組合錘法在填谷造地的地基處理中的應(yīng)用

李大浪，蔡飛，劉獻(xiàn)剛，徐升才，左菊林，黃恒平

（1.中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031；2.江西中恒建設(shè)集團(tuán)特種軟基公司，江西南昌 330052）

組合錘法在填谷造地的地基處理中的應(yīng)用

李大浪1，蔡飛1，劉獻(xiàn)剛2，徐升才2，左菊林1，黃恒平1

（1.中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031；2.江西中恒建設(shè)集團(tuán)特種軟基公司，江西南昌 330052）

為了解決由丘陵山區(qū)填谷造地形成的工業(yè)建設(shè)場地,場地回填面積大、填土厚而且不均勻的難題,在福建紫金銅業(yè)建設(shè)場地中采用組合錘法地基處理技術(shù),處理后的地基滿足建構(gòu)筑物承載力和沉降控制設(shè)計要求,經(jīng)濟(jì)效益顯著,實現(xiàn)了地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計的完美結(jié)合,為填谷造地場地的地基處理提供了一種高效、低碳、節(jié)能、環(huán)保的方法。

填谷造地;地基處理;組合錘;節(jié)能環(huán)保；沉降控制

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展,建設(shè)用地緊張問題日益突出,使用丘陵山區(qū)“填谷造地”成為解決用地問題的有效方法之一。但目前填谷造地存在著回填時間短、無法分層回填、土質(zhì)松散、均勻性差、回填的厚度差異大的問題,如果不進(jìn)行場地處理,無法作為建設(shè)場地使用。然而,在國內(nèi)場地處理技術(shù)仍是一大難題[1],且由于巖土工程和結(jié)構(gòu)工程分屬兩個學(xué)科,場地處理和基礎(chǔ)設(shè)計往往脫節(jié),因此,場地處理后的基礎(chǔ)形式選用如何與場地處理相結(jié)合，如何采用節(jié)能處理方案,加快處理速度并降低處理成本,是今后場地地基處理的關(guān)鍵,也是建筑產(chǎn)業(yè)低碳化的發(fā)展趨勢。目前,國內(nèi)外強(qiáng)夯關(guān)鍵技術(shù)主要集中在填海造地大能級的強(qiáng)夯技術(shù)研究和灘涂飽和復(fù)合地基的強(qiáng)夯技術(shù)研究上[2-3],而對山區(qū)根據(jù)土方平衡產(chǎn)生的高填方地基采用強(qiáng)夯技術(shù)的研究較少。本文擬以某典型的“填谷造地”建設(shè)場地為例,對在該場地上采取的組合錘法地基處理技術(shù)進(jìn)行論述,以供類似工程參考。

1 組合錘法地基處理技術(shù)

1.1 組合錘法地基處理技術(shù)的概念

組合錘法地基處理技術(shù)是采用柱錘、中錘與扁錘分別對地基土深層、中層和表層進(jìn)行不斷夯擊，破壞原來土體中固相顆粒的組合結(jié)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)重組，迫使土體中固相顆粒緊密排列，擠出氣相體，形成排水通道，同時迫使液相水壓力產(chǎn)生由穩(wěn)定—產(chǎn)生孔隙水壓力—再穩(wěn)定的變化過程，從而達(dá)到對地基土進(jìn)行加固的最終目的。通過反復(fù)夯擊，這些被加固的増強(qiáng)體和周圍的土體的抗壓及抗剪強(qiáng)度能得到迅速提高，才能共同承擔(dān)基礎(chǔ)傳遞的荷載，形成組合錘法復(fù)合地基[4]。

1.2 技術(shù)的由來和特點

組合錘法地基處理技術(shù)可以理解為以強(qiáng)夯法[5]為主體，綜合了強(qiáng)夯、強(qiáng)夯置換、柔性樁等地基處理技術(shù)的優(yōu)點的一種新型地基處理技術(shù)。

強(qiáng)夯技術(shù)涉及建筑工程、電力、冶金、港口等建設(shè)行業(yè)，幾乎地基處理有關(guān)的工程實例的論著都能見到強(qiáng)夯工程案例的描述。但如何有效應(yīng)用仍然是個難題。這是由于，一般規(guī)范和工程應(yīng)用手冊只注重強(qiáng)夯能級和夯擊次數(shù)。這也是目前工程預(yù)算定價的指標(biāo)。強(qiáng)夯能級劃分為：1)低能級，＜4 000 kNm；2)中等能級，4 000~6 000 kNm；3)高能級，6 000~8 000 kNm；4)超高能級，＞8 000 kNm。通常設(shè)計上只能用調(diào)節(jié)夯錘的提升高度來調(diào)節(jié)夯擊能，以最大夯能確定最大加固深度。相關(guān)規(guī)范中都采用的都是L. Menard公式，即通過加固深度與夯擊能的平方根成正比進(jìn)行估算。這也意味著處理深度越大，能級需要越高，同時施工設(shè)備增大，工程造價也隨之迅速提高。且在實際實施過程中，由于相應(yīng)的施工設(shè)備較少，甚至需要與之配套的高性能專用強(qiáng)夯機(jī)，導(dǎo)致工程受設(shè)備因素的影響滿足不了進(jìn)度的要求。

組合錘法則是運用改變夯能在土體中的傳播方式，以改變夯錘形狀（底面積）在相同的夯擊能下獲得不同的錘底凈壓力值，實現(xiàn)相同能級處理不同深度的效果。運用柱錘處理深部、中錘處理中部、扁錘處理表層的創(chuàng)新思路，以3 000 kNm以下低能級的強(qiáng)夯設(shè)備，達(dá)到6 000 kNm以上高能級的強(qiáng)夯設(shè)備的效果，實現(xiàn)了高效、低碳、經(jīng)濟(jì)的處理成效。

1.3 技術(shù)優(yōu)勢

填谷造地一般需要處理的場地面積大，處理深度變化大，組合錘法能使用低能級的強(qiáng)夯設(shè)備，同時保證厚度不同的地基處理效果，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢顯著。低能級的強(qiáng)夯設(shè)備市場上保有量大，易于短時間內(nèi)調(diào)集到現(xiàn)場同時施工，保證施工進(jìn)度，加強(qiáng)施工速度，同樣可為建設(shè)方帶來可觀的財務(wù)效益。

2 工程應(yīng)用實例

2.1 工程概況

紫金銅業(yè)200 kt/a銅冶煉項目位于福建龍巖上杭縣蛟洋鄉(xiāng)坪埔工業(yè)開發(fā)區(qū)，2010年開始動工新建。建設(shè)場地是將丘陵地區(qū)的山頭推平，填充山谷，形成平地，屬典型的“填谷造地”(圖1）。填土厚度范圍是0~21 m,均為新近填土,松散狀、土質(zhì)較均勻,含砂粘土。

圖1 場地回填中

2.2 地基處理方案的討論

業(yè)主根據(jù)福建當(dāng)?shù)氐牧?xí)慣做法，擬采用碎石樁處理填方區(qū)的廠房地基、構(gòu)筑物地基及道路地基，還不包括含有大量管道的中間地帶，地基處理投資估算超過億元人民幣。對業(yè)主提供的方案進(jìn)行評估后認(rèn)為，由于該場地填土過于松散、填土底面是斜面，且填土厚度變化太大，作為散體材料組成的碎石樁，無法抵抗土體固結(jié)沉降時的向下側(cè)滑，無法實現(xiàn)整個場地填土區(qū)域地基處理。另一方面，場地仍然存在大量松散土體，相當(dāng)于碎石樁無側(cè)限，給今后的使用留下巨大的隱患。而若僅是采取強(qiáng)夯法，面對深達(dá)21 m的回填土，業(yè)主評估認(rèn)為既不可行，也不經(jīng)濟(jì)。經(jīng)多次與業(yè)主及其顧問的溝通，業(yè)主同意用組合錘法進(jìn)行試驗性施工。經(jīng)過試驗及檢測，試夯區(qū)各項指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求，最終確定按組合錘法進(jìn)行全面地基處理。

2.3 組合錘法的應(yīng)用

1)方案的確定。經(jīng)過反復(fù)討論和試驗評估,場地處理結(jié)合場地上的建構(gòu)筑物的重要性和對地基沉降的敏感性，制定了采用組合錘法地基處理技術(shù)和鉆孔灌注樁相結(jié)合的基礎(chǔ)設(shè)計方案。其優(yōu)點在于組合錘法地基處理技術(shù)有效影響深度控制在15 m以內(nèi),地基承載力達(dá)到150 kPa,可滿足大部分建構(gòu)筑的承載力和沉降要求,單點夯擊能,即柱錘動當(dāng)量可控制在1 400 kJ/m2,大部分設(shè)備可以使用,效率大大提高,施工費用較低,而且有大量類似工程實例作為參考，確保工程質(zhì)量。對于部分荷載大而且對沉降敏感的建構(gòu)筑物采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁端穿過原始斜面地表,進(jìn)入巖層,做到安全可靠,無后期沉降。

2)實施過程[4]。本工程采用組合錘法地基處理技術(shù)的組合錘法復(fù)合地基超深擠密法施工，主要施工工序如下：(1)第一工序采用柱錘深層擠密,第1次施打夯坑深度宜控制在5.0 m以內(nèi),第2次施打夯坑深度宜控制在3.0 m以內(nèi)。柱錘點夯1～2次,柱錘施工見圖2、圖3。(2)第二工序采用中錘進(jìn)行中層擠密,夯坑深度宜控制在1.5 m以內(nèi)。采用中錘夯擊1～2次,中錘施工見圖4。(3)第三工序采用扁錘進(jìn)行淺層擠密夯實,夯坑深度宜控制在0.5 m內(nèi);采用扁錘低能量滿夯2次。每次的夯擊數(shù)及停夯標(biāo)準(zhǔn)均應(yīng)按試夯區(qū)核定的各項施工參數(shù)要求確定。(4)最后進(jìn)行全場地滿夯,第1次采用較大夯擊能連續(xù)二擊,第2次夯印搭接應(yīng)在1/3錘徑以上。

圖2 第一工序的柱錘起吊

圖3 第一工序的柱錘夯坑

圖4 第二工序的中錘施工

組合錘法復(fù)合地基的停錘標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)同時滿足下列條件：(1)夯坑周圍地面不應(yīng)有過大的隆起，不因夯坑過深而造成提錘因難;(2)應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況及承載力要求適當(dāng)調(diào)整停錘條件，當(dāng)柱錘最后兩夯的平均夯沉量為200(±40)mm、中錘為100(±20)mm時可停錘; (3)累計夯沉量應(yīng)為墩體置換深度的1.5～2.0倍。

3)復(fù)合地基竣工驗收檢驗。(1)承載力和變形模量檢測應(yīng)采用現(xiàn)場靜載荷試驗。承載力檢驗應(yīng)采用單墩載荷試驗檢驗。對飽和粉土地基,可用單墩復(fù)合地基載荷試驗代替單墩荷載試驗。(2)夯實墩底情況和密度隨深度的變化情況,即不同區(qū)段被處理土層每延米的擊數(shù)可采用動力觸探等有效方法查明。驗收檢驗現(xiàn)場見圖5,驗收檢驗結(jié)果見圖6。

圖5 驗收檢驗現(xiàn)場

圖6 驗收檢驗結(jié)果

3 結(jié)語

紫金銅業(yè)項目是典型的南方丘陵地帶填谷造地的地基處理案例,總處理面積達(dá)4.2×106m2。檢測結(jié)果承載力均超過設(shè)計要求150 kPa,處理完成后重新勘察,標(biāo)貫擊數(shù)大幅提高,上層0.5~5 m達(dá)到10~20擊，15 m以下3~5擊,符合地基附加應(yīng)力衰減的規(guī)律,場地沉降得到有效控制。工程2011年6月投產(chǎn),使用狀況良好,達(dá)到了預(yù)期效果,得到了業(yè)主的好評。組合錘法地基處理技術(shù)的成功應(yīng)用,使地基處理費用比原方案估算節(jié)省70%,經(jīng)濟(jì)效益顯著,避免了大量石材的采購和運輸,對周邊環(huán)境保護(hù)取得了很好的效果,社會效益顯著。隨著組合錘法規(guī)范的頒布實施,該項技術(shù)更加具有廣闊的使用空間。

[1]潘東岳,李小毛,李大浪.柱錘強(qiáng)夯置換在塊石填土地基處理中的應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計與研究,2012(3):33-35.

[2]王鐵宏.新編全國重大工程項目地基處理工程實錄[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[3]劉國軍.強(qiáng)夯法在填海造地工程中的試驗研究[J].土工基礎(chǔ)，2008 (3):8-10,18.

[4]JGJ/T 290-2012,組合錘法地基處理技術(shù)規(guī)程[S].

[5]住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司,中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.2009全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施結(jié)構(gòu)(地基與基礎(chǔ)) [M].北京:中國計劃出版社,2010.

Application of Combined Hammering M ethod in the G round Foundation Treatment for Valley Filling and Land Reclamation

LI Da-lang1,CAI Fei1,LIU Xian-gang2,XU Sheng-cai2,ZUO Ju-lin1,HUANG Heng-ping1
(1.China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China;2.Special Ruanji Company of Jiangxi Zhongheng Construction Group,Nanchang,Jiangxi 330052,China)

In order to solve the difficulty that the backfilling area of site is large and the filling is thick and non-uniform in the industrial construction site formed by valley filling and land reclamation in the hilly and mountainous area,the foundation treatment technology with combined hammering method is adopted in the construction site of Purple Cooper Industry in Fujian,the foundation after being treated meets the requirements of bearing force for buildings(structures)and settlement control design,with remarkable economic benefit,so as to realize the perfect combination between foundation treatment and foundation design as well as provide a high-efficient,energy-saving and environment-friendly method for foundation treatment of valley filling and land reclamation site.

valley filling and land reclaiming;ground foundation treatment;combined hammer;energy saving and environmental protection;settling control

TU472

B

1004-4345(2014)02-0037-03

2014-01-04

李大浪(1967—),男，教授級高級工程師，主要從事結(jié)構(gòu)工程設(shè)計與研究工作。