浅谈抛石换填强夯技术在填海地基处理中的应用

侯旭峰 杨庆金

摘要：随着我国建筑施工技术的不断发展，强夯法的应用在深度和广度上都在迅速发展中。采用抛石换填强夯的综合处理新技术，彻底改变地基土性质，提高了软弱地基承载力，减小了建筑物后期沉降，实现了软弱地基处理的安全性。本文简单介绍了抛石换填强夯技术的工艺原理及主要特点。

关键词：抛石换填强夯技术填海地基处理

Abstract: along with the construction the development of technology, the application of the dynamic compaction method in depth and breadth during the rapid development. The change of the dynamic compaction ripped-rock fill synthesis processing new technologies, and thoroughly change the nature of the foundation soil, improve the bearing capacity of the weak, reducing later settlement building, realized the safety of soft ground treatment. This article simply introduces the ripped-rock change the dynamic compaction technology fill technology principle and main characteristics.

Key words: the ripped-rock change the dynamic compaction technology fill reclamation foundation treatment

中图分类号：TU47文献标识码：A文章编号：

0 前言

近几年随着沿海城市的发展，建设用地日益紧缺，国家不断通过大规模的填海造地，以满足经济建设的需要。但因此形成的地基常夹杂有杂填土及淤泥，极不均匀，而且比较疏松，不能满足住宅工程建设需要，因此需要对填海地基进行处理。传统的抛石挤淤技术通过抛填块片石并结合机械碾压将淤泥挤走，以达到加固地基的目的，一般用于处理淤泥深度1～2m的地基。由于抛石挤淤处理深度有限，为处理厚层淤泥，往往再辅以强夯；但对于厚层淤泥和淤泥质土地基，仅在表层填块片石后采用强夯，后期建筑物沉降较大，失败的案例还是较多的。本工程吸取类似工程经验教训，采用抛石换填强夯技术处理填海地基，经施工及后期沉降观测证明取得良好效果。

1 工程概况及地质构造

龙口东海明珠工程场地地貌为滨海平原，现有场地系围海筑堤人工回填而成。表层为素填土，结构松散，强度较低厚约1米；素填土下部为人工回填粉煤灰，该层未经压实，结构松散遇水自陷，厚度约为1～3米；下部为中细砂，厚度大，结构密实，承载力标准特征值达到200kpa，为设计持力层。场地内拟建四栋十一层小高层住宅，上部荷载较大，一般地基土难以满足上部荷载要求。且场地距挡浪墙外墙面最近距离仅15米，海水面在基础底面上约1m左右，地层透水性特别强。若基坑全面开挖降水困难，坑底极易出现管涌现象，造成基础底板无法正常施工。

2 抛石换填强夯技术简介及工艺原理

2.1技术简介

抛石换填强夯技术是指带水开挖，挖出软弱土后换填块石，尽可能的把软弱土全部置换成块石而彻底改变地基土的性质，然后辅以重锤强夯，进一步提高地基土强度和均匀性，降低压缩性，减少后期沉降，改善其抵抗振动液化的能力。

2.2工艺原理

强夯法是将重锤以一定的落距自由落下给地基以冲击和振动，使地基出现强大的应力波，引起土体内密度、应力、孔隙水压力等的变化，使土体排水固结、能变恢复，最终达到提高土层的均匀性和强度、减少差异沉降的地基加固效果。而抛石换填强夯则是指采用此种方法对填入大块抛石的地基进行地基处理的方法，它通过强夯夯击排开残余软土，从而在地基中形成块石墩，再在块石墩顶铺设砂石垫层形成复合地基，达到加固地基的目的。其加固原理就是利用重锤巨大的夯击能量将满铺于基坑的块石以点夯的方式夯入土中，在夯坑中多次填入块石，重复夯击和填石，直到块石穿过残余粉煤灰层抵达下部持力层，形成密实的块石墩，再在块石墩顶部设置一层30cm～50cm砂石垫层，使上部结构荷载更均匀地通过块石墩传递到持力层上，从而由砂石垫层、块石墩和下部持力层组成一个空间框架传力体系以承受上部荷载。

3 强夯参数设计

3．1有效加固深度

应根据现场试夯或经验确定，在缺少试验资料或经验时可采用梅那公式修正估算：

式中  M——夯锤重量（KN）；

h——落距（锤底至起夯面距离）（m）；

K——折减系数，与土质、能级、锤型、锤底面积、工艺选择等多种因素有关，一般粘性土取0.5；砂性土取0.7。

3.2夯击能：由夯锤质量及落距决定，关系式为：E= M×h。

3.3夯点的夯击次数：应通过现场试夯确定，且应满足对渗透性强的土质最后两击的平均夯沉量不大于50mm的规范要求。

3.4夯击间隔时间

两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定：对于渗透性较差的粘性土地基，间隔时间不应少于3～4周，对于渗透性好的地基可连续夯击。

3.5 夯击点位置：可根据基底平面形状，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可适当减小。对处理深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。

3.6 强夯处理范围：应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。

3.7 强夯地基承载力特征值：应通过现场载荷试验确定，也可根据夯后原位测试和土工试验指标按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007有关规定确定。

根据以上夯击设计参数计算，取夯锤重量M=200KN，夯锤直径2.3m，落距h=10m，折减系数K按0.6计算；则有效加固深度H=8.5m，夯击能E=2000KN·m，夯点间距=5m，按等边三角形布置进行试夯。待试夯结束一至数周后，对试夯场地进行检测，并与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，最终确定工程采用的各项强夯参数。

4 施工操作要点

4.1放坡开挖拟建物下软弱地基土，开挖顶边线为拟建建筑物边线外延5米。开挖深度为挖除回填土及原海底表层松散砂层，开挖深度平均在地表下3米左右。由于基坑下部为带水开挖，势必余留部分粉煤灰和扰动砂；挖土时应尽可能减少残留土，避免扰动坑底原状砂层，使坑底持力层頂标高尽可能保持在绝对高程-1.00米左右。

4.2基坑开挖的同时，周边挖出车辆通行坡道。在基坑挖出一定面积和空间后，即时进行抛石换填；抛填材料要选用强度较高的劈山碎石，并有一定的粒径级配，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%；抛填宽度为满基坑抛填，抛填高度为基础底板底面绝对高程；抛石可从基坑四周向基坑内同时进行，一次性至整个基坑全部完成。

4.3整个基坑抛石完成后将基坑抛石顶面整平，然后进行2000KN·m的强夯挤扩，将原挖土时的残留土和扰动土置换并挤密。强夯参数的选择：夯锤重量≥200KN，锤径2.30米，起吊高度≥10m，终夯最后两击平均夯沉量≤50mm，夯点布置为中心距5m×5m，中间插一点，点夯同步一次完成；然后进行普夯，普夯采用800KN·m夯击能，咬合1/3锤印，每点两击。

4.4基坑抛石强夯完成后，在抛填碎石层的顶面做50cm左右的级配砂石垫层，石子用1～3cm石子，砂子使用粗砾砂，分两层铺填。砂石垫层用≥3KW的平板振动器带水振动3次以上，密实度≥90%。砂石垫层的顶面标高为基础底板素砼底标高。砂石垫层施工完成后，必须进行载荷试验，每栋楼不少于3个点，加固后地基承载力标准特征值须≥180KPa。

5 结束语

抛石换填强夯技术将含水量高、抗剪强度低、具有触变性的软弱土层挖除，置换为抗剪强度高、透水性好的块石、碎石等材料，辅以强夯形成密实度高、压缩性低、应力扩散性能良好、承载能力较高的垫层，加快了工程进度，节约了施工成本，其进一步的理论研究和工程应用必然使强夯地基处理技术更好的服务于我国的工程建设事业。

[参考文献]

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[2] 蒋新明.滨海地区大面积软土地基处理及监测技术研究[D].中南大学，2007年.

[3] 王艳芳,俞缙,周治刚等.深厚软基抛石挤淤技术应用研究.《中国公路学报》，2011（06）.

作者简介：侯旭峰（1978.10-），汉族，毕业于华东交通大学工民建专业，工程师，现任职于山东金河房地产开发有限公司，从事施工管理工作。

杨庆金（1977.12-），汉族，毕业于青岛理工大学工程管理专业，工程师，现任职于山东金河房地产有限公司，从事安装施工管理工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。