強(qiáng)夯法在大面積地基處理中的應(yīng)用研究

溫 瀟

(太原市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 太原 030009)

0 引言

隨著我國的城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，使得建筑工程逐漸增多，人們的居住場所、辦公區(qū)域和休閑娛樂場所都離不開建設(shè)企業(yè)的施工、建設(shè)[1,2]。地基加固是建筑物能夠安全穩(wěn)定的前提保障。在建筑施工中使用強(qiáng)夯法能夠?qū)⑹┕龅氐牡鼗探Y(jié)，地基主要承載建筑物的重量，地基的質(zhì)量影響著建筑物整體的質(zhì)量和安全性，在大面積地基處理中使用強(qiáng)夯法能夠加固土層，提高地基的承載能力，具有很大的應(yīng)用價值。

1 強(qiáng)夯法的概述

1.1 強(qiáng)夯法的定義

強(qiáng)夯法又稱能夠動力固結(jié)法，主要利用起吊設(shè)備將重錘提升到一定高度然后使其自由下落，利用重錘的重力和向下的沖擊力來夯實土層(如圖1所示)。強(qiáng)夯法是一種新的地基處理方法，這種方法能夠有效提高大面積地基的承載能力。強(qiáng)夯法常用于砂土性、非飽和粘性土、雜填土的地基處理中，不同的地質(zhì)條件使用的夯實方法不同，在實際施工中一般是根據(jù)工程的實際要求和施工場地情況確定夯實的次數(shù)和夯實深度[1]。經(jīng)過研究表明，在100 t·m～200 t·m的夯實能量下，能夠獲得3 m～6 m的有效夯實深度。

1.2 夯擊機(jī)理

強(qiáng)夯法是利用夯擊能對大面積地基產(chǎn)生沖力，并在土層中產(chǎn)生沖擊波。利用沖擊力的作用對上部土體進(jìn)行沖切，破壞土體結(jié)構(gòu)形成夯坑，完成對周圍土體的動力擠壓，從而產(chǎn)生加固的效果。強(qiáng)夯法加固地基的方法主要有三種：動力密實、動力置換、動力固結(jié)，在選擇加固地基的方法時主要依據(jù)是地基土的類別和強(qiáng)夯施工工藝。使用動力密實機(jī)理能夠?qū)Χ嗫紫?、非飽和土和粗顆粒的土體進(jìn)行加固，減少土層中的孔隙，將土體變得密實，能夠提高地基的強(qiáng)度。整式置換的方式利用強(qiáng)夯法將碎石整體融入淤泥中，進(jìn)行擠壓，從而提高土體的密實度[2]。

1.3 強(qiáng)夯法的主要特點(diǎn)與適用范圍

強(qiáng)夯法具有節(jié)省施工材料、降低工程造價、提高能源利用等優(yōu)點(diǎn)，故在建筑施工中不僅能增大施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且能減少施工人員的工作量和勞動強(qiáng)度，保證現(xiàn)場施工文明。強(qiáng)夯法操作簡單、使用土質(zhì)范圍廣，加固效果明顯，能夠幫助地基承受較大載荷，能夠使地基強(qiáng)度提高2倍～5倍。在強(qiáng)夯條件相同的建筑地基時，細(xì)小粒土的夯擊能一般要大于粗大粒土，通常情況下細(xì)小粒土夯擊能范圍為1 500 kN·m/m～4 000 kN·m/m，而粗大粒土夯擊能范圍為1 000 kN·m/m～3 000 kN·m/m。強(qiáng)夯法的應(yīng)用范圍是對砂土、碎石土、粉土、粘性土、雜填土和濕陷性黃土等地基進(jìn)行處理，但是，強(qiáng)夯法不能用于工程周圍的建筑物和對設(shè)備振動有一定影響的地基加固，如果一定要使用強(qiáng)夯法需要在此過程中采取防振措施。

2 強(qiáng)夯參數(shù)

2.1 有效加固深度

有效加固深度是地基經(jīng)過加固之后，提高了強(qiáng)度與壓縮模量增大的土層范圍。在對強(qiáng)夯法進(jìn)行研究和實驗的過程中有很多學(xué)者提出了估算的方法，對強(qiáng)夯法在地基處理中的有效加固深度進(jìn)行估算。但是，不同的地質(zhì)條件和強(qiáng)夯方法產(chǎn)生的加固效果不同，所以估算出來的有效加固深度并不準(zhǔn)確，仍需要加大技術(shù)研究，掌握有效加固的實際深度。

2.2 夯擊次數(shù)

在現(xiàn)場施工中，施工人員應(yīng)該在保證加固效果的前提下減少夯擊次數(shù)，對于滲透性強(qiáng)、含水量低的土層可以使用1遍～3遍夯擊次數(shù)；含水量大、滲透系數(shù)小的土層使用3遍或者4遍夯擊系數(shù)。最后需要使用低能量滿夯一遍，將松動的土層夯實、加固[3]。

2.3 夯擊范圍

根據(jù)基礎(chǔ)應(yīng)烽擴(kuò)散原理，夯擊范圍應(yīng)該大于基礎(chǔ)范圍，具體的夯擊范圍需要建筑物的類型和現(xiàn)場施工中的綜合因素進(jìn)行確定，需要超出基礎(chǔ)外緣的寬度應(yīng)該是設(shè)計處理深度的1/2～1/3，不能小于3 m。對液化勢態(tài)地層進(jìn)行夯擊時，夯擊范圍超出基礎(chǔ)外的寬度不宜小于處理深度。

2.4 夯點(diǎn)布置和夯點(diǎn)間距

在大面積地基處理中，為了保證夯擊時的地基受力均勻，夯擊點(diǎn)可以按照正方形和等邊三角形布置夯點(diǎn)，根據(jù)地基土層的實際情況和要求處理的深度合理布置夯擊點(diǎn)的距離。夯點(diǎn)布置和夯點(diǎn)間距都是為了提升夯擊的效果，保證夯擊力能夠有效擴(kuò)散到土層中，提高地基加固效果[4]。

3 工程實例

3.1 工程簡介

在某建筑企業(yè)的工程項目中，需要建設(shè)兩棟辦公樓、3家招待所和N棟技術(shù)樓，建筑物使用多層混凝土框架結(jié)構(gòu)，巖石構(gòu)成是-2.5 m以上使用粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂及圓礫層組成；-2.5 m以下主要是圓礫層。經(jīng)過驗證，建筑物的地基承載力沒有達(dá)到相關(guān)設(shè)計要求，需要進(jìn)行加固處理。該企業(yè)對建筑施工的工期、施工面積和投入成本進(jìn)行考慮之后，決定使用強(qiáng)夯法對大面積地基進(jìn)行處理。

3.2 地基處理措施

為保障地基穩(wěn)定性，提高填土和施工效率，降低施工成本，該項目地基采用強(qiáng)夯法進(jìn)行加固處理。地基夯擊遍數(shù)共設(shè)為4遍，其中第1,2遍夯擊能均為3 000 kN·m/m，第3遍夯擊能為2 000 kN·m/m，第4遍采用夯擊能為1 000 kN·m/m的低能量進(jìn)行滿夯。夯擊點(diǎn)依據(jù)5×5的正方形來布置。

3.3 選擇合適的強(qiáng)夯回填料

選用粉土、殘積土、全風(fēng)化砂性土等作為該項目地基的強(qiáng)夯回填料?；靥盍蟽?nèi)的石塊應(yīng)小于25 cm，且石料體積比需控制在總體的15%以內(nèi)，待強(qiáng)夯夯沉完成后，普夯面至基層面之間的回填料應(yīng)選用全風(fēng)化的砂性土。地基回填過程中需控制好回填料的含水量，完成回填后需將填料進(jìn)行碾壓密實處理[5]。

3.4 強(qiáng)夯設(shè)計及要求

按照現(xiàn)場施工的要求，在大面積地基處理中可以使用兩邊點(diǎn)夯，第1遍點(diǎn)夯是柱下點(diǎn)夯，各個夯點(diǎn)之間的間距應(yīng)在6 m左右；第2遍點(diǎn)夯的間距在4.5 m左右。夯點(diǎn)間的布置是正方形，保證夯擊能是2 000 kN·m。兩邊夯擊完成之后對整個地基進(jìn)行兩遍低能滿夯，夯擊能為1 000 kN·m。在地基夯擊結(jié)束之后，加速場地上的固結(jié)，提高土層的地基強(qiáng)度，減少地基的不均勻性。夯擊次數(shù)由試夯效果決定，根據(jù)挖方進(jìn)行調(diào)整，觀測記錄每次夯擊的下沉量。當(dāng)夯擊下沉量小于5 cm、夯坑太深起錘困難和夯坑周圍出現(xiàn)大的隆起時需要立即停止夯擊。其施工方法和要求如表1所示。

表1 強(qiáng)夯在大面積地基處理中的施工要求

3.5 強(qiáng)夯在地基處理中的步驟

首先應(yīng)該清理出需要施工的場地，施工人員標(biāo)出第1遍夯點(diǎn)的位置，測量場地的高程。起重機(jī)就位，首先將夯錘置于場地中夯點(diǎn)上空并吊至預(yù)定高度，然后開啟脫鉤裝置使夯錘自由下落(如圖2所示)。待夯錘下落完成后，放下吊鉤并測量錘頂高程，夯擊過程中如出現(xiàn)坑底傾斜現(xiàn)象，應(yīng)先進(jìn)行填充夯坑處理，然后重新進(jìn)行夯擊。將每個夯點(diǎn)進(jìn)行夯擊完成之后，需要進(jìn)行第2遍點(diǎn)夯，平整場地，完成夯擊，最后低能滿夯，檢測，合格之后驗收。

3.6 竣工驗收

在地基全部夯實完成25 d后，根據(jù)地基地質(zhì)條件選用原位檢測法與室內(nèi)檢測法對項目地基進(jìn)行竣工驗收，檢測位置不應(yīng)少于3處，檢測點(diǎn)應(yīng)布置在夯坑底部或夯坑外緣，在地質(zhì)情況復(fù)雜的地基檢測中應(yīng)適當(dāng)增加測點(diǎn)，檢測深度不應(yīng)小于地基處理的設(shè)計深度，嚴(yán)格檢查地基檢測數(shù)據(jù)和記錄，保證強(qiáng)夯地基的處理施工質(zhì)量。

3.7 工程效果

通過工程實例表明，強(qiáng)夯法在地基處理中具有明顯加固效果。該項目地基強(qiáng)夯處理后，測得地基承載力約為160 Pa，滿足建筑工程的承載要求。在施工過程中使用強(qiáng)夯法能夠節(jié)省原加固材料，縮短施工工期，利用強(qiáng)夯機(jī)對地基進(jìn)行加固能夠節(jié)省建筑材料的購置和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的支出，除了消耗油料外沒有其他損失。施工快捷，在對粗顆粒非飽和土的強(qiáng)夯中，能夠縮短周期。強(qiáng)夯法在加固地基處理中具有差異性，所以至今暫無統(tǒng)一的加固理論[5]。

4 結(jié)語

本文通過工程實例對強(qiáng)夯法的操作方法、施工工藝進(jìn)行分析，在工程實例中證明強(qiáng)夯法的優(yōu)點(diǎn)，縮短樁基工期，提高施工效率和施工質(zhì)量。強(qiáng)夯法在大面積地基處理中具有很好的應(yīng)用效果，值得推廣使用。在地基處理中使用強(qiáng)夯法能夠提高建筑物的穩(wěn)定性，促進(jìn)建筑行業(yè)的健康、有序發(fā)展。