某工程强夯地基失效原因分析与探讨

周春正 袁文雷 王凡勇

摘要：采用強夯法处理地基以其施工速度快、施工费用低且适用性广等优点被广泛应用。大量工程实例证明，强夯加固地基一般均能取得较好的效果，但如果盲目施工将会取得不良效果。本文通过某工程强夯地基失效，对其原因进行分析，探讨了土的含水率及土的性质对强夯效果的影响。

关键词：强夯；地基失效；粘性土

1 工程概述

1.1 工程概况

拟建某住宅楼为地上11层，地下1层，楼长为45m，宽为15.7m，局部宽约12.5m。拟建楼为框架结构，基础埋深6m。设计采用强夯法对地基土进行加固处理。

1.2场地地质条件

场地地貌为河流冲洪积平原，地势相对平坦，地面高程36.86－37.09m，最大高差0.32m。基坑开挖深度为6m，6m以下土层均为第四系全新统冲洪积堆积物，主要为粘性土、粉土及砂土，自上而下简述如下：④粉质粘土：可塑～硬塑，层厚1.9～2.3m；④1粉土：中密，层厚1.5～1.8m；⑤粉质粘土：可塑～硬塑，层厚1.7～1.9m；⑤1中砂：中密，层厚1.1～1.6m；⑥粉土：中密，层厚1.4～1.8m；⑦层粉质粘土：可塑～硬塑，层厚2.1～2.6m。

场地地下水为第四系孔隙潜水，勘察期间，从钻孔中测得地下水稳定水位埋深7.1～7.4m，水位标高29.7m。

1.3强夯设计

设计要求地基持力层经强夯处理后地基承载力特征值不小于220kPa，压缩模量不小于12.0MPa，设计强夯的有效加固深度约7m。

强夯点布置方式为正方形，夯点间距为3.3m，排距为3.3m，基础边缘外加一排夯点。主夯夯击能为3000kN•m，遍夯夯击能为1000kN•m。

1.4强夯法的加固原理

借助于动力固结理论，即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于细粒土的触变性，强度得到提高。

2 问题的提出及原因分析

在强夯结束15天后，按有关规定做了平板载荷试验，检测出的地基承载力特征值为120～130kPa，不能满足设计要求。强夯前采用平板载荷试验检测出的地基承载力为160～170 kPa，强夯后地基承载力没提高反而降低了，原因何在？

经过对强夯施工及地质条件分析，我们认为造成地基承载力降低的主要原因有以下方面：

2.1施工因素

强夯施工时基坑开挖过深，地下水位较高：本工程强夯前基坑开挖深度为6m，直接挖到持力层，坑底为④层粉质粘土，水位埋深约1.4m。另外施工时选用的单击夯击能过大（单击夯击能为夯锤重与落距的乘积），不公浪费能源，相应也增加贯用，而且由于④层粉质粘土含水量较大，加上地下水位较高，强夯时破坏了土体，形成现橡皮土，降低了强度。

2.2地层因素

（1）地基土层含水率对强夯效果影响

强夯的实质是通过巨大的夯击能量对土体进行强力夯实，使土体颗粒之间的空隙减小，干密度增加，从而提高土体强度。土体中含水率的大小决定了土体颗粒之间位移的难易程度，当含水率达到最优含水率时，击实效果最好。有关规范规定，当强夯时含水率接近最优含水率（即塑限含水率–（1%～3%）或者0.6×液限含水率）时，强夯效果最好。强夯后在有效加固深度内采取土样进行室内试验，并进行标准贯入试验，测试指标和夯前对比如下表：

层

号 项目

对比 含水率

(%) 天然密度

(g/cm3) 干密度

(g/cm3) 孔隙比

e 饱和度

(%) 液限

(%) 塑限

(%) 压缩模量

(%) 标贯击数

(击)

④ 夯前 22.1 1.98 1.62 0.645 93 31.3 18.5 7.78 6.3

夯后 25.1 1.95 1.56 0.710 96 32.2 19.5 5.93 5.2

④1 夯前 21.5 1.96 16.1 0.640 91 26.4 17.1 8.66 8.5

夯后 24.7 2.01 16.1 0.652 98 30.7 18.2 7.07 7.0

⑤ 夯前 22.3 1.97 1.61 0.656 93 32.9 19.0 7.00 8.0

夯后 23.0 1.99 1.61 0.661 95 36.9 20.5 4.44 9.4

⑤1 夯前 — — — — — — — — 19.1

夯后 — — — — — — — — 20.0

⑥ 夯前 22.5 1.95 1.59 0.663 92 26.5 16.9 10.73 11.8

夯后 23.4 2.02 1.64 0.617 100 26.3 16.7 17.97 14.8

⑦ 夯前 21.3 1.99 1.64 0.627 92 29.8 17.9 6.68 7.6

夯后 26.7 1.95 1.54 0.732 99 32.1 18.7 6.66 9.1

从表中数据可以看出，上部土层初始含水率较大,强夯后土层各指标变差：④层及④1 (基坑底以下约2.8m地基土层)的压缩模量和标贯击数夯后有所降低；下部：⑤层夯后压缩模量降低，标贯击数略有提高；⑤1层标贯击数夯后提高；⑥层、⑦层压缩模量及标贯击数夯后有所提高。

（2）地基土层性质对强夯效果影响

本工程直接强夯④层粉质粘土，该层土渗透性较差，孔隙水压力消散较慢，在冲击能作用下，地面会立即产生沉降，形成夯坑，表面形成一层橡皮土并发生隆起，土体固结后强度明显降低。

3 结语

（1）强夯法加固地基能提高承载力,但盲目施工将会破坏土体,降低强度。

（2）采用强夯法加固地基时，应根据土层性质及有效加固深度确定合适的夯锤和落距。如果基坑已挖至持力层且为饱和粘性土，宜采用强夯置换法进行加固处理。

（3）强夯施工前应选择有代表性的场地进行试夯，并根据试夯结果再进行强夯设计。

参 考 文 献

[1]陈文，曾金艳，张敏.影响强夯加固效果因素的试验研究[J].勘察科学技术,2006,(2).

[2]林宗元主编.岩土工程治理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005，53～64.

[3]中华人民共和国标准.建筑地基处理技术规范[M].北京：中国建筑工业出版社,2002.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。