強(qiáng)夯在濕陷性土質(zhì)以及砂坑處理中的應(yīng)用分析

吳廷游

(南京溧水華僑城實(shí)業(yè)有限公司，江蘇 南京 210000)

1 工程概況

本項(xiàng)目(圖1)位于中國(guó)西北地區(qū)，面積為15萬(wàn)m2，場(chǎng)地內(nèi)第③層黃土狀粉土具濕陷性，地基濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)(輕微)，設(shè)計(jì)場(chǎng)坪面高于現(xiàn)狀地面2.00～4.00 m，另項(xiàng)目場(chǎng)地北側(cè)有一砂坑面積約3.6萬(wàn)m2(圖1中的陰影部分)，該砂坑大約從2000年開(kāi)始采砂取土，采砂挖方時(shí)間段為2000—2008年，根據(jù)搜集資料、現(xiàn)場(chǎng)勘察，取土深度為10.00～30.00 m；2009～2019年該砂坑陸續(xù)進(jìn)行了回填，砂坑早期的回填物以砂場(chǎng)的篩余的大粒徑礫石料為主，粗顆粒骨架間少有細(xì)料充填，砂坑回填體呈松散狀態(tài)，砂坑后期作為垃圾填埋場(chǎng)，垃圾成分復(fù)雜，主要有建筑垃圾、生活垃圾、棄土、爐渣等，局部有易腐爛分解的廢棄板材、植物殘?bào)w等。

圖1 建筑總平面圖

2 地基處理設(shè)計(jì)

2.1 砂坑內(nèi)地基處理

砂坑內(nèi)土層類(lèi)型為：①層為雜填土，②層為圓礫。沙坑處理厚度為10.00～25.00 m，處理目標(biāo)消除地基預(yù)處理施工面以下10.00～25.00 m厚沉降變形和調(diào)節(jié)地基不均勻沉降。處理指標(biāo)要求如表1。

表1 砂坑內(nèi)地基處理指標(biāo)

砂坑大部分區(qū)域已回填至原地面高程，僅砂坑南側(cè)區(qū)域局部尚有5.00～14.00 m深未進(jìn)行回填，根據(jù)地勘報(bào)告(圖2)雜填土最深處標(biāo)高約為544.00 m。

本區(qū)域砂坑強(qiáng)夯處理思路分三層進(jìn)行，分層開(kāi)挖需放坡，放坡系數(shù)不小于1∶1.50。第一層保留約8 m深雜填土，將現(xiàn)狀砂坑內(nèi)地面高程高于552.00 m的區(qū)域內(nèi)回填土開(kāi)挖至552.00 m；將低于552.00 m的區(qū)域內(nèi)分層回填碾壓至552.00 m進(jìn)行第一層強(qiáng)夯施工。第一層強(qiáng)夯完成后，將現(xiàn)狀砂坑內(nèi)地面高程高于559.00 m的區(qū)域內(nèi)回填土開(kāi)挖至559.00 m；將低于559.00 m的區(qū)域內(nèi)分層回填碾壓至559.00 m進(jìn)行第二層強(qiáng)夯施工。考慮第一層和第二層處理的防水效果以及經(jīng)濟(jì)性，將第二層施工完成后進(jìn)行土夾石墊層施工，土夾石墊層處理范圍高程560.00 m對(duì)應(yīng)砂坑邊線外擴(kuò)3.00 m，土夾石墊層處理厚度2.00～2.50 m。土夾石墊層施工完成后，將現(xiàn)狀砂坑內(nèi)地面高程低于566.00 m的區(qū)域內(nèi)分層回填碾壓至566.00 m進(jìn)行第三層強(qiáng)夯施工。第一層強(qiáng)夯填料以建筑棄土為主的雜填土，雜填土內(nèi)生活垃圾含量不應(yīng)超過(guò)5%，第二、三層強(qiáng)夯回填填料以砂坑內(nèi)挖出的天然級(jí)配料及周邊基坑內(nèi)挖出的天然級(jí)配圓礫。第二、三層強(qiáng)夯回填料應(yīng)分層回填實(shí)，每層回填厚度為50～60 cm，灑水增濕。第一、二層點(diǎn)夯夯擊能采用8 000 kN·m，平夯夯擊能采用2 000 kN·m；第三層點(diǎn)夯夯擊能采用6 000 kN·m，平夯夯擊能采用2 000 kN·m。夯點(diǎn)間距為4.5 m×4.5 m，采用正方形布置。終夯標(biāo)準(zhǔn)，滿足下列條件之一時(shí)即可停止夯擊：①最后兩擊平均夯沉量小于150 mm；②夯坑周?chē)孛娌粦?yīng)發(fā)生過(guò)大隆起。為確保強(qiáng)夯處理效果及影響深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)在場(chǎng)地內(nèi)選取50.0 m×50.0 m的區(qū)域進(jìn)行試夯試驗(yàn)，試夯參數(shù)按第一層強(qiáng)夯要求進(jìn)行，夯前和夯后應(yīng)選取試夯區(qū)內(nèi)6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，根據(jù)夯前夯后試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比以確定強(qiáng)夯處理效果及影響深度。

圖2 砂坑典型剖面

2.2 砂坑外地基處理

砂坑外土層類(lèi)型為：①層為耕土，②層為雜填土，③層為黃土狀粉土，④層為圓礫。消除地基預(yù)處理施工面以下4.00～6.00 m范圍內(nèi)回填土厚沉降變形和消除建筑物區(qū)域黃土狀粉土的濕陷性，調(diào)節(jié)地基不均勻沉降，處理指標(biāo)要求如表2。

表2 砂坑外地基處理指標(biāo)

圖3 砂坑外典型剖面

場(chǎng)地內(nèi)分布有2.0～3.60 m厚的黃土狀粉土(圖3)，具濕陷性，且設(shè)計(jì)場(chǎng)坪高于現(xiàn)狀地面2.00～4.00 m，需進(jìn)行回填碾壓處理。

因表層耕土和雜填土較淺，將地表的耕土及雜填土清除干凈后，采用周邊基坑內(nèi)挖出的天然級(jí)配圓礫分層回填碾壓，處理范圍為項(xiàng)目邊線外擴(kuò)5.00 m；單體范圍內(nèi)強(qiáng)夯起夯面按±0.00以上50 cm控制；單體之外的強(qiáng)夯面起夯面標(biāo)高和周邊道路豎向標(biāo)高一致，標(biāo)高變化交接面現(xiàn)場(chǎng)放坡處理。每層回填厚度50～60 cm，灑水增濕，非建筑區(qū)域點(diǎn)夯夯擊能采用5 000 kN·m，建筑物區(qū)域點(diǎn)夯夯擊能采用6 000 kN·m，平夯夯擊能采用2 000 kN·m。夯點(diǎn)間距4.5 m×4.5 m，采用正方形布置。終夯標(biāo)準(zhǔn)，滿足下列條件之一即可停止夯擊：①最后兩擊平均夯沉量小于150 mm；②夯坑周?chē)孛娌粦?yīng)發(fā)生過(guò)大隆起。

3 地基檢測(cè)

3.1 地基檢測(cè)要求

濕陷性土質(zhì)的檢測(cè)：在進(jìn)行相應(yīng)的土地施工前的檢測(cè)之前，要按照施工要求，制訂適合的檢測(cè)方式，挑選出最恰當(dāng)?shù)姆椒?。?dāng)某種方法的檢測(cè)結(jié)果不具備唯一性時(shí)，應(yīng)當(dāng)再用別的方法進(jìn)行二次驗(yàn)證。檢驗(yàn)數(shù)量的確定有以下幾個(gè)關(guān)鍵：工作環(huán)境是否復(fù)雜、技術(shù)是否能達(dá)標(biāo)。如果測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)的要求有偏差，研究一下原因，并找出解決方案。如果某一部分十分重要，那么就要增加該區(qū)域的樣本數(shù)量。抽檢點(diǎn)要滿足隨機(jī)性、均勻性、代表性的原則。

3.2 地基檢測(cè)內(nèi)容

本項(xiàng)目檢測(cè)內(nèi)容主要分為砂坑內(nèi)地基檢測(cè)和砂坑外地基檢測(cè)。

3.2.1 砂坑內(nèi)地基檢測(cè)

砂坑內(nèi)地基檢測(cè)主要分為地基承載力、地基均勻性。

(1) 靜載荷試驗(yàn)：地基處理面積超過(guò)1 500 m2的，超出部分每500 m2增加1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，不足500 m2按500 m2計(jì)；超出10 000 m2部分每1 000 m2增加1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，不足1 000 m2按1 000 m2計(jì)。

(2) 重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)：按每2 000 m2不少于1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)且總共不少于3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。

3.2.2 砂坑外地基檢測(cè)

砂坑外地基檢測(cè)主要分為地基承載力、地基均勻性、濕陷性三方面。根據(jù)地質(zhì)類(lèi)型，地基均勻性檢測(cè)采用重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，濕陷性檢測(cè)采用探井試驗(yàn)。

(1) 靜載荷試驗(yàn)：取樣數(shù)量，每個(gè)建筑物單體工程不得少于3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，單體地基處理面積超過(guò)1 500 m2的，超出部分每500 m2增加1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，不足500 m2按500 m2計(jì)；超出10 000 m2部分，每1 000 m2增加1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，不足1 000 m2按1 000 m2計(jì)；單體外取消靜載檢測(cè)。

(2) 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)：取樣數(shù)量，單體區(qū)域按每400 m2不少于1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)且總共不少于3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)；單體外按每2 000 m2不少于1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，且不少于3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。

(3) 探井試驗(yàn)：取樣數(shù)量，每個(gè)單體工程不得少于3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，單體地基處理面積超過(guò)1 500 m2的，超出部分每500 m2增加1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，不足500 m2按500 m2計(jì)；超出10 000 m2部分，每1 000 m2增加1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，不足1000 m2按1000 m2計(jì)。單體外每2 000 m2取1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。

(4) 壓實(shí)度檢測(cè)：?jiǎn)误w區(qū)域按每層1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)/200 m2進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)；單體外按每層1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)/1 000 m2且每層不小于3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)。

地基檢測(cè)涉及的成本較大，分區(qū)域檢測(cè)、分重點(diǎn)檢測(cè)，按設(shè)計(jì)需要布點(diǎn)，才能有效地控制造價(jià)。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)成果

砂坑內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析：本項(xiàng)目砂坑地基處理土夾石墊層地基的承載力以及處理完成面承載力特征值達(dá)到120 kPa；重型動(dòng)力觸探擊數(shù)均≥10擊，滿足設(shè)計(jì)要求。

砂坑外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果分析：由靜載荷試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，各試驗(yàn)點(diǎn)的沉降量均較小，P-s曲線比較平緩，無(wú)明顯陡降段。綜合分析，單體范圍內(nèi)和單體外區(qū)域地基承載力特征值為180 kPa，土體的變形模量均大于15 MPa；由標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析，本場(chǎng)地強(qiáng)夯后地基土密實(shí)度均達(dá)到密實(shí)狀態(tài)；探井取樣實(shí)驗(yàn)中濕陷性系數(shù)δs<0.015，該場(chǎng)地經(jīng)地基處理后濕陷性全部消除。

4 施工注意事項(xiàng)

(1) 施工要嚴(yán)格按照操作程序來(lái)工作。夯擊過(guò)程確保錘子的下降距離、位置的穩(wěn)定性，如果發(fā)現(xiàn)落錘的趨勢(shì)大于30度或超過(guò)指定位置，則將夯擊坑的底部填滿。嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)時(shí)執(zhí)行施工過(guò)程，確保施工過(guò)程相互關(guān)聯(lián)，技術(shù)人員和質(zhì)檢人員嚴(yán)格控制施工進(jìn)程。

(2) 由于會(huì)出現(xiàn)天氣條件惡劣的情況，特別是暴雨，施工人員有必要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，以免遺漏，檢查是否會(huì)出現(xiàn)被雨水淹沒(méi)的情況。由于天氣情況，施工會(huì)受影響。如果場(chǎng)地已經(jīng)被過(guò)多的雨水浸濕，還需要安排雨水消散時(shí)間，適當(dāng)延長(zhǎng)，有利于施工性能的恢復(fù)。

(3) 大雨后施工，起重機(jī)禁止在低洼或低洼地區(qū)作業(yè)，并進(jìn)行夯實(shí)工程，夯實(shí)試驗(yàn)穩(wěn)定后再進(jìn)行作業(yè)。為保證施工過(guò)程統(tǒng)一組織，制定各項(xiàng)施工標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁操作人員在機(jī)械下方停留，防止造成施工安全事故。

(4) 本工程強(qiáng)夯夯擊能高，強(qiáng)夯震動(dòng)會(huì)對(duì)周邊的已有建筑造成不利影響，應(yīng)設(shè)置減震溝來(lái)消減震動(dòng)影響。減震溝應(yīng)設(shè)置在強(qiáng)夯場(chǎng)地四周，深度宜為5～6 m，寬度不宜小于2 m。沙坑范圍內(nèi)施工單獨(dú)考慮，由于開(kāi)挖工程量巨大，開(kāi)挖工期較長(zhǎng)。沙坑區(qū)域強(qiáng)夯時(shí)，為保證減少對(duì)周邊單體樁基礎(chǔ)擾動(dòng)的不利影響，施工前在沙坑邊線外擴(kuò)55 m處設(shè)置減震溝(寬2 m，深度5 m)。強(qiáng)夯回填土應(yīng)該嚴(yán)格分選，應(yīng)剔除回填土中的生活垃圾，采砂坑和原狀土層邊應(yīng)采用坡率或退臺(tái)搭接，應(yīng)對(duì)回填土考慮增濕，以提高強(qiáng)夯效果，強(qiáng)夯之前應(yīng)進(jìn)行試夯試驗(yàn)，以確定相關(guān)強(qiáng)夯參數(shù)。

(5) 在進(jìn)場(chǎng)施工前，應(yīng)進(jìn)一步調(diào)查周邊建筑及地下管線等設(shè)施的基本情況，并應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)場(chǎng)地地層及地下水埋深情況進(jìn)一步核查，以及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，施工前應(yīng)取得最大干密度、最優(yōu)含水率等指標(biāo)?？刂坪蕬?yīng)在最優(yōu)含水率±1%范圍內(nèi)。當(dāng)靜載試驗(yàn)中出現(xiàn)有1點(diǎn)的地基承載力未達(dá)到設(shè)計(jì)值(但達(dá)到90%以上)時(shí)，可在此點(diǎn)的周?chē)R近位置雙倍增加檢測(cè)點(diǎn)，增加2個(gè)臨近位置檢測(cè)點(diǎn)的地基承載力均達(dá)到設(shè)計(jì)值，可判定地基承載力檢測(cè)合格；否則為不合格。

(6) 根據(jù)地基處理深度要求，砂坑內(nèi)回填土開(kāi)挖深度及現(xiàn)狀砂坑邊坡高度預(yù)計(jì)為10.0～20.0 m，地基處理施工前，有關(guān)方面須完成基坑放坡或支護(hù)工作，以確保基坑安全?？紤]到強(qiáng)夯的振動(dòng)影響，回填土放坡系數(shù)不小于1∶1.50，天然圓礫層放坡系數(shù)不小于1∶1.00。開(kāi)挖的基坑須進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)位移變化情況并及時(shí)匯總，根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)資料預(yù)測(cè)基坑變形趨勢(shì)，調(diào)整施工參數(shù)和施工速度。若基坑變形超出警戒值，立即停止坑內(nèi)作業(yè)，撤離人員，坑頂內(nèi)設(shè)置警戒線，周邊道路及路口設(shè)專(zhuān)人疏導(dǎo)行人、車(chē)輛遠(yuǎn)離基坑。

(7) 地基均勻性檢測(cè)可以采用重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)或標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，兩種試驗(yàn)的適用條件不同。重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)主要用于碎石土，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)主要用于黏性土和砂土。

5 結(jié)束語(yǔ)

土壤的濕陷性是指在上層的土在自重應(yīng)力的作用下，或在自重應(yīng)力與附加應(yīng)力一起施壓下，遇到水后，土體下沉后發(fā)生結(jié)構(gòu)性毀壞而產(chǎn)生的額外顯性變形，這樣的土質(zhì)叫作濕陷性土質(zhì)。土的濕陷性和濕陷程度，應(yīng)按室內(nèi)浸水(飽和)壓縮試驗(yàn)，在一定壓力下測(cè)定的濕陷系數(shù)δs判定，當(dāng)δs≥0．015時(shí)，應(yīng)定為濕陷性土質(zhì)。這種土質(zhì)一般可以分為自重性和非自重性?xún)煞N。在這種可塌陷的土地上進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮地基的可塌陷性引起的可能造成的附加結(jié)構(gòu)的破壞，并選擇合適的處理地基的方法，消除或部分消除地基的濕陷性。對(duì)濕陷性土質(zhì)進(jìn)行處理避免塌陷的方法有很多種，在不同的地方，對(duì)于不同的土壤特性和結(jié)構(gòu)的不同地基，應(yīng)選擇不同的處理方法。

強(qiáng)夯法是比較經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)單的一種地基方法，又叫作動(dòng)力固結(jié)法，是利用起重設(shè)備將80～400 kg的重錘起吊到10～40 m的高空處，然后讓重錘自由落下，在極短時(shí)間內(nèi)對(duì)地基土體施加一個(gè)巨大的沖擊能量，反復(fù)的沖擊及其產(chǎn)生的壓縮波、剪切波和瑞雷波，使土體受到瞬間的加荷(受壓)、卸荷(受拉)及剪切的反復(fù)作用，土中孔隙壓縮，同時(shí)土體周?chē)a(chǎn)生裂隙，孔隙水順利排出，土體迅速固結(jié)，使土粒原有的接觸形式破壞而產(chǎn)生位移，變?yōu)樾碌妮^為穩(wěn)定的接觸形式，從而達(dá)到增加土體密度、提高強(qiáng)度的目的。土的天然含水率對(duì)強(qiáng)夯法至關(guān)重要，天然含水率低于10%的土，顆粒間摩擦力大，細(xì)土顆粒很難被填充，且表層堅(jiān)硬，夯擊時(shí)表層土容易松動(dòng)，夯擊能消耗在表層土上，深度土層不易夯實(shí)，消除濕陷性的有效深度小，夯填質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)效果。

深砂坑的處理極其復(fù)雜，要根據(jù)砂坑深度以及回填土質(zhì)情況分情況處理，還要考慮后續(xù)主樓與砂坑的關(guān)系，對(duì)于主樓的基礎(chǔ)選型尤為重要，本文提出的強(qiáng)夯處理方式也是為類(lèi)似項(xiàng)目提供一個(gè)可靠的實(shí)例。

本文對(duì)于濕陷性黃土以及深砂坑土質(zhì)的處理具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，強(qiáng)夯地基處理有效地改善了地基持力層的承載力，對(duì)于濕陷性黃土也有明顯的改善效果。