；回填土厚度d>8 m范圍內(nèi)，地基承載力特征值不小于120 kPa；壓縮模量均不低于10 MPa；

(5)強夯后場地剪切波速應(yīng)不小于200 m/s，干密度不小于2.0 t/m3。

6 質(zhì)量檢驗方法

本次檢測手段主要有平板載荷試驗、重型、超重型圓錐動力觸探試驗、多道瞬態(tài)面波檢測、原位干密度檢測、探槽與探井檢測、鉆探取樣、室內(nèi)土工試驗等, 檢測方法根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求實施。

平板載荷試驗確定承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的變形、地基承載力等參數(shù)。圓錐動力觸探(DPT)是利用一定的錘擊動能，將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土中，根據(jù)貫入擊數(shù)確定土的性質(zhì)，多道瞬態(tài)面波檢測確定地基土豎向和橫向均勻性。根據(jù)面波測試結(jié)果，選擇波速值較低的點位進行動力觸探和靜載荷試驗。原位干密度檢測塊石填土地基加固效果。探槽的挖掘深度較淺，一般在回填土厚度小于4 m時使用，寬度不小于0.8 m，長度可根據(jù)所了解的地質(zhì)條件和需要決定，深度則根據(jù)覆蓋層的性質(zhì)和厚度決定。探井能直接觀察地質(zhì)情況，詳細描述巖性和分層，利用探井能取出接近實際的原狀結(jié)構(gòu)的土試樣。

7 檢驗結(jié)果

表3、表4、表5為部分點位試驗成果。

表3 淺層靜荷載試驗成果

各夯區(qū)的表層地基承載力特征值、壓縮模量、強夯影響深度、干密度均能滿足試夯設(shè)計要求。但根據(jù)超重型動力觸探試驗成果，有效加固深度范圍內(nèi)的土層地基承載力特征值，隨著深度的增加而降低。從動探曲線分析，個別試驗點局部深度錘擊數(shù)偏低，分析或為該深度范圍內(nèi)回填土體中碎塊石含量偏低，含水量偏高，由于局部土質(zhì)原因影響相應(yīng)層位效果稍差。

表4 超重型動力觸探試驗成果

8 強夯施工方案

根據(jù)試夯結(jié)果，滿足設(shè)計要求。最終2 000 kN·m和8 000 kN·m能級的強夯施工方案調(diào)整如下：

8.1 2 000 kN·m能級的施工參數(shù)

(1)夯擊能量為2 000 kN·m, 錘重16.5～20 t，落距10～12 m。(2)夯擊遍數(shù)為點夯兩遍，滿夯一遍。(3)夯點間距按5 m×5 m方格網(wǎng)狀布置(圖2)。(4)夯擊數(shù)N大于或等于8擊，控制最后兩擊平均貫入度小于50 mm(本指標(biāo)按照夯擊數(shù)與貫入度雙項控制)。(5)施工兩遍點夯間歇時間為5 d(可根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整)。(6) 滿夯能量為1 500 kN·m，一遍，夯擊數(shù)N≥2擊。(7)滿夯時彼此搭接1/4錘徑，夯印平整。

8.2 8 000 kN·m能級的施工參數(shù)

表5 瞬態(tài)瑞雷波試驗成果

圖2 2 000 kN·m能級夯點圖

(1)夯擊能量為8 000 kN·m，錘重40～45 t，落距17.8～20 m。(2)夯擊遍數(shù)為主夯點兩遍，4000 kN·m插點和滿夯各一遍。(3)夯點間距按9 m×9 m方格網(wǎng)狀布置(圖3)。(4)主夯/插夯夯擊數(shù)N大于或等于8擊，控制最后兩擊平均貫入度小于200 mm(本指標(biāo)按照夯擊數(shù)與貫入度雙項控制)。(5)施工3遍點夯間歇時間為7 d(可根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整)。(6)滿夯能量為2 000 kN·m，一遍，夯擊數(shù)N≥2 擊。(7)滿夯時彼此搭接1/4錘徑，夯印平整。

圖3 8 000 kN·m能級夯點圖

9 結(jié)束語

(1)通過強夯預(yù)處理，提高回填土的密實度和地基承載力，完成回填土的初期沉降。地基強夯處理不僅降低了地基土的壓縮性，而且提高了地基承載力，滿足回填區(qū)大部分區(qū)域次要建(構(gòu))筑物、小型設(shè)備基礎(chǔ)、地下管網(wǎng)等對地基承載力及變形的需求。

(2)可以減少大量工程用樁，節(jié)省費用，加快施工周期。

(3)在進行強夯法施工技術(shù)參數(shù)(單擊夯擊能、夯擊遍數(shù)、間歇時間等)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)試夯結(jié)果、施工經(jīng)驗、機械設(shè)備條件以及現(xiàn)場的實際情況綜合確定。

[1] 地基處理手冊編寫委員會．地基處理手冊[M]．北京：建筑工業(yè)出版社, 2008.

[2]JGJ79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3]CECS279:2010 強夯地基處理技術(shù)規(guī)程[S].

[4]GB50021-2001(2009年版本) 巖土工程勘察規(guī)范[S].

康寅(1982～)，男，碩士，工程師，主要從事石油化工類巖土工程和結(jié)構(gòu)工程設(shè)計工作。

TU472

B

[定稿日期]2016-10-21