強夯法加固在填方地基處理中的應用

陳智賢

（廣東省地質工程公司，廣東廣州510080）

1 概述

強夯法又稱動力固結法或動力壓實法,這種方法是反復將重錘提到一定高度使其自由落下,在極短的時間內給地基土體施加一個巨大的沖擊和振動能量,使地基填土密實,從而提高地基土的強度并降低其壓縮性,改善地基土性能。

強夯法處理高填方地基,與其他地基處理方法相比具有費用低、施工設備簡單、速度較快，效果顯著等優(yōu)點，是一種比較理想的地基處理方式。多用于新建工程的地基處理，也廣泛適用于處理碎石土、砂土、粉土、粘性土、雜填土等地基工程中;本文就是根據一個工程實例，著重分析研討設計、施工、質量控制與檢測等關鍵問題，為類似工程地基加固做借鑒。

2 工程概況

溫泉高爾夫花園，位于廣州市從化溫泉鎮(zhèn)。擬建建筑物主要為別墅建筑群，層高多為3～4層。個別5～6層,場地大多為挖、填方區(qū)，分3期施工，本工程為1～2期，填方面積約50000m2，該場地原為兩山夾溝，高差相差較大，經就地挖填而成。

根據場地的工程地質勘察資料分析,加固區(qū)場地人工填土,由花崗巖風化殘積砂質粘性土新近堆填,結構非常疏松,挖填時碎石及塊石雜亂無章且極不均勻,回填質量差,填土承載力較小，填土厚度約7.00～25.00m,不均勻沉降隱患較大,存在不同程度的濕陷性，如不予處理難于滿足設計要求。采用其它地基加固處理方法（如擠密碎石樁、鉆孔灌注樁、挖孔樁）處理這種地基,不僅造價昂貴,而且工期長,施工難度較大，因此采用一種較為成熟,且施工工藝簡單、經濟的地基加固方法進行地基加固處理顯然很必要,根據場區(qū)填土土性及建筑物的荷載要求,采用強夯法對該地基進行加固，通過對不同填土深度采用不同加固能量的強夯加固，達到提高地基承載力、減少不均勻沉降的目的，根據設計要求，加固后地基土承載力特征值不小于200kPa,要求加固深度不小于6m，壓實系數不小于0.95。

3 強夯法加固機理及設計

3.1 加固機理

強夯法是眾多地基加固方法中最簡單、最經濟的一種地基處理方法。它是反復用吊升設備將很重的錘提到一定高度使其自由落下，對地基土產生強大的沖擊能，在地基土中所出現的沖擊波和動應力，可使土體強度提高，壓縮性降低，改善地基性能，同時夯擊能還可提高土層的均勻程度，減少將來可能出現的差異沉降，尤其適宜于多孔隙、粗顆粒、非飽和土。該工藝具有設備簡單、施工速度快、適用范圍大、加固質量可靠、使用經濟、工后沉降小等優(yōu)點。

本工程擬建場地為挖、填土方場地，深淺不一，有的區(qū)域為挖方，有的區(qū)域為填方，且填方深度相差較大，填土系任意堆填的花崗巖殘積砂質粘性土夾塊石，故不均勻性、松散性及密實性差、承載力低、自重固結沉降大等特點。鑒于場區(qū)土的特點，且存在不同程度的濕陷性。采用強夯法加固回填土，對不同的填土深度，選用不同的夯擊能、夯擊次數、夯點間距等強夯參數，從而保證不同厚度的填土都得到加固，使土體物理力學性質得到改善并趨于均勻。

3.2 強夯法加固的設計基本要求

3.2.1 加固目的

為提高地基承載力和減少不均勻沉降,要求處理后承載力特征值不小于200kPa；加固影響深度不小于6m；壓實系數不小于0.95。

3.2.2 加固的范圍

由于基礎應力的擴散作用，強夯處理的范圍應大于建筑物基礎范圍，具體的放大范圍可根據其構作物來考慮，原則上范圍為每邊超出基礎外緣的寬度宜為設計處理深度的1/2至2/3。并不宜小于3m。本工程確定超出建筑外輪廓6m。

3.2.3 強夯施工初步參數

根據設計要求以及《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2002、J220-2002）、綜合考慮上部結構荷載狀況、地基承載力及變形要求以及填土層的厚度，并結合我公司近幾年在廣州地區(qū)工程實踐經驗初步確定的強夯參數，提出強夯試驗方案，進行現場試夯。

強夯施工前，場地應按設計要求,分層回填至設計標高,推平。

根據不同土質條件待試夯結束數周后，對試夯場地進行測試，并與夯前測試數據進行對比，檢驗強夯效果，確定工程采用的各項強夯參數。

施工參數初步確定（見表1），并通過以下試夯3條原則,試夯修正再確定具體的施工參數,點夯收錘標準應滿足以下3點:

（1）坑底土不隆起,夯坑周圍地面隆起明顯（大于1／4夯沉量體積）,但不應發(fā)生過大的隆起。

（2）夯坑不得過深，以免造成提錘困難，為增大加固深度，可在夯坑內填加粗顆粒形成土塞，以增加錘擊數。

（3）每擊夯沉量不宜過小，過小無加固作用,最后2擊平均夯沉量不大于50mm。

3.2.3.1 有效加固深度

表1 強夯施工初步參數表

式中：H——強夯的有效加固深度，m；

M——夯錘重，t，本工程M=25t；

h——落距，m，本工程h=16.5；

k——0.55。

估算理論有效影響深度約H=11.2m。

估算影響深度由Menard公式確定：7.0m，取h=6.5m。

3.2.3.2 夯擊能

單擊夯擊能=夯錘重×落距，即：

本工程確定單擊夯擊能為4000kN·m，滿夯單擊夯擊能為1500kN·m。

3.2.3.3 夯擊次數

以夯坑的壓縮量最大,夯坑周圍隆起量最小為確定原則;同時滿足最后2擊的平均夯沉量不大于50～100mm（見下式）,對夯坑周圍隆起量較小時,可增加夯擊次數減小夯擊遍數。

鑒于工程承載力特征值要求較高,本工程應采用2遍點夯,2遍滿夯。點夯單擊能量4000kN·m進行,點夯擊數為6～8擊;然后采用低能量進行滿夯,滿夯單擊能量1500kN·m;低能量滿夯，目的主要是處理表面土層尤其是夯坑之間的空隙。第三及第四遍取落距6.5m，每點連續(xù)3～4擊，下一夯與前一夯點相互搭接0.8D。

夯擊次數采用前后2擊累計沉降差控制：

式中：ΔS——前后兩擊累計沉降差，mm；

夯擊點布置是否合理與夯實效果有直接關系,根據建筑結構的基礎型式和加固要求確定,可采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。

夯擊點間距的確定，一般根據地基土的性質和要求加固深度而定。由于要求加固深度較大，因此第一遍的夯點間距不宜過小，以免夯擊時在淺層形成密實層而影響夯擊能往深層傳遞。還必須強調，若各夯點之間的距離太小，在夯擊時上部土體易向側向已夯成的夯坑中擠出，從而造成坑壁坍塌,夯錘歪斜或傾倒,而影響夯實效果,若夯點間距過大，也會影響夯實效果。

根據經驗，第一遍夯點間距一般為5～9m，以后各遍夯擊點間距可與第一遍相同，也可適當減小。對要求加固深度較深，或單擊夯擊能較大的工程，第一遍夯擊點間距宜適當增大。

根據場區(qū)的地質條件和施工條件及加固深度要求,本工程采用正方形布置,第一遍夯擊點間距可取6m，以后各遍夯擊點間距可與第一遍相同。滿夯間距0.8D（即下一夯與前一夯痕互錯0.8D）。

各點夯要求如下:

（1）第一遍點夯。按照6m×6m正方形布點，單擊能4000kN·m,每夯點6～8擊。

（2）第二遍點夯，按照6m×6m正方形布點，與第一遍互為插點，單擊能4000kN·m,每夯點6～8擊。

（3））第三遍滿夯，以0.8D間距搭夯，單擊能1500kN·m，每夯點3～4擊。

（4））第四遍滿夯，以0.8D間距搭夯，與第三遍滿夯互為插點,單擊能1500kN·m，每夯點3～4擊。

3.2.3.5 間歇時間

2遍夯擊之間應有一定的時間間隔,以利于土中超靜孔隙水壓力的消散,由于本場區(qū)填土為花崗巖砂質粘性土夾較多碎石，其滲透性相對較好且水位埋藏較深,因此間歇時間可適當縮短至3～5d內。

4 強夯法施工流程

本工程的施工流程如下：

夯區(qū)放線布點、測量夯前地面高程→選點試夯、檢測及校正施工參數→測放第一遍夯點、（夯前動力觸探試驗）進行第一遍點夯→場地整平→測放第二遍夯點、進行第二遍點夯→平整場地、普夯→測量夯后地面高程→夯后驗收檢測（夯后動力觸探試驗）平板試驗。

4.1 施工準備

（1）技術準備：開工前必須組織專業(yè)技術人員認真分析理解施工圖紙、了解設計意圖及現場地質條件，現場負責人應向參加施工的人員進行全面的技術、安全交底，向他們闡明設計意圖、操作規(guī)程和方法以及工程要達到的設計標準。使所有施工人員對將要進行的施工做到心中有數，以便工程有效、有組織、有秩序地進行。

（2）設備物資準備：因參加本工程所需的大型設備較多，因此分批組織設備進場，強夯機、夯錘（1臺套）、推土機、XY-100型鉆機。根據工程進展依此進場。

（3）現場準備：在技術、設備、材料準備的同時，應迅速組織人員進行現場平面布置，包括臨時設施、起夯面高度的確定及測量控制網的設置。

4.2 試夯

強夯施工前，根據初步確定的強夯參數，在現場有代表性的場地上進行試夯，并通過測試，與夯前測試數據進行對比，檢驗強夯效果，以便最后確定工程采用的各項強夯參數。若不符合設計要求，則應改變設計參數。在進行試夯時，也可采用不同設計參數的方案，進行比較、擇優(yōu)選用。

試夯后地基平均下沉0.52m，夯擊點周圍沒有隆起現象，在夯擊截面2.5m范圍內，標高都有下降。通過現場測試，地基承載力提高1.5～2.5倍，有效影響深度達12m左右，土的濕陷性全部消除。說明初步確定的強夯施工參數可達到設計要。

4.3 夯前場地平整

預先估計強夯后可能產生的平均地面變形，并以此確定夯前地面高程，然后用推土機平整，場地應按設計要求分層回填至設計標高,場地表層回填500厚的碎石加粗砂（比例為7∶3），并推平。

4.4 夯前動力觸探試驗

在夯區(qū)內呈對角布置動力觸探試驗點,點距為3m,對人工填土夯前進行圓錐重型（N63.5）動力觸探測試工作，夯前其承載力特征值最小平均值夯前為78～141kPa。

4.5 夯擊點的布置

本工程根據場區(qū)的地質條件和施工條件及加固深度要求進行布點:

（1）點夯見圖1，滿夯點見圖2。

夯點的平面布置原則上應根據建筑物的結構類型來確定。本工程采用正方形布置,這樣既保證了重點,又可確保夯擊面積。

夯點間距：第一遍人工點夯間距為6m、第二遍與第一邊互為插點。

夯擊次數及遍數，本工程采用二次點夯二次滿夯。

（2）點夯：點夯施工參照設計擊數范圍，并控制最后2擊夯沉量小于50mm，施工應有規(guī)律、有順序的進行夯擊，避免不規(guī)則、紊亂的夯擊。場地周圍與擋土墻相臨的強夯區(qū)設置隔震溝，溝深3.0m、寬2.0m，必要時設置測斜儀檢控。

（3）建筑物及其外輪廓6m地基不論是挖方或填方，為保證質量，都應列為（重點）強夯區(qū)域，應加強管理，做好質量檢控。

（4）挖方區(qū)至少應做低能量強夯或只做普夯，夯擊能量可根據土工指標和設計強度而定,本工程單擊能量1500kN·m。

（5）應做好地表排水和夯坑排水等工作，以保證強夯效果。

（6）必要時在夯坑中回填粗礫料或塊石等以滿足強夯質量。

4.6 強夯的施工要點

為使強夯加固地基得到預想的加固效果，正確適宜地組織施工,加強施工管理的同時,強夯施工應按試夯后所確定的施工方案及試夯確定的技術參數進行。就強夯的施工工序做簡要說明。

4.6.1 施工步驟

（1）在已平整好的場地上標出第一遍夯點位置并測量場地高程；

（2）起重機就位，使夯錘對中夯點位置；

（3）測量夯前錘頂高程;

（4）將夯錘起吊到預定的高度，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程;

（5）重復步驟4；按設計和試夯的夯擊次數及控制標準完成1個點的夯擊；

（6）重復步驟2～5，完成第1遍全部夯點的夯擊；

（7）推土機將夯坑填平，停歇規(guī)定的間歇時間，待土中超靜孔隙水壓力的消散;

（8）按上述步驟逐遍完成全部夯擊遍數．再用低能量滿夯,將場地表層松土夯實并測量夯后場地高程;

4.6.2 強夯過程的記錄及數據整理

（1）每個夯點的每擊夯沉量、夯坑深度、開口大小、夯坑體積,填料量都須記錄。

（2）場地隆起、下沉記錄，每遍夯擊后場地的夯沉量、填料量記錄。

（3）滿夯前應根據設計基底標高，考慮夯沉預留量并整平場地,使?jié)M夯后接近設計標高。

（4）記錄最后2擊的貫入度，看是否滿足設計或試夯要求值。

4.6.3 強夯施工的注意事項

（1）由于強夯的施工順序是先深后淺，即先加固深層土，再加固中層土，最后加固淺層土。

（2）注意吊車,夯錘附近的人員安全,吊車要按其性能要求工作，不得超負荷工作。

（3）做好強夯區(qū)附近建成構筑物防振措施，應在強夯區(qū)邊緣和構筑物間設置隔振溝，以減少強夯施工對已建成構筑物的影響。

5 質量保證控制措施

（1）嚴格按規(guī)范和設計要求進行施工，施工前做好技術交底工作，每一環(huán)節(jié)應做好記錄。

（2）施工過程中應有專職質檢員對夯點位置、夯錘落距、夯擊次數、夯沉量、收錘標準、施工原始記錄進行全方位的質量檢控,并建立施工日記。

（3）各夯點的定位允許誤差不大于±50mm。施工應有規(guī)律、有順序夯擊，避免不規(guī)則、紊亂的夯擊.

（4）強夯施工最好在睛天進行，禁止在雨中或雨后立即施工，并在場地周圍做排水措施，避免下雨后場地積水。排水溝的間距不宜大于15m。

（5）每點夯擊數嚴格按試夯或設計所確定的擊數,落距施工,如夯坑底傾斜，傾角超過300時，要用粗砂碎石將夯坑填平，方能進行下一次夯擊，以免影響加固效果。

（6）發(fā)現漏夯和偏差應及時糾正，強夯應合理安排間隔時間，并確認在孔隙水壓力消散之后進行。

（7）加強中間的檢測工作,主要采用N63.5動力觸探檢測,動力觸探布置可按對角線或平行垂直線走向布置,各點間距為3～4m,檢測深度15m,中間檢測發(fā)現問題及時補夯，直到合格。

6 強夯施工質量檢測

強夯施工結束7d后，采用載荷試驗，測密度求壓實系數，觸探原位測試3種方法進行檢測。

6.1 載荷試驗結果

由質檢部門對該加固工程進行壓板試驗（1.0×1.0剛性承壓板）,在地表積水較少的情況下，經強夯后的承載力提高幅度較大，地基土承載力達240kPa。

6.2 觸探原位測試結果

由于被處理的土體為花崗巖殘坡積填土中夾較多碎石塊，輕便觸探（N10）無法擊進，故采用重型（N63.5）觸探對填土進行夯前夯后檢測。

通過對場區(qū)地基土強夯加固后，進行重型（N63.5）動力觸探測試，從錘擊數與貫入深度關系曲線圖中反映出地基土在夯前、夯后的強度變化。

根據《工程地質手冊》中附表3-2-20，經夯擊處理后的填土其N63.5≥5擊/10cm時,即可滿足f≥200kPa的需求。

填土夯前其承載力特征值最小平均值為132～1861kPa。

經夯擊處理后的填土N63.5=6～10擊/10cm,承載力特征值最小平均值為245～350kPa。

加固深度約0～13.00m（見表2）。

從觸探各深度段結果表明，經過強夯加固地基后，地基結構得到改善，地基土承載力比原來提高1.13～2.5倍，從錘擊數與貫入深度關系曲線圖中反映出夯后地基土均勻性較好、密實性增加，承載力得到提高，加固效果明顯，其加固深度一般在0～13m左右，上部1～5m效果明顯，尤其是地基表面（約0～2m），形成一層比較密實的表層（硬殼）。夯后承載力最小平均值一般為fk=203～350kPa。

由此可知夯后填土承載力特征值滿足f不小于200kPa的需求。

加固深度滿足設計不小于6m的要求。

表2 夯前夯后承載力最小平均值比較表

6.3 壓實度測試結果

強夯區(qū)共選50點進行壓實度測試，填土的干密度ρd=1.73～1.78g/cm3，最大干密度ρdmax=1.81～1.86g/cm3，壓實系數λc=0.955～0.957；滿足設計提出的不小于0.95的要求。

6.4 沉降觀測

本工程的強夯施工于2006年8月完成，經施工后3年定期的建筑物沉降觀測數據分析，其沉降量在允許范圍內，測定表明，沉降基本穩(wěn)定。

7 強夯加固效果

（1）填方區(qū)經強夯加固后，地基土承載力及壓實度及加固有效深度均滿足設計要求，根據建筑物的沉降觀測數據分析，其沉降量在允許范圍內，坐落于強夯填土上的建筑物使用正常，建筑物建成后多年，并經過雨季的考驗，未發(fā)現下沉及開裂現象。

（2）強夯法加固地基，能代替某些樁基礎而節(jié)省鋼材、木材和水泥，而且速度快、效果好、投資少，是一種經濟、簡便的地基加固方法。

小區(qū)85%的建筑物基礎直接置于強夯面上,為施工創(chuàng)造了方便條件,也為短期內建筑物的建成創(chuàng)造了條件。與其它方法處理相比（如挖孔樁）節(jié)省經費,且工效高,施工速度快;工期提前3個月左右,節(jié)省了大量的鋼材、水泥等建筑材料，創(chuàng)造了較好的經濟效益和社會效益。

（3）該方法經驗較為成熟,并比其它方法成本低,施工工藝及設備簡便,使用土質范圍廣，加固效果明顯，質量可靠,且可獲得較高的地基承載力，土粒結合緊密，有較高的結構強度，工期短,可節(jié)省加固原材料,有較大的經濟效益。

（4）從技術可行、質量可靠、安全穩(wěn)妥、經濟合理4個方面做綜合分析，強夯加固是值得推廣使用的一種地基處理方法。

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