強(qiáng)夯處理回填土地基在山坡建筑片筏基礎(chǔ)中的應(yīng)用

王輝

強(qiáng)夯法處理地基屬于人工地基中的一種，天然地基或回填后的地基的承載力不能承受基礎(chǔ)傳遞的全部荷載，需經(jīng)人工處理后作為地基的土體稱為人工地基。處理方法包括換填法、預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、振沖法、砂石樁法、石灰樁法、柱錘沖擴(kuò)樁法、土擠密樁法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、單液規(guī)劃法、堿液法等。強(qiáng)夯地基是通過(guò)夯擊能量產(chǎn)生的波和動(dòng)應(yīng)力的反復(fù)作用，迫使土骨架產(chǎn)生塑性變形，由夯擊能轉(zhuǎn)化為土骨架的變形能，使土密實(shí)，提高土的抗剪強(qiáng)度，降低土的壓縮性。

強(qiáng)夯法又稱動(dòng)力固結(jié)法,利用起吊設(shè)備,將10～40t的重錘提升至6～40m的高處使其自由下落，依靠強(qiáng)大的夯擊能和沖擊波作用夯實(shí)土層，從而提高土的強(qiáng)度并降低土的壓縮性。強(qiáng)夯法主要用于礫石到粘性土、雜填土等各種地基土。對(duì)非飽和的粘性土地基，一般采用連續(xù)夯擊或分遍間歇夯擊的方法，并根據(jù)工程實(shí)際情況通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以確定夯實(shí)次數(shù)和有效夯實(shí)深度。強(qiáng)夯處理地基對(duì)改善地基抗震動(dòng)液化的能力和消除土的濕陷性具有良好的調(diào)節(jié)作用，是當(dāng)前一種經(jīng)濟(jì)有效的地基處理方法。隨著城市化進(jìn)程的不斷深入，山體或山坡建筑，常常采用“開(kāi)山填谷”方法解決建設(shè)用地問(wèn)題。對(duì)于使用開(kāi)山填筑的大面積回填場(chǎng)地，厚度不均勻，如何使之地基在強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定性等各方面都能滿足建設(shè)及設(shè)計(jì)要求的問(wèn)題，是繼續(xù)要解決的課題。其中強(qiáng)夯法加固技術(shù)具有效果顯著、經(jīng)濟(jì)易行、施工便捷等諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)山體建筑大面積回填土地基的處理有著巨大的優(yōu)勢(shì)。

本文以沁園春C區(qū)-II區(qū)地下室工程應(yīng)用強(qiáng)夯法處理大面積雜填土地基的工程實(shí)例，并對(duì)其處理效果進(jìn)行了分析，可為類似地基土的處理提供參考。

一、工程背景

沁園春C區(qū)-II區(qū)地下室工程位于福州市馬尾區(qū)君竹路登龍支路君山上，屬低山地貌單元，現(xiàn)場(chǎng)地總體呈北高南低趨勢(shì)，場(chǎng)地局部高差較大，原貌大部分基巖出露，現(xiàn)經(jīng)大致按整平標(biāo)高回填整平。根據(jù)《沁園春C區(qū)巖土工程勘察報(bào)告》（工程編號(hào)：1351025-2），場(chǎng)地上覆第四系人工堆積土，下伏花崗巖風(fēng)化層。據(jù)勘察鉆探揭露，在鉆孔深度范圍內(nèi)其巖土層可分為3層，雜填土層堆填時(shí)間半年，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)均勻性差，填土成分復(fù)雜，主要由可塑狀粉質(zhì)粘土夾少量碎石、塊石等組成，硬質(zhì)物含量20%～40%，工程地質(zhì)性能差。

地下室層高4.6m，建筑面積為3237㎡，建筑抗震設(shè)防為丙類，擬建場(chǎng)地為Ⅲ類，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土平板式片筏基礎(chǔ)。該工程場(chǎng)地自然標(biāo)高在79.20～88.50m之間（羅零標(biāo)高），施工完成后場(chǎng)地頂標(biāo)高為86.00m（羅零標(biāo)高），建成后地下室頂板上有厚度1.0m的綠化回填土，地下室底板位于雜填土層上，地基土承載力不足且沉降變形不能滿足工程要求。

二、工程地質(zhì)條件

勘察資料表明：本場(chǎng)地?zé)o不良地質(zhì)作用存在，屬不均勻但穩(wěn)定地基場(chǎng)地。場(chǎng)地內(nèi)無(wú)膨脹土和黃土質(zhì)濕陷性土，無(wú)飽和砂土層，屬非液化場(chǎng)地，地下水位埋深大于15m。據(jù)鉆探顯示，建筑場(chǎng)地主要為近期平整場(chǎng)地人工素填土和殘積砂質(zhì)粘性土，下伏太古代混合花崗巖強(qiáng)、中強(qiáng)風(fēng)化層。按其成因和類別可分四個(gè)土層，其特征分述如下：

（一）素填土

灰黃、灰色，稍濕，呈松散—稍密狀態(tài)，以人工回填的塊石、碎石為主，巖性為花崗巖，多呈中風(fēng)化狀態(tài)，巖質(zhì)較硬，粒徑一般多為200～1000mm，少量可達(dá)1000mm以上，雜亂分布，含量約為40%～80%，粘性土含量為10%～20%。層厚0.50m～13.80m。

（二）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（Ⅰ）

灰黃、灰白，中粗粒花崗巖結(jié)構(gòu)，散體塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為長(zhǎng)石及石英，巖芯多呈砂土狀，局部呈碎屑狀，為極軟巖，巖體完整程度為破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，裂隙較發(fā)育。層厚0.50m～8.10m。

（三）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（Ⅱ）

灰黃、灰白，中粗粒花崗巖結(jié)構(gòu)，散體—碎裂塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為長(zhǎng)石及石英，巖芯多碎塊狀，局部呈碎屑狀，為軟巖，巖體完整程度為破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，裂隙較發(fā)育。層中未發(fā)現(xiàn)洞穴、臨空面及軟弱巖層。層厚0.30m～4.80m。

（四）中風(fēng)化花崗巖（Ⅲ）

灰白色，中粗粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為長(zhǎng)石及石英，巖芯多呈柱狀，局部呈塊狀，為較硬巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為III級(jí)，裂隙較發(fā)育，RQD=50%～60%。層中未發(fā)現(xiàn)洞穴、臨空面及軟弱巖層。該層在擬建場(chǎng)地均有揭露，揭露厚度為5.40m～21.00m。

三、地基處理方案與強(qiáng)夯法施工參數(shù)的確定

（一）地基處理方案

該工程為獨(dú)立地下室，上部6層聯(lián)排洋房荷載并不大，但由于后期人工填土層較厚，雖然解決了地下室的抗浮力，但卻帶來(lái)了地基土承載力不足和沉降變形過(guò)大的問(wèn)題。由于地下室底板下雜填土層厚度過(guò)大，平均10m左右，采用換填法不可行，而土方置換法、地基擠密法等復(fù)合地基處理方案雖然效果比較好，但造價(jià)較高；考慮采用人工挖孔樁，孔深較大，部分要超過(guò)16m，危險(xiǎn)性較大，且施工難度也較大，回填土層容易產(chǎn)生塌孔，且造價(jià)也較高。根據(jù)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，在進(jìn)行地基處理方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性分析對(duì)比后，決定采用強(qiáng)夯法對(duì)地基進(jìn)行加固處理。強(qiáng)夯法處理雜填土地基具有良好的效果，且費(fèi)用不高，本工程位于馬尾君山頂，周圍無(wú)鄰近建筑物和居民居住，無(wú)需采取防振、隔振措施，施工對(duì)周邊環(huán)境不會(huì)造成不利影響，且工期短、施工速度快。

本工程建筑物填土區(qū)域強(qiáng)夯后的有效加固深度不小于6m，地基土承載力特征值fak要求達(dá)到 350kPa。

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

（二）強(qiáng)夯法施工參數(shù)確定

1.有效加固深度確定

有效加固深度既是選擇地基處理方法的重要依據(jù)，又是反映處理效果的重要參數(shù)。有效加固深度不僅僅與錘重、落距有關(guān)，還與其他強(qiáng)夯參數(shù)和土層厚度、土層構(gòu)造以及土的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)（見(jiàn)表1），現(xiàn)階段要準(zhǔn)確確定有效加固深度難度很大。《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）要求有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，或查表預(yù)估，工程實(shí)際中一般可按修正公式估算有效加固1/2深度。

普遍使用的是Menard公式：

H =α（Mh/10）

式中w 一一 夯錘重(kN)；

h 一一 落距(m)；

α一一 折減系數(shù)，粘性土取0.5；砂性土取0.7；黃土取0.3 4～0.5 0；人工填土取0.50～0.75。

在原始公式的基礎(chǔ)上引入一個(gè)修正系數(shù)，而Menard公式是根據(jù)主要因素強(qiáng)夯單擊夯擊能提出影響深度H的取值，而規(guī)范修正公式的修正系數(shù)人工填土α=0.50～0.75之間。事實(shí)上很多因素如：錘重和落距的組合、地基土的性質(zhì)、不同土層的厚度和埋藏順序、地下水位及其它夯擊參數(shù)都影響H值,因此修正公式仍難以較合理地確定加固深度。但由于該公式形式簡(jiǎn)單、直觀，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，為此，正確地選用修正系數(shù)，對(duì)工程設(shè)計(jì)有重要的實(shí)際意義。

對(duì)于加固深厚欠固結(jié)土地基，以提高承載力為主要目的，設(shè)計(jì)宜優(yōu)先采用高能級(jí)強(qiáng)夯，不宜考慮過(guò)高的壓縮模量值。本工程為雜填土取α=0.55。

2.夯擊能量及夯擊遍數(shù)

（1）夯擊能量

采用強(qiáng)夯法加固地基時(shí)，合理地選擇夯擊設(shè)備及夯擊能量，對(duì)提高夯擊效率很重要。夯錘錘重和落距決定著夯擊能的大小，是影響強(qiáng)夯有效加固深度的重要因素。

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，本工程地基處理深度要求不小于6m，初選修正系數(shù)為α=0.55，錘重為15t，按修正Menard公式算得錘落距為7.93m，實(shí)際錘落距取為8.0m；故單擊夯擊能為1200kN·m,小于4000kN·m，夯擊次數(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試夯確定，同時(shí)要求最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，實(shí)際施工最終取夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)為8次。

（2）夯擊遍數(shù)

夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，對(duì)滲透性較大的地基土，夯擊遍數(shù)可少些，而對(duì)滲透性弱的地基土，則夯擊遍數(shù)要求多些。從國(guó)內(nèi)工程實(shí)踐看，夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，一般可取2～3遍，最后再以低能量（如前幾遍能量的1/5～1/4）滿夯2遍，以夯實(shí)前幾遍之間的松土和被振松的表層土。考慮到本工程是雜填土，滲透性較大，故采用連續(xù)夯擊。

（3）夯擊點(diǎn)布置及間距

本工程采用正方形布點(diǎn),夯點(diǎn)間距為5.0m。夯擊時(shí)采取隔行跳夯，第一遍夯完后連續(xù)夯擊第二遍，第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間；第二遍夯完后，采用低能進(jìn)行滿夯，滿夯彼此搭接1/4。一般建筑物在離地基軸線以外3m布置一圈夯擊點(diǎn)。

3.設(shè)備選型

圖1 現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)夯落錘

吊車：根據(jù)施工技術(shù)參數(shù)、機(jī)械效率和工期要求，共選定 3臺(tái)吊車，其中40t吊車2臺(tái)，以滿足4000和2000kN·m夯擊能需要，Wl01型20t吊車1臺(tái)主要用來(lái)強(qiáng)夯附屬設(shè)施地段及滿夯需要。

夯錘：共調(diào)配3個(gè)，均使用15t鑄鐵夯錘，錘底徑2.40m。

脫鉤器：選用30t級(jí)的脫鉤裝置，該脫鉤器具有操作靈活、安全、耐磨等優(yōu)點(diǎn)，可滿足正常施工的需要。

重型門(mén)架：選用截面尺寸為0.8m×0.8m，高度為15m的龍門(mén)架，強(qiáng)度滿足4000kN·m能級(jí)施工需要。

另外還配備了2臺(tái)推土機(jī)、1臺(tái)全站儀、2臺(tái)水準(zhǔn)儀等輔助設(shè)備和儀器。

4.強(qiáng)夯施工

先進(jìn)行放樣定位，復(fù)核后布設(shè)夯點(diǎn)。吊車就位，對(duì)重錘的落距（8m）進(jìn)行測(cè)量。將夯錘起吊至預(yù)定高度后脫鉤，使其自由落地夯擊地面，測(cè)量錘頂標(biāo)高，記錄單擊夯沉量，如此反復(fù)，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)夯擊數(shù)和夯沉量后，將吊車和夯錘按照正方形布點(diǎn)方案移至下一夯點(diǎn)，重復(fù)上述步驟，直至完成所有第一遍主夯點(diǎn)施工。施工完畢后用推土機(jī)將夯坑推平并整平場(chǎng)地，測(cè)量夯后標(biāo)高，間隔規(guī)定時(shí)間后進(jìn)行第二遍強(qiáng)夯施工。用質(zhì)量控制點(diǎn)是夯擊次數(shù)和夯錘落距。

本工程強(qiáng)夯施工于2016年4月18日進(jìn)行試夯，4月21日進(jìn)行大面積施工，2016年5月23日施工完畢，實(shí)際工期為35天，提前2天完工。由于強(qiáng)夯場(chǎng)地周圍空曠，沒(méi)有已建的建筑物或地下管線，所以施工時(shí)沒(méi)有產(chǎn)生任何振害。

四、強(qiáng)夯加固效果分析

按照制定的施工技術(shù)參數(shù)和施工方案施工完成后，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）的有關(guān)規(guī)定，業(yè)主委托第三方（福建省建設(shè)工程物探檢測(cè)中心）進(jìn)行了平板載荷試驗(yàn)16個(gè)點(diǎn)，壓板采用正方形鋼板，試驗(yàn)靜荷載由安裝在承壓板上的油壓千斤頂進(jìn)行逐級(jí)加荷，千斤頂所需的反力由混凝土預(yù)制塊壓重平臺(tái)承擔(dān)，樁頂沉降量由對(duì)稱方向安裝的大量程百分表測(cè)讀。

平板載荷試驗(yàn)加荷方式采用慢速維持荷載法。C1#～C16#共16個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的靜載試驗(yàn)的壓板采用邊長(zhǎng)為1.414m的方形鋼板，此16個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的每級(jí)荷載增量均為175kN，最大試驗(yàn)荷載均加至1400kN。試驗(yàn)進(jìn)展順利，均未出現(xiàn)異常現(xiàn)象，此16個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在最大荷載作用下承載板總沉降量分別為5.91mm、6.67mm、7.37mm、6.82mm、9.72mm、6.84mm、7.63mm、8.42mm、7.00mm、5.62mm、5.10mm、6.90mm、5.97mm、10.53mm、9.26mm和7.71mm，均小于85mm（s=0.06b=0.06×1414=85mm），Q-s曲線均呈緩變型，未出現(xiàn)明顯沉降增大現(xiàn)象，s-lgt曲線尾部均未出現(xiàn)明顯向下彎曲，此16個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均未達(dá)到極限承載狀態(tài)(見(jiàn)圖2、圖3)。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）的有關(guān)規(guī)定，取14.14mm（s=0.01b=0.01×1414=10.00mm）處所對(duì)應(yīng)的荷載為處理地基承載力特征值，且不應(yīng)大于最大加載壓力的一半。

檢測(cè)結(jié)論為：C1#～C16#共16個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值均為350kPa，本工程地基承載力特征值fak為350kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 C1點(diǎn)Q-s曲線

圖3 C1點(diǎn)s-lgt曲線

五、結(jié)束語(yǔ)

本工程采用強(qiáng)夯法處理回填土地基取得了良好的效果，目前主體結(jié)構(gòu)結(jié)束后，實(shí)測(cè)的最大沉降值為2.30mm，最小沉降值為1.35mm，整體沉降均勻，完全滿足技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求，能夠保證工程質(zhì)量。本工程強(qiáng)夯處理回填土地基分項(xiàng)工程總造價(jià)19.6萬(wàn)元，與其它的地基處理方案相比可節(jié)省投資50%以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著，且能大量減少施工工期，在山體建筑大量回填土地基處理中值得推廣使用。

[1]姚向軍.強(qiáng)夯法地基處理有效加固深度的分析研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013(36).

[2]劉艷軍.強(qiáng)夯法在處理大面積雜填土地基中的應(yīng)用[J].森林工程，2009，25(3)：89-91.