強夯在濕陷性土質以及砂坑處理中的應用分析

吳廷游

(南京溧水華僑城實業有限公司，江蘇 南京 210000)

1 工程概況

本項目(圖1)位于中國西北地區，面積為15萬m2，場地內第③層黃土狀粉土具濕陷性，地基濕陷等級為Ⅰ級(輕微)，設計場坪面高于現狀地面2.00～4.00 m，另項目場地北側有一砂坑面積約3.6萬m2(圖1中的陰影部分)，該砂坑大約從2000年開始采砂取土，采砂挖方時間段為2000—2008年，根據搜集資料、現場勘察，取土深度為10.00～30.00 m；2009～2019年該砂坑陸續進行了回填，砂坑早期的回填物以砂場的篩余的大粒徑礫石料為主，粗顆粒骨架間少有細料充填，砂坑回填體呈松散狀態，砂坑后期作為垃圾填埋場，垃圾成分復雜，主要有建筑垃圾、生活垃圾、棄土、爐渣等，局部有易腐爛分解的廢棄板材、植物殘體等。

圖1 建筑總平面圖

2 地基處理設計

2.1 砂坑內地基處理

砂坑內土層類型為：①層為雜填土，②層為圓礫。沙坑處理厚度為10.00～25.00 m，處理目標消除地基預處理施工面以下10.00～25.00 m厚沉降變形和調節地基不均勻沉降。處理指標要求如表1。

表1 砂坑內地基處理指標

砂坑大部分區域已回填至原地面高程，僅砂坑南側區域局部尚有5.00～14.00 m深未進行回填，根據地勘報告(圖2)雜填土最深處標高約為544.00 m。

本區域砂坑強夯處理思路分三層進行，分層開挖需放坡，放坡系數不小于1∶1.50。第一層保留約8 m深雜填土，將現狀砂坑內地面高程高于552.00 m的區域內回填土開挖至552.00 m；將低于552.00 m的區域內分層回填碾壓至552.00 m進行第一層強夯施工。第一層強夯完成后，將現狀砂坑內地面高程高于559.00 m的區域內回填土開挖至559.00 m；將低于559.00 m的區域內分層回填碾壓至559.00 m進行第二層強夯施工。考慮第一層和第二層處理的防水效果以及經濟性，將第二層施工完成后進行土夾石墊層施工，土夾石墊層處理范圍高程560.00 m對應砂坑邊線外擴3.00 m，土夾石墊層處理厚度2.00～2.50 m。土夾石墊層施工完成后，將現狀砂坑內地面高程低于566.00 m的區域內分層回填碾壓至566.00 m進行第三層強夯施工。第一層強夯填料以建筑棄土為主的雜填土，雜填土內生活垃圾含量不應超過5%，第二、三層強夯回填填料以砂坑內挖出的天然級配料及周邊基坑內挖出的天然級配圓礫。第二、三層強夯回填料應分層回填實，每層回填厚度為50～60 cm，灑水增濕。第一、二層點夯夯擊能采用8 000 kN·m，平夯夯擊能采用2 000 kN·m；第三層點夯夯擊能采用6 000 kN·m，平夯夯擊能采用2 000 kN·m。夯點間距為4.5 m×4.5 m，采用正方形布置。終夯標準，滿足下列條件之一時即可停止夯擊：①最后兩擊平均夯沉量小于150 mm；②夯坑周圍地面不應發生過大隆起。為確保強夯處理效果及影響深度達到設計要求，應在場地內選取50.0 m×50.0 m的區域進行試夯試驗，試夯參數按第一層強夯要求進行，夯前和夯后應選取試夯區內6個點進行重型動力觸探試驗，根據夯前夯后試驗數據對比以確定強夯處理效果及影響深度。

圖2 砂坑典型剖面

2.2 砂坑外地基處理

砂坑外土層類型為：①層為耕土，②層為雜填土，③層為黃土狀粉土，④層為圓礫。消除地基預處理施工面以下4.00～6.00 m范圍內回填土厚沉降變形和消除建筑物區域黃土狀粉土的濕陷性，調節地基不均勻沉降，處理指標要求如表2。

表2 砂坑外地基處理指標

圖3 砂坑外典型剖面

場地內分布有2.0～3.60 m厚的黃土狀粉土(圖3)，具濕陷性，且設計場坪高于現狀地面2.00～4.00 m，需進行回填碾壓處理。

因表層耕土和雜填土較淺，將地表的耕土及雜填土清除干凈后，采用周邊基坑內挖出的天然級配圓礫分層回填碾壓，處理范圍為項目邊線外擴5.00 m；單體范圍內強夯起夯面按±0.00以上50 cm控制；單體之外的強夯面起夯面標高和周邊道路豎向標高一致，標高變化交接面現場放坡處理。每層回填厚度50～60 cm，灑水增濕，非建筑區域點夯夯擊能采用5 000 kN·m，建筑物區域點夯夯擊能采用6 000 kN·m，平夯夯擊能采用2 000 kN·m。夯點間距4.5 m×4.5 m，采用正方形布置。終夯標準，滿足下列條件之一即可停止夯擊：①最后兩擊平均夯沉量小于150 mm；②夯坑周圍地面不應發生過大隆起。

3 地基檢測

3.1 地基檢測要求

濕陷性土質的檢測：在進行相應的土地施工前的檢測之前，要按照施工要求，制訂適合的檢測方式，挑選出最恰當的方法。當某種方法的檢測結果不具備唯一性時，應當再用別的方法進行二次驗證。檢驗數量的確定有以下幾個關鍵：工作環境是否復雜、技術是否能達標。如果測試結果與設計的要求有偏差，研究一下原因，并找出解決方案。如果某一部分十分重要，那么就要增加該區域的樣本數量。抽檢點要滿足隨機性、均勻性、代表性的原則。

3.2 地基檢測內容

本項目檢測內容主要分為砂坑內地基檢測和砂坑外地基檢測。

3.2.1 砂坑內地基檢測

砂坑內地基檢測主要分為地基承載力、地基均勻性。

(1) 靜載荷試驗：地基處理面積超過1 500 m2的，超出部分每500 m2增加1個檢測點，不足500 m2按500 m2計；超出10 000 m2部分每1 000 m2增加1個檢測點，不足1 000 m2按1 000 m2計。

(2) 重型動力觸探試驗：按每2 000 m2不少于1個檢測點且總共不少于3個檢測點。

3.2.2 砂坑外地基檢測

砂坑外地基檢測主要分為地基承載力、地基均勻性、濕陷性三方面。根據地質類型，地基均勻性檢測采用重型動力觸探試驗，濕陷性檢測采用探井試驗。

(1) 靜載荷試驗：取樣數量，每個建筑物單體工程不得少于3個檢測點，單體地基處理面積超過1 500 m2的，超出部分每500 m2增加1個檢測點，不足500 m2按500 m2計；超出10 000 m2部分，每1 000 m2增加1個檢測點，不足1 000 m2按1 000 m2計；單體外取消靜載檢測。

(2) 標準貫入試驗：取樣數量，單體區域按每400 m2不少于1個檢測點且總共不少于3個檢測點；單體外按每2 000 m2不少于1個檢測點，且不少于3個檢測點。

(3) 探井試驗：取樣數量，每個單體工程不得少于3個檢測點，單體地基處理面積超過1 500 m2的，超出部分每500 m2增加1個檢測點，不足500 m2按500 m2計；超出10 000 m2部分，每1 000 m2增加1個檢測點，不足1000 m2按1000 m2計。單體外每2 000 m2取1個檢測點。

(4) 壓實度檢測：單體區域按每層1個檢測點/200 m2進行壓實度檢測；單體外按每層1個檢測點/1 000 m2且每層不小于3個檢測點進行壓實度檢測。

地基檢測涉及的成本較大，分區域檢測、分重點檢測，按設計需要布點，才能有效地控制造價。

3.3 現場檢測成果

砂坑內現場試驗結果分析：本項目砂坑地基處理土夾石墊層地基的承載力以及處理完成面承載力特征值達到120 kPa；重型動力觸探擊數均≥10擊，滿足設計要求。

砂坑外現場試驗結果分析：由靜載荷試驗結果可見，各試驗點的沉降量均較小，P-s曲線比較平緩，無明顯陡降段。綜合分析，單體范圍內和單體外區域地基承載力特征值為180 kPa，土體的變形模量均大于15 MPa；由標準貫入試驗數據綜合分析，本場地強夯后地基土密實度均達到密實狀態；探井取樣實驗中濕陷性系數δs<0.015，該場地經地基處理后濕陷性全部消除。

4 施工注意事項

(1) 施工要嚴格按照操作程序來工作。夯擊過程確保錘子的下降距離、位置的穩定性，如果發現落錘的趨勢大于30度或超過指定位置，則將夯擊坑的底部填滿。嚴格控制設計質量，實時執行施工過程，確保施工過程相互關聯，技術人員和質檢人員嚴格控制施工進程。

(2) 由于會出現天氣條件惡劣的情況，特別是暴雨，施工人員有必要對施工現場進行檢查，以免遺漏，檢查是否會出現被雨水淹沒的情況。由于天氣情況，施工會受影響。如果場地已經被過多的雨水浸濕，還需要安排雨水消散時間，適當延長，有利于施工性能的恢復。

(3) 大雨后施工，起重機禁止在低洼或低洼地區作業，并進行夯實工程，夯實試驗穩定后再進行作業。為保證施工過程統一組織，制定各項施工標準，嚴禁操作人員在機械下方停留，防止造成施工安全事故。

(4) 本工程強夯夯擊能高，強夯震動會對周邊的已有建筑造成不利影響，應設置減震溝來消減震動影響。減震溝應設置在強夯場地四周，深度宜為5～6 m，寬度不宜小于2 m。沙坑范圍內施工單獨考慮，由于開挖工程量巨大，開挖工期較長。沙坑區域強夯時，為保證減少對周邊單體樁基礎擾動的不利影響，施工前在沙坑邊線外擴55 m處設置減震溝(寬2 m，深度5 m)。強夯回填土應該嚴格分選，應剔除回填土中的生活垃圾，采砂坑和原狀土層邊應采用坡率或退臺搭接，應對回填土考慮增濕，以提高強夯效果，強夯之前應進行試夯試驗，以確定相關強夯參數。

(5) 在進場施工前，應進一步調查周邊建筑及地下管線等設施的基本情況，并應在現場對場地地層及地下水埋深情況進一步核查，以及時調整和優化設計方案，施工前應取得最大干密度、最優含水率等指標。控制含水率應在最優含水率±1%范圍內。當靜載試驗中出現有1點的地基承載力未達到設計值(但達到90%以上)時，可在此點的周圍臨近位置雙倍增加檢測點，增加2個臨近位置檢測點的地基承載力均達到設計值，可判定地基承載力檢測合格；否則為不合格。

(6) 根據地基處理深度要求，砂坑內回填土開挖深度及現狀砂坑邊坡高度預計為10.0～20.0 m，地基處理施工前，有關方面須完成基坑放坡或支護工作，以確保基坑安全。考慮到強夯的振動影響，回填土放坡系數不小于1∶1.50，天然圓礫層放坡系數不小于1∶1.00。開挖的基坑須進行位移監測，監測位移變化情況并及時匯總，根據基坑監測資料預測基坑變形趨勢，調整施工參數和施工速度。若基坑變形超出警戒值，立即停止坑內作業，撤離人員，坑頂內設置警戒線，周邊道路及路口設專人疏導行人、車輛遠離基坑。

(7) 地基均勻性檢測可以采用重型動力觸探試驗或標準貫入試驗，兩種試驗的適用條件不同。重型動力觸探試驗主要用于碎石土，標準貫入試驗主要用于黏性土和砂土。

5 結束語

土壤的濕陷性是指在上層的土在自重應力的作用下，或在自重應力與附加應力一起施壓下，遇到水后，土體下沉后發生結構性毀壞而產生的額外顯性變形，這樣的土質叫作濕陷性土質。土的濕陷性和濕陷程度，應按室內浸水(飽和)壓縮試驗，在一定壓力下測定的濕陷系數δs判定，當δs≥0．015時，應定為濕陷性土質。這種土質一般可以分為自重性和非自重性兩種。在這種可塌陷的土地上進行基礎設計時，要充分考慮地基的可塌陷性引起的可能造成的附加結構的破壞，并選擇合適的處理地基的方法，消除或部分消除地基的濕陷性。對濕陷性土質進行處理避免塌陷的方法有很多種，在不同的地方，對于不同的土壤特性和結構的不同地基，應選擇不同的處理方法。

強夯法是比較經濟和簡單的一種地基方法，又叫作動力固結法，是利用起重設備將80～400 kg的重錘起吊到10～40 m的高空處，然后讓重錘自由落下，在極短時間內對地基土體施加一個巨大的沖擊能量，反復的沖擊及其產生的壓縮波、剪切波和瑞雷波，使土體受到瞬間的加荷(受壓)、卸荷(受拉)及剪切的反復作用，土中孔隙壓縮，同時土體周圍產生裂隙，孔隙水順利排出，土體迅速固結，使土粒原有的接觸形式破壞而產生位移，變為新的較為穩定的接觸形式，從而達到增加土體密度、提高強度的目的。土的天然含水率對強夯法至關重要，天然含水率低于10%的土，顆粒間摩擦力大，細土顆粒很難被填充，且表層堅硬，夯擊時表層土容易松動，夯擊能消耗在表層土上，深度土層不易夯實，消除濕陷性的有效深度小，夯填質量達不到設計效果。

深砂坑的處理極其復雜，要根據砂坑深度以及回填土質情況分情況處理，還要考慮后續主樓與砂坑的關系，對于主樓的基礎選型尤為重要，本文提出的強夯處理方式也是為類似項目提供一個可靠的實例。

本文對于濕陷性黃土以及深砂坑土質的處理具有現實指導意義，強夯地基處理有效地改善了地基持力層的承載力，對于濕陷性黃土也有明顯的改善效果。