強夯法+CFG樁復(fù)合地基在厚層松散砂土的應(yīng)用

丁學(xué)武，楊永康

（1、海南省建設(shè)集團有限公司 ?？?570204；2、海南有色工程勘察設(shè)計院 ?？?570206）

0 引言

強夯法是反復(fù)將夯錘提到一定高度使其自由落下，給地基以沖擊和振動能量，從而提高地基承載力并降低其壓縮性，改善地基性能，強夯法主要用于砂性土、非飽和粘性土與雜填土地基［1-7］。CFG 樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強度樁，樁、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基［8］。

海南省三亞市海棠灣區(qū)靠近海邊處多規(guī)劃建設(shè)多層酒店、低層別墅，該區(qū)域離海岸線較近，地勢低洼，表面需回填厚層松散砂土，其承載力低、工后沉降大。在該處進行工程建設(shè)時對低層建筑采用強夯法、高層建筑采用強夯法+CFG 樁復(fù)合地基，既能提高地基承載力、降低工后沉降，又能節(jié)約建設(shè)投資。

1 工程概況

某度假村酒店位于三亞海棠灣海棠南路，距離海岸線約200 m，酒店大堂為1 層，北側(cè)客房區(qū)為5 層，南側(cè)客房區(qū)為7 層。場地回填較厚松散砂土，地基處理面積17 210 m2。

1.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)《巖土工程勘察報告（詳細勘察）》［9］，場地屬海成一級階地地貌單元，場地地層由上至下分別為：

〈1〉素填土（Q4ml）：灰黃色、灰色，松散，稍濕～飽和，主要由砂組成，局部含碎石塊，少量地段含混凝土塊，為人工回填。該層在場地均有分布，揭露厚度4.50～5.50 m，平均厚度 5.10 m。

〈2〉中砂（Q4m）：灰黃色、黃色，稍密～中密，飽和，砂粒的礦物成分主要為石英、長石等，顆粒呈亞圓形，較均勻，級配不良。該層在場地均有分布，揭露厚度3.70～10.50 m，平均厚度 6.57 m。

〈3〉粗砂（Q4m）：灰黃色、黃色，中密為主，飽和，砂粒的礦物成分主要為石英、長石等，顆粒呈亞圓形，較均勻，級配不良，局部地段膠結(jié)成砂巖塊狀、短柱狀。該層在場地均有分布，揭露厚度1.30～10.00 m，平均厚度4.69 m。

〈4〉細砂（Q3m）：灰藍色、灰白色、青灰色、黃色，中密為主，飽和，砂粒的礦物成分主要為石英、長石等，顆粒呈亞圓形，較均勻，級配不良，局部地段以中、粗砂顆粒為主。該層在場地均有分布，揭露厚度1.50～18.80 m，平均厚度8.73 m。

〈5〉粉質(zhì)粘土（Q1m）：青灰色，可塑，干強度中等，韌性中等，切面稍有光澤，無搖震反應(yīng)，局部含較多砂，限于孔深未揭穿。

1.2 水文地質(zhì)條件

場地地下水主要為〈2〉、〈3〉、〈4〉層中的孔隙型潛水，穩(wěn)定水位埋深6.04～6.40 m，該層水量豐富，主要補給來源為大氣降雨入滲及地下徑流，排泄方式為大氣蒸發(fā)，向東面大海及西面龍江港河水排泄，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場地地下水年變化幅度約2 m。

2 地基處理目標

地基處理的目的是提高回填砂土（〈1〉素填土）的地基承載力，減少地基的工后沉降：

⑴1 層大堂地基承載力特征值≥200 kPa，地基處理后6 個月內(nèi)的沉降≤60 mm；

⑵5 層北側(cè)客房區(qū)地基承載力特征值≥280 kPa，地基處理后6 個月內(nèi)的沉降≤30 mm；

⑶7 層南側(cè)客房區(qū)地基承載力特征值≥320 kPa，地基處理后6 個月內(nèi)的沉降≤30 mm。

3 地基處理設(shè)計方案

3.1 分區(qū)處理設(shè)計

針對以上地基處理目標，并結(jié)合該場地的工程地質(zhì)特性，進行分區(qū)處理，即1 層大堂采用強夯法，地基處理面積6 640 m2，其余采用強夯法+CFG 樁復(fù)合地基方案。強夯法+CFG 樁處理區(qū)域根據(jù)地基處理后承載力要求不同，分為強夯法+CFG 樁處理一區(qū)、二區(qū)，地基處理面積分別為4 520 m2、6 050 m2，如圖1所示。

圖1 地基處理分區(qū)Fig.1 The Areas of Ground Treatment

3.2 強夯法設(shè)計方案

強夯法設(shè)計前在場地處選取了20 m×20 m 有代表性區(qū)域進行試夯，通過試夯確定了最佳夯擊能量、最佳夯擊錘數(shù)、夯點間距及間隔周期：

⑴通過土方平衡，填筑0.5 m 砂土至地基處理區(qū)域，使強夯后的地面高程接近設(shè)計地面高程；

⑵單擊夯擊能及強夯遍數(shù)：第一遍點夯能量4 000 kN·m，第二遍點夯能量 4 000 kN·m，滿夯 2 遍，能量1 000 kN·m，滿夯后碾壓；

⑶夯點布置：點夯采用5 m×5 m 正方形布置，滿夯按1/4 錘印搭接；

⑷收錘標準：以最后2 擊夯沉量≤50 mm 作為收錘標準；

⑸夯擊間隔：根據(jù)試夯結(jié)果，夯擊后土體中的超孔隙水壓力的消散時間為5 d，故夯擊間隔取5 d。

3.3 CFG樁設(shè)計方案

根據(jù)CFG 樁復(fù)合地基承載力與沉降計算結(jié)果，樁的設(shè)計如下：

⑴強夯+CFG 樁處理一區(qū)（5 層北側(cè)客房區(qū)）地基處理后承載力特征值≥280 kPa，樁徑400 mm，有效樁長8 m，樁端持力〈2〉中砂，按正方形布樁，樁距1.8 m，總樁數(shù)1 436 根；

⑵強夯+CFG 樁處理二區(qū)（7 層南側(cè)客房區(qū)）地基處理后承載力特征值≥320 kPa，樁徑400 mm，有效樁長10 m，樁端持力〈2〉中砂，按正方形布樁，樁距1.2 m，總樁數(shù)4 416 根；

⑶樁體材料：骨料采用堅硬的新鮮機碎石，粒徑15～30 mm，石屑粒徑 2～10 mm，砂選用中砂，水泥采用P.O 42.5 水泥。

⑷褥墊層：厚度500 mm，材料采用中砂、粗砂、級配砂石和碎石等，最大粒徑不大于30 mm，壓實系數(shù)大于0.95。

4 地基處理沉降觀測及工后檢測

地基處理過程觀測主要有點夯夯沉量觀測、地表平均沉降量觀測，地基處理后主要有工后沉降觀測、標準貫入試驗、重型動力觸探試驗、平板載荷試驗。

4.1 點夯夯沉量觀測分析

點夯夯沉量觀測是對夯點夯擊1 次后及時測量夯坑的沉降量，通過夯擊能量、擊數(shù)、夯沉量的關(guān)系可以確定最佳夯擊擊數(shù)，間接計算場地平均沉降量，通過對夯沉量觀測可以判斷地基處理過程中夯沉量是否收斂，指導(dǎo)后續(xù)施工，典型的夯擊次數(shù)及夯沉量曲線如圖2所示。

由夯測量結(jié)果可知：

⑴第1 遍強夯7～11 擊達到收錘標準，夯沉量最大值129 cm，最小值95 cm，一般值區(qū)間100～120 cm；第2 遍強夯6～10 擊達到收錘標準，夯沉量最大值105 cm，最小值77 cm，一般值區(qū)間80～100 cm；

⑵隨著夯擊遍數(shù)的增加夯沉量逐遍減小，達到收錘標準的擊數(shù)也逐遍減小，說明每遍強夯后回填砂土的地基承載力及壓縮模量均有較大提高。

4.2 地表平均沉降量觀測分析

圖2 典型的夯擊次數(shù)及夯沉量曲線Fig.2 Typical Curves of Tamping Times and Settlement

在每遍強夯后，按10 m×10 m 的網(wǎng)格對地基處理場地進行測量，取平均值，典型地表平均沉降量曲線如圖3所示。

圖3 典型地表平均沉降量曲線Fig.3 Typical Curves of Surface Settlement

由觀測結(jié)果可知，施工工況第1 遍強夯、第2 遍強夯、滿夯及碾壓后場地地表平均沉降量分別為172 mm、102 mm、58 mm、25 mm，累計地表平均沉降量357 mm，每遍夯擊后地表平均沉降量呈收斂狀態(tài)。

4.3 工后沉降觀測分析

地基處理后對強夯法處理區(qū)、強夯+CFG 樁處理一區(qū)、二區(qū)分別埋設(shè)了10、8、10 個工后沉降觀測點，在地基處理后至主體結(jié)構(gòu)完成過程中進行工后沉降觀測，強夯法處理區(qū)進行了9 個月的工后沉降觀測，強夯+CFG 樁處理一區(qū)、二區(qū)均進行了12 個月的工后沉降觀測，典型的工后沉降觀測曲線如圖4所示。

圖4 典型的工后沉降觀測曲線Fig.4 Typical Curves of Post-construction Settlement

由工后沉降觀測結(jié)果可知：

⑴強夯法處理區(qū)10 個測點9 個月內(nèi)工后沉降量為38～55 mm，滿足地基處理目標6 個月內(nèi)的沉降量≤60 mm；強夯法+CFG 樁處理區(qū)18 個測點12 個月內(nèi)工后沉降量為12～21 mm，滿足地基處理目標6 個月內(nèi)的沉降量≤30 mm；

⑵從工后沉降觀測曲線分析，地基處理6 個月內(nèi)工后沉降已趨向于平穩(wěn)。

4.4 標準貫入試驗對比分析

按現(xiàn)行規(guī)范要求［10］，砂土的密實度應(yīng)采用標準貫入試驗手段進行評價，在強夯前、強夯后對回填砂土（〈1〉素填土）5 m 范圍內(nèi)進行標準貫入試驗，每間隔1 m 試驗1 次，強夯前、強夯后標準貫入試驗分別進行了 168、173 次。

根據(jù)標準貫入試驗的結(jié)果，砂土的密實度在強夯后比強夯前得到了明顯的提高?；靥钌巴翉姾磺皹藴守炄朐囼炲N擊數(shù)在7～9 擊之間，平均7.5 擊，為松散狀；強夯完成并經(jīng)過10 d 休止期后，回填砂土強夯前標準貫入試驗錘擊數(shù)在14～18 擊之間，平均16.5 擊，為稍密～中密狀。

4.5 重型動力觸探試驗對比分析

為進一步分析地基處理的加固效果，在強夯前、強夯后分別進行了30、35 孔的重型動力觸探試驗，每孔測試深度8 m，典型的重型動力觸探試驗對比曲線如圖5所示。

圖5 典型重型動力觸探試驗對比曲線Fig.5 Typical Contrast Curves of Heavy Dynamic Probe Test

按工程地質(zhì)資料及重型動力觸探試驗對比曲線，0～5 m 為回填砂土（〈1〉素填土），5～8 m 為〈2〉中砂，由試驗結(jié)果可知：

⑴強夯前，回填砂土經(jīng)修正的重型動力觸探錘擊數(shù)為1～3 擊，加權(quán)平均值為2.1 擊，強夯后，回填砂土經(jīng)修正的重型動力觸探錘擊數(shù)為4.7～7 擊，加權(quán)平均值為5.8 擊；強夯后比強夯前回填砂土經(jīng)修正的重型動力觸探錘擊數(shù)增加了1.76 倍，表明加固效果明顯。

⑵隨著深度的增加，回填砂土地基的密實度增幅減緩。

4.6 平板載荷試驗分析

為檢驗地基承載力是否滿足地基處理目標要求，在強夯處理區(qū)、強夯法+CFG 樁處理一區(qū)、二區(qū)分別布置了4、3、4 個平板載荷試驗點，典型的平板載荷試驗曲線如圖6所示。

由平板載荷試驗可知，強夯法處理區(qū)4 個平板載荷試驗點的地基承載力特征值均大于200 kPa；強夯法+CFG 樁處理一區(qū)3 個平板載荷試驗點的地基承載力特征值均大于280 kPa；強夯法+CFG 樁處理二區(qū)4 個平板載荷試驗點的地基承載力特征值均大于320 kPa。該地基處理方案的3 個分區(qū)處理后地基承載力均能滿足目標要求。

圖6 典型平板載荷試驗曲線Fig.6 Typical Curves of Plate Loading Test

5 結(jié)論

通過對三亞市某度假村酒店厚層回填砂土地基處理過程中的點夯夯沉量觀測、地表平均沉降量觀測，地基處理后的工后沉降觀測、標準貫入試驗、重型動力觸探試驗、平板載荷試驗的分析，得出以下結(jié)論：

⑴采用分區(qū)處理方案，對承載力及工后沉降要求較低的1 層大堂采用強夯法處理，對承載力及工后沉降要求較高的5～7 層客房區(qū)采用強夯法+CFG 樁處理，既能滿足相應(yīng)的處理要求，又能降低地基基礎(chǔ)造價。

⑵采用強夯法+CFG 樁復(fù)合地基處理厚層松散砂土能大幅度提高地基承載力，增加砂土地基密實度，改善地基壓縮性能，降低工后沉降。