填土地基加固工程中的強夯法施工技術分析

王朝華

（四川啟明星鋁業(yè)有限責任公司，四川 眉山 620010）

前言

近年來，隨著強夯法技術的不斷成熟，在我國各類建筑物，如工業(yè)廠房、民用建筑、貯罐堆場、公路、鐵路、機場跑道、港口碼頭、體育場等的地基加固工程中得到廣泛應用，并取得豐富的經驗和良好的經濟效益。尤其對于城市周邊利用雜填土場地和山區(qū)城市周邊利用深 (雜)填土場地興建的工程項目，強夯法地基加固是一種較有效的方法。

1.強夯法的特點介紹

強夯法是法國Menard技術公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，它通過8～30t的重錘、8-20m的落距，對地基土施加很大的沖擊能，一般能量為500～8000kN·m。在地基土中出現(xiàn)的沖擊波和動應力，可提高地基土強度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件及消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時，夯擊能還可以提高土層的均勻程度，減少可能出現(xiàn)的差異沉降。強夯法不僅用于加固砂土和碎石土地基，而且經過30多年的發(fā)展和應用，目前它已適用于碎石土、低飽和度的粉土和粘性土、濕陷性黃土及雜填土等地基處理。

2.填土地基強夯法需注意的幾個問題

在填土地基強夯施工過程中，由于缺乏十分可靠的設計數(shù)據(jù)和成熟的施工經驗，計算方法和數(shù)據(jù)資料的準確度還不夠確切，加上地基土層構造復雜，因此在今后的施工過程中應注意以下問題：

2.2.在強夯施工過程中，應注意以下方面：①當夯擊深度達到或超過錘高時，如繼續(xù)施工則須在坑內鋪填大碴、碎石后方可繼續(xù)進行，否則由于土壤粘性過大，加上周圍土壤對重錘的擠壓作用，將會大大增加吊車的負載使其起吊困難，甚至引發(fā)傾覆事故；②如發(fā)現(xiàn)土壤含水量過大，則應加強降水工作，并連續(xù)觀測降水深度，待土壤含水量滿足要求時再進行施工；③每點夯擊時均須達到設計要求，才能進行第2遍點夯施工；④強夯施工中的夯錘最好用鑄鐵或廢鋼鐵制成，錘中預留排氣孔，孔徑為250mm為宜，以減少空氣阻力及地質土層粘結力，提高錘擊功能；⑤盡量加強防震措施(如防震溝等)，確保周圍建構物的安全；⑥吊車扒桿上部宜綁扎廢舊輪胎，以免吊鉤因脫鉤時的慣性而碰壞吊車扒桿，確保設備安全；⑦嚴格注意安全，強夯施工區(qū)應圍蔽和設計警示牌，非工作人員不得進入。

2.3.強夯施工完成后，必須進行有效的檢測和試驗，達到設計和規(guī)范要求后才能進行主體結構施工。

3.常用估算方法

目前國內外有關有效加固深度的估算方法多達幾十種，無論是從工程實用角度還是從強夯機理的理論研究出發(fā)，在研究思路方面都具有一定的開拓性，也各有其優(yōu)缺點。由于土體的復雜性和地區(qū)性，使得很難建立一個通用的估算公式，因此大部分公式都使用了修正系數(shù)，但它的存在又使得估算時人為因素和地區(qū)經驗因素往往影響著修正系數(shù)的取值，從而影響最終結果的精確性。

3.1.Menard 公式系數(shù)修正法

由于在國內外強夯工程實踐中，Merard初始公式得出的計算值普遍偏大，因此后人又提出了修正的Merard公式法，即乘以有效加固深度修正系數(shù)α：

式中：m 為夯錘重量(kN)；h 為落距(m)；α 值隨土中粘粒含量增大或含水量增大而減小，研究人員給出了不同的修正系數(shù)，其變動范圍為0.35～0.80，一般對粘性土可取 0.5；砂性土取 0.7：黃土取0.3～0.5。

3.2.Billam 法

Greenwood等人在《深層致密與灌漿》中介紹了J.Billam(1979)提出的計算方法，與Menard公式相比，該公式考慮了夯錘底面積和土體阻尼對強夯加固深度的影響，量綱上也避免了Menard經驗公式的矛盾。即：

由于炭黑溫度最終控制是以二級提升機出口炭黑溫度TE-5213為主要技術指標，但溫度的變化從造粒水流量調節(jié)開始到尾氣流量調節(jié)結束后才能反映出來，存在40 min的滯后，炭黑溫度需要及時參與到前饋串級控制中去，一級提升機出口炭黑溫度TE-5212與TE-5213之間有差值。為控制最終溫度TE-5213，增設二級提升機出口溫度TIC-5213調節(jié)回路，開環(huán)比例CP輸出。

式中：H為強夯的有效加固深度(m)；m為夯錘的重量(t)；h 為落距(m)；k 為折減系數(shù)；g 為重力加速度(m/s2)；q 為土骨架動阻力(kN/m2)，與土的種類和初始密度有關，一般取0.10-0.16；D為夯錘底面直徑(m)。該法適用于粉土、砂土、黃土和粘性土，且計算精度相對較高。

4.實例分析

某公司在近兩年回填的場地上建造2幢5層宿舍樓，地質勘察資料揭示，擬建場地回填土層厚6-9m，土質松散，亞粘土埋藏較深且厚度變化大，基巖埋藏深且?guī)r面起伏，尤其是2#宿舍樓南墻軸線緊鄰 高邊坡，相距僅不足5m。根據(jù)上述情況，如果采用獨立基礎方案，則工程量大，施工難度大且造價高，如采用樁基方案，則因填土層孤石較多，質量難以保證且施工周期長。經反復研究，決定采用強夯法加固地基和條形基礎的設計方案。

4.1.場地地質條件

(1)亞粘土[I]，紅褐色，呈可塑狀態(tài)，軟硬不勻，具中等壓縮性，承載力特征值R=180kPa，壓縮模量Es=6MPa；(2)人工回填土：由鄰近平整場地陸續(xù)搬運的土石方堆填而成，填土結構松散，多空穴，土質軟硬不均，壓縮性高，填土厚度5～9m，含水量 30%～60%，靜止水位-4m～-7m(以場地地坪面為±（0.000)，含粒徑lO-40cm的塊石；(3)基巖：場地下伏基巖為泥巖、泥灰?guī)r及砂質泥巖，巖面起伏大，強風化泥巖R=500～800kPa。從現(xiàn)場地質表層情況看來，全部回填土均為近1-3年內堆填而成，場地土質成分復雜，無規(guī)律、土層厚度不勻且軟硬不一，土的顆粒和孔隙率大小不等，在同一建筑場地的不同位置，其承載力和壓縮性有較大差異，根據(jù)規(guī)范要求，該場地淺層不宜作為持力層或直接建造房屋，必須先進行地基處理；(4)亞粘土[II]：紅褐色，軟塑，壓縮性高，夾軟塑狀粘土及碎石、礫石等，R=80kPa，Es=4MPa；(5)耕土：灰綠、黑灰，可塑，部分含植物須根，厚 0.2～0.6m。

4.2.強夯施工

根據(jù)本工程荷載分布的具體情況，按條形基礎方案進行強夯設計及施工，夯實后要求承載力特征值達180kPa以上，壓縮模量Es=10MPa。在施工過程中，考慮到回填土的具體情況，適當鋪填大碴，第1、2遍進行點夯施工，間距4.5m，按條形基礎方向依次進行，各點夯擊數(shù)在10擊左右，控制最終1擊沉降量為5cm內，然后用推土機將場地推平和重新放線，進行第2遍施工，結束后再用推土機平整場地和重新放線，接著進行遍夯，遍夯時錘底搭接尺寸為50cm，控制最終1擊沉降量為8-15cm，每遍夯擊施工間隔時間在7d以上，若能達到15d以上則效果更好。在強夯施工中，我們于強夯前、強夯施工中及強夯完成后均安排專人進行高程測量，經測量計算其總沉降量平均為2.61m。經1個多月的強夯施工，我們順利完成了總面積1176m2的地基強夯施工任務。

4.3 荷載試驗

本工程地基強夯施工完成15d后進行地基測試，考慮到施工期間雨天多，土質含水量較大，故在強夯施工時填入一定數(shù)量的大碴、碎石，基本上改變了原填土層的結構性能，因此其物理狀態(tài)試驗，壓縮模量試驗，旁壓儀測試及靜力觸探等工作亦難以得到準確的數(shù)據(jù)，所以決定對本工程進行室內土工試驗和荷載試驗。

在1#、2#樓各選定1組(3點)進行室內土工試驗，其結果較理想，但室內土工試驗的可信度也較低，我們重點對1#號樓選定3點，2#樓選定6點，未強夯處選定3點，進行荷載試驗，經測試，1#、2#樓地基承載力特征值分別為R=220，200kPa， 壓 縮 模 量 分 別 為 Es=10.4，10.5MPa，未夯擊處 R=60kPa，Es=6MPa。經荷載試驗和室內土工試驗，特別是12個點的荷載檢測，結果證明本工程地基經強夯加固施工R≥200kPa，Es≥10.4MPa。

4.4.地基強夯設計計算

根據(jù)工程實際情況，我們確定采用130kN錘、錘底面直徑2.2m、落距15m進行強夯施工。經理論分析計算，根據(jù)法國梅拉公式H=√E=√Qh(m)初步確定強夯的加固深度，同時根據(jù)國內有關單位的實踐經驗及測試數(shù)據(jù)，強夯后有效加固深度D1略小于梅拉公式中的H，其影響系數(shù)K=D1/H，對一般粘性土和雜填土，水位較低時 K=0.5～0.8，本工程中取 K=0.6，則有效加固深度D1=K√Mh=0.6×13.96=8.4m根據(jù)地質資料和現(xiàn)場具體情況，本工程僅有2處填土厚度為9m，其余均在8.5m以下，說明強夯法地基處理適用于本場地的填土厚度、地下水深度及填土土料，強夯后的地基土能滿足結構設計要求。根據(jù)分析計算，我們采用130kN重錘，底板面直徑 2.2m，落距 15m，采用 25t履帶吊機，吊鉤設置自動脫勾裝置，扒桿起吊角度控制在70°～75°，經24h內對8個點進行試夯，每點錘擊4～6擊，夯擊總沉降量均為 1.6～2.8m，與預計值基本一致。

4.5.對鄰近構筑物的影響

地基強夯施工是以極大的沖擊能量壓實地基土層，施工時不可避免地對鄰近建構物產生振動，本工程施工中經觀察，我們認為在2000kN·m以下的強夯施工中，如果采取了適當?shù)母粽窈蜏p振措施，對于距離超過15m的鄰近建構物不會造成較大影響。

4.6.沉降觀測

在本工程地基強夯區(qū)域內測試完成并檢測合格后，再進行主體結構施工，同時布置14個沉降觀測點和2個固定觀測標準點(固定在巖石上)，按施工進度分別進行了7次沉降觀測，最終一次在結構竣工后45d進行，1#、20#樓累計沉降量分別為5～10m和4～1lmm，滿足設計要求。

結語

本工程地基經強夯加固后，承載力特征值R由60kPa提高到200kPa，壓縮模量E：也提高近1倍，其工程費用僅為樁基方案或獨立基礎方案的約50%，同時節(jié)約水泥360t、鋼材85t，施工工期控制在3個月內，取得明顯的經濟效益。

[1]張志勇.強夯法地基處理施工方法.《山西建筑》.2010年24期.