強(qiáng)夯法處理某辦公樓濕陷性黃土地基實(shí)例分析

李 昊

1 工程概況

本工程為一框架結(jié)構(gòu)的教學(xué)樓，6層，建筑面積3 488.6 m2，首層建筑面積582 m2，位于山西省大同市，基礎(chǔ)為筏片基礎(chǔ)，基礎(chǔ)傳給基底的壓力為165 kPa。根據(jù)巖土勘察公司提供的地質(zhì)報(bào)告，本工程的地質(zhì)構(gòu)成如下:

①雜填土:由磚塊、雜土、矸石、灰渣等組成，無(wú)結(jié)構(gòu)，分布無(wú)規(guī)律，土質(zhì)不均勻，力學(xué)性質(zhì)差，標(biāo)貫擊數(shù)2擊。土層厚度的分布大體為從西北往東南逐漸增厚，厚1.5 m～2.0 m。②黃土狀粉質(zhì)粘土:褐黃色、灰黃色、灰褐色等;孔隙發(fā)育;具多量鈣質(zhì)斑點(diǎn);稍濕～濕;韌性低;干強(qiáng)度中等;具有濕陷性，濕陷系數(shù)δs=0.024～0.104，無(wú)自重濕陷，濕陷的起始?jí)毫sh=120 kPa～130 kPa，濕陷性強(qiáng)烈，層厚7.0 m～7.5 m，本層土的地基承載力特征值為110 kPa。③粉質(zhì)粘土:褐色、褐黃色，中段為灰綠色;飽和，可塑;韌性中～高;干強(qiáng)度中等;中壓縮性土，場(chǎng)地分布均勻，厚度較大，約10 m～12 m，本層土的地基承載力特征值為170 kPa。

同時(shí)距離本場(chǎng)地東邊12 m左右，為學(xué)校舊的教學(xué)樓，4層，混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2 地基處理方案

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)條件，基礎(chǔ)的持力層為第②層，而第②層的黃土狀粉質(zhì)粘土既具有濕陷性，同時(shí)承載力又達(dá)不到要求，因此設(shè)計(jì)上必須采取相應(yīng)的處理措施。本工程可采取的措施包括兩種:第一種為地基處理，最常用的就是基底土換填，將濕陷性黃土全部換填成承載力較高的灰土;第二種為采用樁基，通過(guò)樁基，跨越濕陷性黃土層，將持力層放在第③層粉質(zhì)粘土上。采用第一種方案，工程量較大，一般換填厚度在3 m～4 m以內(nèi)是比較經(jīng)濟(jì)的，而本工程為7 m～7.5 m，同時(shí)本工程周圍場(chǎng)地有限，無(wú)法大開(kāi)挖。采用第二種樁基方案，本工程基礎(chǔ)部分的造價(jià)較高，不經(jīng)濟(jì)，樁基一般用在要求地基承載力較高的高層或承載力較大的工業(yè)建筑中比較經(jīng)濟(jì)，而用在多層中很不經(jīng)濟(jì)。以上兩種方案都不予考慮，還有一種地基處理方案就是強(qiáng)夯法，即對(duì)濕陷性黃土層進(jìn)行強(qiáng)夯:1)消除濕陷性;2)可以提高地基承載力，同時(shí)強(qiáng)夯法工程量小，經(jīng)濟(jì)效益比換填和樁基礎(chǔ)好。

強(qiáng)夯法就是將夯錘反復(fù)提高到高處使其自由落下，給地基以沖擊和振動(dòng)能量，將地基土夯實(shí)的地基處理方法。

由于強(qiáng)夯置換法尚無(wú)理論計(jì)算公式，因此在設(shè)計(jì)前必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性和處理效果。本工程在施工設(shè)計(jì)前，在施工現(xiàn)場(chǎng)的西北角進(jìn)行了試夯，試夯時(shí)，各個(gè)參數(shù)進(jìn)行如下確定:

1)強(qiáng)夯處理范圍。根據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范規(guī)定，夯擊處理范圍應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)范圍，每邊超出基礎(chǔ)外緣的寬度宜為基底下設(shè)計(jì)處理深度的1/2～2/3，并不宜小于3 m。本工程濕陷性黃土處理深度為7 m，因此處理范圍為每邊擴(kuò)出基礎(chǔ)邊緣4 m。

2)強(qiáng)夯能級(jí)的選擇。強(qiáng)夯是以消除濕陷為主要目的，使用的能級(jí)取決于預(yù)期消除濕陷的深度，深度越大，使用的能級(jí)就越大，但目前使用的能級(jí)與消除濕陷的深度還沒(méi)有精確的理論公式，根據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范第6.2.1規(guī)定，強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。在缺少試驗(yàn)資料或經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按表1預(yù)估。

表1 強(qiáng)夯法的有效加固深度 m

本工程是以消除濕陷性為目的，同時(shí)要求提高土的承載力，降低地基土的壓縮性。結(jié)合本工程的地質(zhì)條件及處理深度，參考表1，初步選用4 000 kN·m的夯擊能。

3)夯擊點(diǎn)的布置。夯擊點(diǎn)位置可根據(jù)基底平面形狀，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯擊點(diǎn)間距可取夯錘直徑的2.5倍～3.5倍，第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間。結(jié)合本工程，夯擊點(diǎn)位置采用等邊三角形布置，夯點(diǎn)間距10 m。夯點(diǎn)布置如圖1所示。

4)夯擊次數(shù)。恰當(dāng)選用擊數(shù)也是取得好效果的一個(gè)重要方面，擊數(shù)少，達(dá)不到加密深度的目的，夯擊數(shù)多，部分夯擊次無(wú)效，經(jīng)濟(jì)上也不合理，又影響工期。結(jié)合本工程，夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基采用點(diǎn)夯2遍～3遍，夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)，按最后兩擊的平均夯沉量不宜大于50 mm作為控制條件。

5)施工方法。本工程強(qiáng)夯施工按下列步驟進(jìn)行:a.清理并平整施工場(chǎng)地;b.標(biāo)出第一遍夯點(diǎn)位置，并測(cè)量場(chǎng)地高程;c.起重機(jī)就位，夯錘置于夯點(diǎn)位置;d.測(cè)量夯前錘頂高程;e.將夯錘起吊到預(yù)定高度，開(kāi)啟脫鉤裝置，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測(cè)量錘頂高程，若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘傾斜時(shí)，應(yīng)及時(shí)將坑底整平;f.重復(fù)步驟e.，按設(shè)計(jì)規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)，完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊;g.換夯擊點(diǎn)，重復(fù)步驟c.～f.，完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊;h.用推土機(jī)將夯坑填平，并測(cè)量場(chǎng)地高程;i.在規(guī)定的間隔時(shí)間后，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量滿夯，將場(chǎng)地表層松土夯實(shí)，并測(cè)量夯實(shí)后場(chǎng)地高程。

圖1 夯擊點(diǎn)平面布置圖

3 處理結(jié)果分析

根據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范，強(qiáng)夯處理后的地基竣工驗(yàn)收承載力檢驗(yàn)，應(yīng)在施工結(jié)束后間隔一定時(shí)間方能進(jìn)行，粉土和粘性土地基可取14 d～28 d。本工程是在施工完畢后20 d進(jìn)行原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)。根據(jù)巖土勘察公司的檢測(cè)報(bào)告，本試夯點(diǎn)處理范圍內(nèi)的地基已全部消除濕陷性，地基承載力達(dá)到173 kPa，完全滿足本工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求，此處理方法完全適用。試夯結(jié)束后，在本工程的基礎(chǔ)范圍內(nèi)的地基進(jìn)行大面積的強(qiáng)夯處理。強(qiáng)夯處理后的地基竣工驗(yàn)收時(shí)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)，竣工驗(yàn)收承載力檢驗(yàn)的數(shù)量為5個(gè)，經(jīng)檢測(cè)處理結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

1)強(qiáng)夯具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、速度快，應(yīng)用范圍廣，經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)，強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基可以一勞永逸。2)強(qiáng)夯法處理地基比采用灌注樁、換土墊層既省錢又節(jié)約工期，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。3)強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境有一定影響，當(dāng)強(qiáng)夯施工所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)鄰近建筑物或設(shè)備會(huì)產(chǎn)生有害影響時(shí)，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并采取挖隔振溝等隔振或防振措施。4)在地下水位較淺的場(chǎng)地使用時(shí)，要考慮出現(xiàn)橡皮土的可能，并盡量避開(kāi)雨季。

[1]JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S］.

[2]GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[3]《地基處理經(jīng)驗(yàn)集萃》編寫組.地基處理經(jīng)驗(yàn)集萃[M］.北京:中國(guó)電力出版社，1996.

[4]牛志榮，李 宏.復(fù)合地基處理及其工程實(shí)例[M］.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社，2000.