强夯法在实际工程中的应用

李洪印 王炜敏 张川莎

中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司,四川 成都 610041

0 前言

土库曼斯坦某天然气处理厂以固定垄岗沙地地形为主，局部地形为丘状沙地地形。场地位于沙漠腹地，沙丘起伏较大（约15～30 m）。预计平整场地后，回填土深度小于5 m 的区域占厂区面积的35%左右，回填土深度5～7 m 的区域占厂区面积的15%左右，约10%的局部地区回填土深度7～12 m，在456 变电所和空氮站附近，回填土最大深度约15 m。由于场地内大面积填土厚度大，分布不均匀，新近回填土极为松散，其承载力和沉降均不满足设计要求,因此建筑物的地基需要处理。

1 地基处理方案的确定

根据上述情况，对于大面积填土的处理，仅以压路机作表面碾压，影响深度太浅，不能满足工程要求，应对不同深度的填土进行处理。由于整个厂区面积大，回填土所占区域较大，而厂区的基础分散，如果采取桩基处理，存在一些难以解决的问题，主要有：

a） 打桩数量巨大，大量打桩机械在土库曼斯坦难以获取，工期和费用难以控制。

b）若采用振冲碎石桩或水泥搅拌桩复合地基处理方案，因填土松散，尚未完成自重固结，需要的置换率和费用较高，施工所需碎石等原材料在土库曼斯坦当地很难获得。

经过分析比较，采用强夯法［1］进行处理，基础采用浅基础地基，具有较好的适应性和显著的技术经济效益，是本工程最优的地基处理方案。

2 强夯法的加固原理和优越性

2.1 强夯法的加固原理

强夯法在国际上称动力压实法（Dynamic Compaction Method） 或称动力固结法（Dynamic Consolidation Method），这种方法的加固原理是利用夯锤自由落下产生的冲击波，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实，从而提高地基的承载力，降低其压缩性，改善地基性能［2］。强夯法适用于处理碎石、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。

2.2 强夯法的优越性

强夯法地基处理技术是20 世纪60 年代末由法国梅那（Menard）技术公司首先创用的。我国于1978 年开始先后在天津新港、河北廊坊、山西白羊墅、河北秦皇岛等地进行强夯法的试验研究和工程实践，取得了较好的加固效果。20 世纪80 年代中国建筑科学研究院和中国石化北京设计院等采用强夯法处理填海地基建造重要工业建筑获得成功，并在沿海地区推广应用，为我国广大沿海地区进行大规模“填海造地”工程提供了经济有效的地基处理方法和经验，并解决了建设与农业争地的问题。工程实践证明，将质地坚硬、性能稳定和无侵蚀性的工业废渣作为地基回填料，采用强夯法处理，能取得较好的效果，解决长期存在的废渣占地和环境污染问题，为废渣利用开辟了新途径。因此，强夯法在工程中的应用具有重大的经济和社会效益。

强夯法由于具有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、节约材料、工期短和费用低等优点，在世界各地迅速传播。强夯法引入我国30 多年来已被应用于大量工程，工程数量之多，居世界第一。强夯法在某种程度上比其他处理方法应用更广泛，更有效和更经济，已成为我国最常用的地基处理方法之一［3］。

3 强夯法地基处理方案的设计

3.1 目标、区域划分及夯击能的确定

强夯地基的加固深度常用有效加固深度来表示，对强夯法地基处理设计来说，主要是根据工程要求的加固深度和主要技术指标来确定有效加固深度，所以有效加固深度是选择强夯施工采用的夯击能的主要依据，地基强夯处理时的有关参数在JGJ 79-2012《建筑地基处理技术规范》［1］中已有明确规定，但是强夯处理后地基能达到的承载力和变形性能如何确定，尚缺乏成熟的理论和方法，目前主要依靠经验和夯后的检测、静载试验等手段来解决夯后地基的承载力问题，本次设计时参照规范中对砂土的要求，根据土层厚度、松软程度、夯沉量大小不同而作适当调控，部分区域采用分层回填分层强夯方案［4］，分为一次强夯区、二次强夯区和三次强夯区三个处理类型，以取得较为均匀的地基刚度。在设计文件中，对承载力、压缩模量、分层压实等作如下要求： a）强夯处理后地基承载力特征值不低于180 kPa，压缩模量不低于13 MPa，强夯有效加固深度达到中密细砂层顶面。

b）当主装置区和建筑单体地基部分为挖方区，部分为回填土区时，需对整个区域进行强夯［5］。

c）回填土深度小于7 m，一次回填土至设计场地标高。回填土深度小于5 m 的区域采用2 000 kN·m 能级强夯，回填土深度5～6 m 的区域采用4 000 kN·m 能级强夯，回填土深度6～7 m 的区域将标高降低1 m 后采用4 000 kN·m 能级点夯，再回填至设计场地标高遍夯。 d）回填土深度7～12 m 区域，分两次回填两次强夯。一次回填土深度不大于5 m，采用3 000 kN·m 能级强夯，再回填至设计的场地标高后采用3 000 kN·m 能级强夯。 e）回填土深度大于12 m 区域，分三次回填三次强夯。每次回填土深度不大于5 m，强夯能级3 000 kN·m。

表1 强夯地基处理各区域面积及地基检测试验点统计表

f）强夯地基处理前需要进行试夯，并进行静载荷实验和标准贯入度实验，强夯施工参数应根据试夯结果进行调整。

根据以上原则，对厂区内各区域处理面积、检测试验点进行详细设计，具体内容详见表1。

3.2 夯击次数、遍数及夯点的布置

夯点的夯击次数可通过现场试夯得到的夯击次数与夯沉量的关系曲线确定，以夯坑的压缩模量最大、周围隆起量最小为原则，同时满足下列要求：

a) 最后两击的平均夯沉量不大于50 mm。

b) 夯坑周围地面不应发生过大隆起。

c) 不因夯坑过深而发生起锤困难的情况。

d) 按照设计要求，每点夯击6～9 次。

根据场地地基处理的目标及地基土的性质，场地处理区域被分为一次强夯区、二次强夯区和三次强夯区三个处理类型，不同的夯击区域采用不同的夯击遍数，每层的具体夯击遍数见表2，两遍夯击之间，应有一定时间间隔，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。根据勘察报告，砂土的渗透性很好，因此采取连续夯击。

本次强夯的夯点采用正方形或梅花形布置，每遍点夯间距为3.25 m×3.25 m,后一遍主夯点位于前一遍主要夯点围成的正方形或梅花形的中心，夯印搭接为锤印的1/5～1/3。夯击次数、遍数及夯点布置参数见表2。

3.3 试验与检测

根据工程需要，主要进行两方面检测：静载荷试验的检验点数量为131 个；标准贯入度试验。

根据工程需要，在夯前、夯后进行标准贯入度实验，针对不同地基处理区域，按每300 m2不少于1 个实验点，每钻进1 m 作1 次标准贯入度实验，钻探深度不浅于强夯处理深度。标贯实验点为1 477 个。

3.4 强夯法设计过程注意事项

a）必须根据工程实际情况采用强夯法与其他地基处理方法相结合的综合处理方案，有更多选择性和较好经济性。

b）现场试夯是一个重要环节，应加以重视。

c）合理布置夯点，如夯点布置欠妥，不仅会影响夯实效果，甚至会发生工程事故。

d）重视表层土的压实。当进行夯后质量检验时，常发现表层土的密实程度比下层土的差，其原因主要是选用的满夯方法与夯击遍数不当。

4 结论

强夯法作为一种成熟的地基处理方法在本工程得到合理利用，缩短了工期，节约了大量资金，地基处理效果显著，为后续工程提供了宝贵的工程经验。

［1］JGJ: 79-2002, 建筑地基处理技术规范［S］.JGJ: 79-2002, Technical Code for Ground Treatment of Buildings［S］.

［2］王伏鹏，王 军. 简析强夯法加固机理和设计方法［J］. 建筑知识（学术刊），2013, (B07): 40-41. Wang Fupeng, Wang Jun. Analyses the Reinforcement Mechanism and Design Method of the Dynamic Compaction Method［J］. Architectural Knowledge (Academic Publication), 2013, (B07): 40-41.

［3］龚晓南. 地基处理手册（第三版）［M］. 北京：中国建筑工业出版社，2008. 312-364. Gong Xiaonan. Foundation Treatment Manual (3rd Edition) [M]. Beijing: China & Architecture Building Press, 2008. 312-364.

［4］陈华平.强夯法在厚人工填土层加固中的应用［J］. 城市建筑，2013，（B14）：141-142.Chen Huaping. Dynamic Consolidation in the Application of Thick Artificial Filling Soil Reinforcement［J］. Urbanism and Architecture, 2013, (B14): 141-142.

［5］魏 莹.强夯法地基处理在某化工项目中的应用［J］. 工程建设与设计，2013，（B8）：75-77.Wei Ying. The Application of Dynamic Consolidation in a Petrochemical Project［J］. Construction & Design for Project, 2013, (B8): 75-77.