強夯法在大厚度碎石土地基處理中的應用

郭 鑫

(山西省勘察設計研究院，山西 太原 030013)

強夯法在大厚度碎石土地基處理中的應用

郭 鑫

(山西省勘察設計研究院，山西 太原 030013)

通過陽泉某工程場地地基處理的工程實例，闡述了強夯法加固大厚度碎石土地基的設計方案，對強夯初步設計參數(shù)、地基處理步驟、施工要求、試夯質量檢測要求等進行了論述，實踐檢測效果表明：強夯法分層處理大厚度碎石土地基是可行的。

強夯法，大厚度碎石，地基處理，質量檢測

0 引言

強夯法是反復將重量很大的錘(一般為10 t～60 t)提吊到一定高度(一般為10 m～40 m),使其自由落下,給地基土以強大的沖擊和振動能量,在地基土中產生沖擊波和動應力,迫使土體孔隙壓縮,從而提高地基的承載力,降低其壓縮性，改善地基性能[1]。

強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土、素填土等，一般均能取得較好的效果。本文通過具體事例闡述強夯法在大厚度碎石土地基中的應用，本文結合陽泉某工程近18萬m2采用強夯技術進行碎石土地基處理的實際情況,進行了400 m2試夯區(qū)的試驗研究,從而得出較好的施工工藝,指導了大面積施工。

1 工程概況

陽泉某工程，場地位于陽泉市泉中路以北，李蔭路以西，占地面積約18.3萬m2，包括16棟高層住宅樓及場地地基處理。2010年前原場地曾進行過露天煤礦開采，回填厚度為20 m～30 m，由于煤層開采沒有統(tǒng)籌考慮，將大量煤屑、碎石、棄土堆積在原場地，堆積時間短，造成場地工程地質條件復雜。

1)工程地質概況。

a.地形地貌。擬建場地地形起伏較大，整體為西高東低，擬建場地地貌單元屬侵蝕性中低山區(qū)。

b.地層概況。經地質調查、勘察揭示，場地地基土自上而下分為2層，現(xiàn)分述如下：

第①層碎石土：雜色，含泥巖塊、砂巖塊、頁巖塊、灰?guī)r塊、煤矸石塊、碎石等，粗顆粒含量大于70%，粉土及碎屑等細顆粒含量小于30%、粗細顆粒分布不均，稍濕、松散、欠固結。回填時未經處理，回填時間約2年，厚度深度為20 m～30 m。

第②層泥巖：灰黑色，較完整，主要礦物為石英、云母等，主要粘結物為粘土礦物，屬軟巖，具層理結構，巖芯呈短柱狀，巖石質量等級為Ⅳ。厚度深度為15 m～20 m。

2)地下水情況。

根據(jù)人工挖孔試樁結果，在碎石土與泥巖接觸面上存在滯水。

2 強夯方案設計

由于場地地質條件復雜，經經濟，技術可行性等多次專題論證，并與分層碾壓法、樁基方案、振動壓實法等方案比較后，確定擬建場地采用分層強夯法進行場地地基處理。

2.1 強夯初步設計參數(shù)

根據(jù)場地實際情況、規(guī)范要求及專家組的建議,場地強夯試夯區(qū)面積為20 m×20 m，夯擊能選用主夯單擊夯擊能5 000 kN·m,采用自動脫鉤裝置的履帶式起重機。

錘重與落距：要求單擊夯擊能5 000 kN·m，錘重300 kN，落距16.7 m。錘底面積2 m2，應控制夯錘的寬高比，以防止偏錘現(xiàn)象。

夯擊點布置與間距：擬建場地采用“點夯兩遍，滿夯一遍”。擬建場地地段挖掘至填土厚度不大于7 m；樓座地段挖掘至基巖面后再回填7 m土層，點夯夯擊能為5 000 kN·m，夯點間距5.5 m，等邊三角形布置。

夯擊次數(shù)與遍數(shù)：夯擊次數(shù)一般取15擊，最后兩擊的夯沉量不大于100 mm。滿夯夯擊能為2 000 kN·m，滿夯擊數(shù)4擊，錘印搭接不小于1/4d。

間歇時間：間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。本工程回填土為碎石土，含水量小于9%，滲透性好，可連續(xù)夯擊。

2.2 強夯法地基處理步驟

對于距已有建筑物較遠地段，將填土挖除至剩余厚度不大于7 m(樓座地段外擴不小于4 m開挖溝槽，挖至基巖底部。將大于300 mm碎石清除再回填。樓座地段基巖起伏不大時，應整平至統(tǒng)一標高；基巖變化較大時，應設置臺階，分階回填)進行地基處理。強夯夯擊能選用5 000 kN·m。待檢驗合格后，回填7 m土層進行強夯，待檢測合格后，再回填7 m土層進行強夯，直至回填至場地設計標高下2 m時，采用振動式壓路機分層碾壓粘性土(有一定的隔水效果)至場地設計標高。

2.3 施工要求

場地強夯處理經驗收合格后，至回填至設計標高下2 m時，采用振動式壓路機分層碾壓粘性土(有一定的隔水效果)至場地設計標高，加強路基排水。若基巖與填土接觸面處有水存在，應將水抽干再進行施工。地基處理過程中、投入使用階段，場地做好排水措施[3]。

在場地道路、管溝處鋪設土工格柵限制土體的側向位移、防止路面裂紋作用。

碎石土下伏基巖坡度在20°以上時，地基土搭接面開挖成階梯狀搭接,每3 m高設置不小于3 m的卸荷平臺，邊坡整體坡度不小于1∶1，使得壓實填土與斜坡坡面緊密接觸，形成整體，防止壓實填土向下滑動。

若基巖底部存在較多的裂隙，裂隙較淺時，將其全部挖除；裂隙發(fā)育較深時，采用水泥砂漿灌注縫隙。

2.4 試夯質量檢測要求

如果整體樣本充分性度量值(Measure of Sample Adequacy, MSA)>0.70，Bartlett’s的P值≤0.01時，說明該條目可以用于后續(xù)的因子分析。通過正交旋轉修改最初的問卷條目的分類結構進行EFA，并將其用于SEM中的測量模型。

強夯施工結束后，間隔1周～2周對地基加固質量進行檢驗。檢驗方法采用動力觸探、載荷試驗、固體體積率法[3]、瑞利波測試四種方法。由于場地面積大，檢測點主要分布在樓座及園林、景觀地段，據(jù)現(xiàn)場實際情況適當加密。檢驗深度應不小于設計處理深度，且需分層檢測。

3 效果檢測

強夯影響有效加固深度的原因很多，除了夯錘重和落距外，強夯次數(shù)，夯底單位壓力，地基土性質，不同土層的厚度和埋藏順序以及地下水都與加固深度有密切的關系[1]。根據(jù)工程需要，2013年9月對場地進行試夯，驗證場地選擇的夯擊次數(shù)、強夯的有效加固深度、地基承載力是否合適，確定強夯設計參數(shù)。

3.1 試夯地基質量檢驗

1)碎石土可通過現(xiàn)場載荷試驗確定地基承載力，為此，試夯后進行了載荷試驗[4]。

從夯后的p—s曲線可以看出，當壓力增加到200 kPa時，p—s曲線仍呈直線變化，從沉降速率和下沉量來看地基土的承載力大于180 kPa(見圖1，表1)。

表1 載荷試驗成果表

2)瑞利波沿地面表層傳播，表層的厚度約為一個波長，因此同一個波長的面波的傳播特性反映了地質條件在水平方向的變化情況，不同波長的面波的傳播特性反映著不同深度地質情況。通過將記錄中不同頻率的瑞利波分離開來，從而得到Vr—f曲線或Vr—λ曲線,通過解釋，判斷強夯有效加固深度。

3)通過重型圓錐動力觸探試驗及夯前、夯后測試對比確定地基下承載力并判斷強夯有效加固深度。

根據(jù)重型圓錐動力觸探試驗結果，夯前試驗擊數(shù)介于2.3擊～5.7擊之間，平均為4.3擊，呈松散～稍密狀態(tài)；夯后重型圓錐動力觸探試驗擊數(shù)介于10.3擊～21.5擊之間，平均為16.3擊，呈中密～密實狀態(tài)，證明強夯加固的有效深度可以達到7 m。

4)碎石土可采用現(xiàn)場固體體積率法測定，將一定體積的土體取出，然后用灌砂(水)法測出碎石土的體積。通過現(xiàn)場固體體積率法試驗確定每層回填土的干密度值。

根據(jù)現(xiàn)場固體體積率法實驗結果，夯前地基土的干密度介于1.63 g/cm3～1.73 g/cm3，平均為1.7 g/cm3。夯后地基土的干密度介于1.90 g/cm3～2.20 g/cm3，平均為2.0 g/cm3。反映處理深度范圍內回填土密實度均能滿足要求。

3.2 試夯結果對原設計參數(shù)的反饋

1)在場地試夯過程中，因對碎石土進行虛填，隨意堆積，回填厚度為7 m，主夯15擊后，夯坑深度4.5 m～5.0 m，夯坑過深，導致提錘困難，夯坑周圍地面隆起過大?？紤]到處理深度達到20 m～30 m，為減小工后沉降，減少地面隆起將原設計方案中每層回填7 m改為回填6.5 m，填土不得虛填。一次性回填厚度為3 m，經碾壓密實后再回填3.5 m。

2)根據(jù)試夯結果(見圖2)，主夯夯擊數(shù)13擊，可滿足最后兩擊的夯沉量不大于100 mm的要求。增加夯擊數(shù)不但可以提高地基承載力，壓縮模量大幅增長，而且可以減少工后沉降，有利于增大加固深度[3]，因此確定主夯夯擊數(shù)仍采用15擊，滿夯夯擊數(shù)為4擊。

4 結語

1)目前該工程施工已結束，經檢測地基承載力、地基變形均能滿足要求，證明強夯法處理大厚度填土地基是可行的。

2)強夯法具有施工簡單、經濟可行、加固效果明顯等優(yōu)點。強夯施工機具、設備簡單，只需起重機和夯錘、挖掘機等設備即可，效率高，施工速度快。

3)對于陽泉某場地大厚度碎石土場地，采用分層強夯法經濟可行。由于陽泉地區(qū)粉土、粘性土少，采用換填方案需換填土方5 000 m3，造價比強夯法施工增加1倍～2倍。在原場地業(yè)主做過樁基施工試驗，挖掘1根20 m的人工樁，需要1個月的時間。園林景觀區(qū)采用樁基方案造價要增加3倍～5倍，且工期大大延長。

綜上所述，強夯法在碎石土等地基處理中具有廣闊的應用前景，但由于強夯法沒有一套成熟的設計計算方法，因土質條件差異，施工方法的不同，加固后出現(xiàn)的下沉量也不同，加固的有效深度也不同，這些都有待進一步實踐、研究總結[2]。另外，強夯施工產生的噪聲和震動，也給周圍環(huán)境帶來影響，在居民住宅區(qū)，應采取一定的防治措施。

[1] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術規(guī)范[S].

[2] 吳承明，郭正言.強夯置換法在合肥市樊洼路采石坑雜填土地基處理上的應用[J].安徽地質，2007(4)：11-12.

[3] CECS 297：2010，強夯地基處理技術規(guī)程[S].

[4] 曾華健.強夯法處理廣東科學中心軟弱地基的試驗研究[J].廣州大學學報(自然科學版)，2010(5)：39-40.

Application of dynamic compaction method in big-thickness gravel foundation treatment

Guo Xin

(ShanxiAcademyofSurveyDesign,Taiyuan030013,China)

Based on Yangquan engineering field engineering foundation treatment example, the paper describes design schemes of big-thickness gravel foundation reinforcement with dynamic compaction method, and discusses preliminary design parameters, foundation treatment procedures, construction demands and dynamic quality detection demands and so on. Practice proves that: dynamic compaction method is feasible in processing big-thickness gravel foundation.

dynamic compaction method, big-thickness gravel, foundation treatment, quality detection

2014-12-14

郭 鑫(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)06-0088-03

TU472.31

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