強(qiáng)夯置換法在處理厚層素填土中的應(yīng)用

鮑德松 劉艷軍 于洪剛

大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116023

強(qiáng)夯置換法在處理厚層素填土中的應(yīng)用

鮑德松 劉艷軍 于洪剛

大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116023

某地下車(chē)庫(kù)地基存在較厚素填土層，其承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求， 本工程采用強(qiáng)夯置換方法對(duì)地基進(jìn)行加固處理，共布置強(qiáng)夯置換點(diǎn)1398個(gè)，強(qiáng)夯置換處理深度為7.0m，強(qiáng)夯處理面積38500m2。根據(jù)場(chǎng)地的不同使用功能和處理要求，分別采用強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法進(jìn)行地基處理,并采取不同的強(qiáng)夯參數(shù),達(dá)到了最優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用強(qiáng)夯置換加固素填土地基，其地基承載力明顯提高，同時(shí)又加快了施工進(jìn)度,節(jié)省了工程造價(jià)。

強(qiáng)夯置換；地基承載力；地基處理

1 工程概況

某地下車(chē)庫(kù)工程位于大連市開(kāi)發(fā)區(qū)，地下車(chē)庫(kù)為地下一層，基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)，獨(dú)立基礎(chǔ)軸力為3000kN，柱距為8.4×8.4m。根據(jù)該場(chǎng)地勘察資料，該場(chǎng)地自上而下主要分布有以下地層：①素填土：黃褐、灰褐色，稍濕-飽和，松散，主要由碎石、粘性土及少量建筑垃圾組成；回填齡小于5年。②淤泥：灰黑色，流塑狀態(tài)。③紅黏土：棕褐～棕紅色，可塑～軟塑狀。④中風(fēng)化石灰?guī)r：灰色，巖體較完整。

場(chǎng)地內(nèi)地下水與海水相連，水位變幅在1～2m，水位埋藏深度為1.7～4.6m，標(biāo)高為-1.80～1.10m。

由于承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，故需對(duì)地基進(jìn)行加固處理，要求處理后的地基承載力fspk≥200kPa。根據(jù)工程實(shí)際情況和場(chǎng)地的地質(zhì)條件，本工程采用強(qiáng)夯置換法+點(diǎn)夯+滿夯方式對(duì)地基進(jìn)行加固處理，獨(dú)立基礎(chǔ)范圍內(nèi)采用強(qiáng)夯置換的方式，地下室獨(dú)立基礎(chǔ)范圍外采用點(diǎn)夯的方式。

2 強(qiáng)夯置換法加固地基設(shè)計(jì)

2.1 處理深度的確定

強(qiáng)夯置換墩的深度由土質(zhì)條件確定，但不宜超過(guò)7.0m。因本工程軟弱土層的厚度較大，同時(shí)又受當(dāng)?shù)厥┕l件的限制，故本工程加固處理深度為7.0m。

2.2 夯擊能的確定

獨(dú)立基礎(chǔ)范圍內(nèi)采用強(qiáng)夯置換的方式，夯擊能為3000kN·m；地下室獨(dú)立基礎(chǔ)范圍外采用點(diǎn)夯的方式，夯擊能為2000kN·m；滿夯的夯擊能為1000kN·m。

2.3 墩體材料選擇

利用當(dāng)?shù)亓畠r(jià)的開(kāi)山碎石，粒徑大于300mm的顆粒含量不超過(guò)全重30%。

2.4 夯點(diǎn)設(shè)計(jì)

2.4.1.布點(diǎn)原則

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及工程實(shí)際情況，選取單個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)為單位進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)，取獨(dú)立基礎(chǔ)面積S=4.4×4.4=19.36m2為例計(jì)算。

2.4.2.布點(diǎn)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)參數(shù)

墩體承載力 fpk=400kPa

墩間土承載力 fsk=140kPa

夯錘直徑 d=1.2m

墩體計(jì)算直徑 dd＝1.5m

（2）計(jì)算置換率

（3）布點(diǎn)設(shè)計(jì)

在獨(dú)立基礎(chǔ)內(nèi)布點(diǎn)，獨(dú)立基礎(chǔ)面積S=4.4×4.4=19.36m2，設(shè)每個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)需用n個(gè)墩（點(diǎn)），則：

式中：

n—為每個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)下墩體個(gè)數(shù)

m—面積置換率

S—獨(dú)立基礎(chǔ)面積

S1—墩體計(jì)算面積

2.4.3 承載力驗(yàn)算

（1）實(shí)際置換率

（2）承載力驗(yàn)算

滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4.4.下臥層承載力驗(yàn)算

根據(jù)樁長(zhǎng)計(jì)算，墩端進(jìn)入素填土層內(nèi)，強(qiáng)夯處理后墩間土承載力為140kPa。

（1）設(shè)計(jì)參數(shù)

基礎(chǔ)底板底標(biāo)高：1.10～1.50m

地下水位高程：-1.80～1.10m，計(jì)算取0.5m

現(xiàn)地面高程：2.90 m

各土層參數(shù)詳見(jiàn)表1。

（2）計(jì)算公式

pz＋pcz≤faz

式中：

pz—相當(dāng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，軟弱下臥層頂面處的附加應(yīng)力值；

pcz—軟弱下臥層頂面處土的自重應(yīng)力值；

faz—軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后地基承載力特征值。

（3）自重應(yīng)力pcz

（4）附加應(yīng)力值pz

式中：

b—正方形基礎(chǔ)底邊的寬度；b=4.4m

pk—正方形基礎(chǔ)底面處的平均壓力值；pk=200kPa

pc—基礎(chǔ)底面處土的自重應(yīng)力值；

z—基礎(chǔ)底面至軟弱下臥層頂面的距離；z=5.2m

θ—地基壓力擴(kuò)散線與垂直線的夾角。

（5）地基壓力擴(kuò)散角θ

a）軟弱下臥土層上面土層的壓縮模量

式中：

Ep—樁體壓縮模量，Ep=35MPa

Es—樁間土壓縮模量，Es=5MPa

Esp=0. 274×35＋(1－0. 274)×5=13.22(MPa)

b）軟弱下臥土層下面土層的壓縮模量為5MPa

c）查表計(jì)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2002）查表：

z/b=5.2/4.4=1.18

計(jì)算約得：θ=20.8°

（6）附加應(yīng)力值

（7）軟弱下臥層頂面處深度修正后土層的承載力特征值faz

計(jì)算公式

式中：

faz—修正后的土層承載力特征值；fak—第1層土未經(jīng)修正的承載力特征值，取140 kPa；

ηd—下臥軟層埋深的承載力修正系數(shù)，取ηd=1.0；

γm—驗(yàn)算土層面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度。

γm=pcz/z=80/7=11.4kN/m3；

d—深度，從室外地面算起，至下臥層頂面為：7.0m；

軟弱下臥層頂面處深度修正后土層的承載力特征值faz

（8）軟弱下臥層承載力驗(yàn)算

滿足設(shè)計(jì)要求。

3 施工

3.1.施工工序

（1）清理并平整施工場(chǎng)地。（2）標(biāo)出夯點(diǎn)位置，并測(cè)量場(chǎng)地高程。（3）起重機(jī)就位，夯錘置于夯點(diǎn)位置。（4）測(cè)量夯前錘頂高程。（5）夯擊并逐擊記錄夯坑深度。6）推平場(chǎng)地，用低能量滿夯，將場(chǎng)地表層土夯實(shí)，并測(cè)量夯后場(chǎng)地高程。

3.2 施工要點(diǎn)

（1）本工程采用強(qiáng)夯置換+點(diǎn)夯+滿夯的處理方式。獨(dú)立基礎(chǔ)范圍內(nèi)采用強(qiáng)夯置換的方式，夯擊能為3000kN·m；地下室獨(dú)立基礎(chǔ)范圍外采用點(diǎn)夯的方式，夯擊能為2000kN·m。強(qiáng)夯置換和點(diǎn)夯的施工應(yīng)分三遍間隔進(jìn)行，第一遍先打1/4，第二遍再打1/4，第三遍完成剩余夯點(diǎn)。

（2）強(qiáng)夯置換的夯擊數(shù)由試夯確定，第一陣從原地面夯起，當(dāng)夯坑達(dá)到1.5m深時(shí)，填滿置換料，第一陣結(jié)束；第二陣對(duì)填入的置換料進(jìn)行夯擊，當(dāng)再次達(dá)到1.5m左右的夯坑深度時(shí)候，再次填滿置換料，第二陣結(jié)束；以此類(lèi)推。最后一陣當(dāng)出現(xiàn)相鄰兩夯的夯沉量均不超過(guò)50mm時(shí)，夯擊結(jié)束，并以此作為終夯標(biāo)準(zhǔn)。

4 處理效果檢驗(yàn)

4.1 地基承載力檢測(cè)

采用平板載荷試驗(yàn)對(duì)加固處理后的地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，共進(jìn)行3個(gè)點(diǎn)的試驗(yàn)，根據(jù)載荷試驗(yàn)確定的地基承載力特征值為218.7kpa。

試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)強(qiáng)夯置換+點(diǎn)夯+滿夯處理后，地基承載力完全滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 墩體檢測(cè)

對(duì)墩體采用重型動(dòng)力觸探進(jìn)行檢測(cè)，按不同地段、墩數(shù)進(jìn)行抽檢，抽檢率1%。

經(jīng)檢測(cè)墩體長(zhǎng)度7.0～7.5m，動(dòng)力觸探實(shí)測(cè)擊數(shù)13～22擊，平均擊數(shù)為16.5擊/10cm，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5007-2002），墩體為中密～密實(shí)狀態(tài)，滿足設(shè)計(jì)要求。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.021

鮑德松 男 工程師 主要從事巖土工程勘察與設(shè)計(jì)工作。