城市建成区大面积深回填土地基处理问题探究

刘民生

郑州电缆有限公司（450016）

1 课题由来

1.1 工程概况

某一拟建工程为长330m,宽102m的厂房，建筑面积为33660m2，厂房跨度为3×24m+32m的轻钢门市钢架结构的工业厂房，根据工程情况和实际要求，经过计算提出地基的相关要求为：地基承载力特征值fspk不小于200kPa，压缩模量Esp不小于12.0MPa。

1.2 场地情况

而拟建场地地貌单元属黄河冲积平原。由于人为采砂，形成6～8m深浅不一的深坑。某公司拥有该地块后，对采沙坑进行了人工回填，回填时间约4～5年，目前拟建工程场地地形平坦。勘察单位按规范对现场通过钻探记录、静力触探、标贯试验结合室内土工试验资料，将勘探深度范围内（埋深约50m）的土层按地质的成因类型、岩性及工程地质特性分为填土、细砂、粉土、粉砂、粉质黏土等10个地质单元层，每层厚度0.8m～16.8m不等，总钻探深度约50m。

1.3 勘察结论

拟建工业厂房基础采用柱下独立基础，共255个，混凝土强度等级为C30，基础埋深为2.0～3.7m之间，正好坐落在杂填土上。由于该层回填土土层较厚（1.20～8.90m），均匀性较差，建筑垃圾分布普遍，但不均匀，偶见生活垃圾，工程特性不稳定、较差。结论为:该层土不作处理，不能直接进行建设。

2 方案选择及试验

2.1 方案推荐

设计院和勘察单位根据勘察情况和该区域同类地基条件处理经验，认为采用强夯法和孔内深层强夯法（简称DDC法）是比较适合的处理方法。但拟建区属于城市建成区,东西南三面均已有建筑物，且与拟建场地最近距离不足30m，由于强夯振动大，噪音大，对建筑物的损坏和周围人员的生活和办公影响大，不宜使用。故推荐使用DDC法。

2.2 方案比选

为了选择更好、更适合的地基处理方案，建设单位进行了方案选择招标，分别与采用多种地基处理形式的多家地基处理单位进行了联系，对相关方案、价格和工期进行了比较。对各种方法比较后发现,采用土桩和复合载体桩的地基处理方案造价高、工期长，明显不符合建设单位要求；强夯方案造价最低，工期最短，无疑是最佳方案选择，但由于该地块处于城市建成区,又是第一个不能选择的方案。设计院和勘察单位推荐的DDC处理方法,能满足建设要求，其报价和工期比灰土桩、复合载体桩要优越，似乎是一种合理的方案。但建设单位认为其造价仍较高，工期也较长，应再进行相关调查和研究。

经进一步调查和技术分析后发现，除了强夯外还有一种比DDC造价低的多，工期也相对较短的方案，就是小直径强夯。所谓小直径强夯，就是在总夯击能相等的情况下，其夯锤直径比普通强夯要小得多，而比DDC的夯锤要大一些，普通强夯夯锤锤底直径为2.5m以上，小强夯夯锤锤底直径为1.3～1.5m左右，DDC夯锤为锥形。

2.3 小直径强夯特点

由于小直径强夯的夯锤直径较小，故其与处理地基土的接触面也较小（为普通强夯的30%左右），故振动和噪声也会较小；同时，由于小直径强夯的夯锤直径较小，在夯击能相等的情况下，与普通强夯相比，进入地基处理土的深度较深（以夯击能3000KN·m为例,在砂土中普通夯锤进入处理土的深度为1m左右，而小直径夯锤可达3m以上。）影响深度也较深，故可适当减小夯击能，减小振动和噪声。

那么这种方案的振动和噪声是否满足要求呢?为此，建设单位安排专业人员到采用该方案当地正在施工的现场进行考察，发现由于夯锤与处理地基的接触面较小，其振动和噪声确实比普通强夯要小得多，施工单位提供的当地有关部门出具的振动和噪声检测报告的数据及检测结论对此也给予了证明，故认为该方案在拟建场地可以实行。

2.4 方案试验

根据这一情况，施工单位和设计、监理一同拟定了试验方案:试验区选择的点为杂填土最深最不利（如杂填土中桩头较多的地点）的地方（根据详勘报告确定）。初步拟定试验区面积163.44m2，地面平均标高95.43m。主夯能级为3000kN·m，布点形式为3.5m正三角形，隔行分两遍夯完，单点击数15击，停锤标准为最后二击夯沉量小于5cm。停锤后，进行夯坑填料，继续夯击3～5击，停锤标准为最后二击夯沉量小于5cm。满夯能级为500kN·m，每点5击，夯印搭接1/4。与普通强夯相比，由于夯锤直径较小，其布点更密，夯坑深度更深。

2.5 试验方案检测

检测方法:地基承载力采用以浅层平板载荷试验为主，静力触探、标准灌入试验为辅的试验方法；地基土的压缩模量采用静力触探试验方法；填土强夯后的密实状态，采用静力触探、标准灌入的试验方法。

通过试验，承载力fspk=270kPa，大于设计要求的200kPa；压缩模量Esp不小于19.0MPa，大于设计要求的12.0MPa;密实状况为中密—密实状态,符合要求。所以，综合来看，采用小直径强夯法处理后的复合地基的相关参数均满足设计要求。同时，通过不同距离建筑物的观察和测试，并调查走访周边群众，确认该方案对已建成建筑物和周边居民的影响较小。鉴于各方面情况，决定可以在拟建区全面铺开实施。

3 方案优化与实施

根据试夯和试验检测情况，对全面铺开的施工方案又进行了优化。

3.1 强夯方案

强夯遍数为3遍。第一遍为点夯，正三角形布置，夯点间距3.5m，单点夯击数15击，停锤后采用素土进行夯坑填料，继续夯击3～5击，按停锤标准控制。在最后两击的平均夯沉量不大于50mm时停锤；第二遍同样为点夯，正三角形布置，夯点间距3.5m，单点夯击数15击，停锤后采用素土进行夯坑填料，继续夯击3～5击，按停锤标准控制。进行夯坑填料至坑顶，原点继续夯击至最后两击的平均夯沉量不大于50mm时停锤;第三遍为500kN·m满夯,夯印搭接四分之一，每点3～5击，推平夯坑进行满夯。

3.2 施工程序

测放夯点位置→强夯机组就位→打第一遍点夯（奇数排）→夯坑填料→继续夯击至停夯标准→推平夯坑测量第一遍夯沉量→第二遍点夯的夯点放线→第二遍点夯施工（偶数排）→夯坑填料→继续夯击至停夯标准→推平夯坑测量第二遍点夯场地下沉量→测放满夯基准线→满夯施工→推土机平整场地、测量场地下沉量。

4 施工工序要点

1）点夯第一遍夯击，夯坑深度达到3～4m,最后两击的平均夯沉量必须不大于50mm时方可停锤、填料。

2）填夯停锤标准:进行夯坑填料至坑顶，原点继续夯击至最后两击的平均夯沉量不大于50mm时方可停锤。

3）在填料准备过程中，进行填料含水量控制，以接近填料最优含水量为宜。同时填料中不得有生活垃圾，可有少量建筑垃圾。

4）现场的控制桩要树立明显标志,加以保护,并定期进行复核检查。

5）测放的夯点位置,应用明显的标志标出夯位中心点,并用白灰粉撒出夯位轮廓线。必须严格按照夯点位置进行夯击，保证搭接符合要求。

6）落距确定后,锁定控制落距钢丝绳，保证夯击能量不小于3000kN·m。

7）如施工中发现锤偏离坑中心,应立即调整对中,夯击后如发现坑底歪斜较大,需及时用填料将坑底垫平后,方可继续夯击。

8）认真做好施工记录,并掌握好停锤标准。

5 质量保障措施

1）在建筑物和居民较近的东面、南面和西面开挖防震沟，沟深4.5m，底部宽3m；

2）四台夯机分散布置，分东北区域、东南区域、西北区域、西南区域分散进行作业，保证一定的距离，以减少频率和能量叠加，减少对周围建筑物和人员的影响；

3）具体作业时间为，早上7:00～12:00，下午14:00～19:00,中午和夜间及节假日不允许施工，尽量减少对周围居民的影响；

4）随时与周边居民和相关单位保持联系，及时听取他们的意见；

5）对不同距离的建筑物进行观察和测试，发现问题及时处理。

6 实施效果

6.1 检测结果

强夯工作完成后，建设单位委托了当地具有甲级地质检测资质的检测单位，根据相关规范和设计要求，对采用小强夯方案处理的地基情况进行了检测。检测项目共三个，包括强夯后地基承载力、强夯后地基土的压缩模量和强夯后地基土的密实状态。

地基承载力采用浅层平板载荷试验为主，静力触探、标准灌入试验为辅的试验方法，实测值砂土平均值:fak=359kPa；粉土:fak=272kPa；地基土的压缩模量采用静力触探试验方法，实测值根据静力触探试验结果，参考《工程地质手册》第四版，经计算Es=19.5MPa;填土强夯后的密实状态采用静力触探、标准灌入试验方法，实测值标准贯入试验击数平均为25.4，参考《工程地质手册》第四版，判定强夯地基土为中密—密实状态。

6.2 检测结论

1）根据对钢结构厂房区检测成果分析认为，采用小直径强夯地基处理法效果明显，处理后填土已达到中密—密实状态；

2）钢结构厂房区经强夯处理后，地基土承载力特征值不小于200kPa，压缩模量不小于12.0MPa,均满足设计要求。

7 结语

施工单位共投入四套强夯设备,历时42d,完成了近4万m2（每边多放出2m宽强夯范围）的强夯工程，由于措施得力，对周边建筑物未造成可观察到的明显影响，周围居民和相关单位也未进行干扰和上访，工程顺利圆满完成。

随着城市建设的加速，老城区改造、新城区扩展中都会遇到地基处理方面的难题，如何选择一种造价低、工期短、安全可靠的处理方式，需要我们认真研讨、试验和慎重选择。该案例中通过多方调研，进行了认真的试验研究，选择了一种适合城市建成区大面积深坑回填的地基处理方法，费用仅为原预计处理方案费用的46%，节省了400多万元，工期也缩短了四分之一，且处理结果完全达到了设计要求，取得了多方认可的良好效果。

在城市建成区由于地基处理方式受限，若对大面积深坑回填的地基进行处理，笔者认为通过采取合适的保障措施，运用小直径强夯的方法，是一个最优选择。

[1]JGJ79建筑地基处理技术规范[S].

[2]GB50202建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[3]GB50007建筑地基处理设计规范[S].