组合锤法在填谷造地的地基处理中的应用

李大浪，蔡飞，刘献刚，徐升才，左菊林，黄恒平

（1.中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031；2.江西中恒建设集团特种软基公司，江西南昌 330052）

组合锤法在填谷造地的地基处理中的应用

李大浪1，蔡飞1，刘献刚2，徐升才2，左菊林1，黄恒平1

（1.中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031；2.江西中恒建设集团特种软基公司，江西南昌 330052）

为了解决由丘陵山区填谷造地形成的工业建设场地,场地回填面积大、填土厚而且不均匀的难题,在福建紫金铜业建设场地中采用组合锤法地基处理技术,处理后的地基满足建构筑物承载力和沉降控制设计要求,经济效益显著,实现了地基处理和基础设计的完美结合,为填谷造地场地的地基处理提供了一种高效、低碳、节能、环保的方法。

填谷造地;地基处理;组合锤;节能环保；沉降控制

0 引言

随着国家经济的持续高速发展,建设用地紧张问题日益突出,使用丘陵山区“填谷造地”成为解决用地问题的有效方法之一。但目前填谷造地存在着回填时间短、无法分层回填、土质松散、均匀性差、回填的厚度差异大的问题,如果不进行场地处理,无法作为建设场地使用。然而,在国内场地处理技术仍是一大难题[1],且由于岩土工程和结构工程分属两个学科,场地处理和基础设计往往脱节,因此,场地处理后的基础形式选用如何与场地处理相结合，如何采用节能处理方案,加快处理速度并降低处理成本,是今后场地地基处理的关键,也是建筑产业低碳化的发展趋势。目前,国内外强夯关键技术主要集中在填海造地大能级的强夯技术研究和滩涂饱和复合地基的强夯技术研究上[2-3],而对山区根据土方平衡产生的高填方地基采用强夯技术的研究较少。本文拟以某典型的“填谷造地”建设场地为例,对在该场地上采取的组合锤法地基处理技术进行论述,以供类似工程参考。

1 组合锤法地基处理技术

1.1 组合锤法地基处理技术的概念

组合锤法地基处理技术是采用柱锤、中锤与扁锤分别对地基土深层、中层和表层进行不断夯击，破坏原来土体中固相颗粒的组合结构，进行结构重组，迫使土体中固相颗粒紧密排列，挤出气相体，形成排水通道，同时迫使液相水压力产生由稳定—产生孔隙水压力—再稳定的变化过程，从而达到对地基土进行加固的最终目的。通过反复夯击，这些被加固的増强体和周围的土体的抗压及抗剪强度能得到迅速提高，才能共同承担基础传递的荷载，形成组合锤法复合地基[4]。

1.2 技术的由来和特点

组合锤法地基处理技术可以理解为以强夯法[5]为主体，综合了强夯、强夯置换、柔性桩等地基处理技术的优点的一种新型地基处理技术。

强夯技术涉及建筑工程、电力、冶金、港口等建设行业，几乎地基处理有关的工程实例的论著都能见到强夯工程案例的描述。但如何有效应用仍然是个难题。这是由于，一般规范和工程应用手册只注重强夯能级和夯击次数。这也是目前工程预算定价的指标。强夯能级划分为：1)低能级，＜4 000 kNm；2)中等能级，4 000~6 000 kNm；3)高能级，6 000~8 000 kNm；4)超高能级，＞8 000 kNm。通常设计上只能用调节夯锤的提升高度来调节夯击能，以最大夯能确定最大加固深度。相关规范中都采用的都是L. Menard公式，即通过加固深度与夯击能的平方根成正比进行估算。这也意味着处理深度越大，能级需要越高，同时施工设备增大，工程造价也随之迅速提高。且在实际实施过程中，由于相应的施工设备较少，甚至需要与之配套的高性能专用强夯机，导致工程受设备因素的影响满足不了进度的要求。

组合锤法则是运用改变夯能在土体中的传播方式，以改变夯锤形状（底面积）在相同的夯击能下获得不同的锤底净压力值，实现相同能级处理不同深度的效果。运用柱锤处理深部、中锤处理中部、扁锤处理表层的创新思路，以3 000 kNm以下低能级的强夯设备，达到6 000 kNm以上高能级的强夯设备的效果，实现了高效、低碳、经济的处理成效。

1.3 技术优势

填谷造地一般需要处理的场地面积大，处理深度变化大，组合锤法能使用低能级的强夯设备，同时保证厚度不同的地基处理效果，经济性优势显著。低能级的强夯设备市场上保有量大，易于短时间内调集到现场同时施工，保证施工进度，加强施工速度，同样可为建设方带来可观的财务效益。

2 工程应用实例

2.1 工程概况

紫金铜业200 kt/a铜冶炼项目位于福建龙岩上杭县蛟洋乡坪埔工业开发区，2010年开始动工新建。建设场地是将丘陵地区的山头推平，填充山谷，形成平地，属典型的“填谷造地”(图1）。填土厚度范围是0~21 m,均为新近填土,松散状、土质较均匀,含砂粘土。

图1 场地回填中

2.2 地基处理方案的讨论

业主根据福建当地的习惯做法，拟采用碎石桩处理填方区的厂房地基、构筑物地基及道路地基，还不包括含有大量管道的中间地带，地基处理投资估算超过亿元人民币。对业主提供的方案进行评估后认为，由于该场地填土过于松散、填土底面是斜面，且填土厚度变化太大，作为散体材料组成的碎石桩，无法抵抗土体固结沉降时的向下侧滑，无法实现整个场地填土区域地基处理。另一方面，场地仍然存在大量松散土体，相当于碎石桩无侧限，给今后的使用留下巨大的隐患。而若仅是采取强夯法，面对深达21 m的回填土，业主评估认为既不可行，也不经济。经多次与业主及其顾问的沟通，业主同意用组合锤法进行试验性施工。经过试验及检测，试夯区各项指标达到设计要求，最终确定按组合锤法进行全面地基处理。

2.3 组合锤法的应用

1)方案的确定。经过反复讨论和试验评估,场地处理结合场地上的建构筑物的重要性和对地基沉降的敏感性，制定了采用组合锤法地基处理技术和钻孔灌注桩相结合的基础设计方案。其优点在于组合锤法地基处理技术有效影响深度控制在15 m以内,地基承载力达到150 kPa,可满足大部分建构筑的承载力和沉降要求,单点夯击能,即柱锤动当量可控制在1 400 kJ/m2,大部分设备可以使用,效率大大提高,施工费用较低,而且有大量类似工程实例作为参考，确保工程质量。对于部分荷载大而且对沉降敏感的建构筑物采用钻孔灌注桩基础,桩端穿过原始斜面地表,进入岩层,做到安全可靠,无后期沉降。

2)实施过程[4]。本工程采用组合锤法地基处理技术的组合锤法复合地基超深挤密法施工，主要施工工序如下：(1)第一工序采用柱锤深层挤密,第1次施打夯坑深度宜控制在5.0 m以内,第2次施打夯坑深度宜控制在3.0 m以内。柱锤点夯1～2次,柱锤施工见图2、图3。(2)第二工序采用中锤进行中层挤密,夯坑深度宜控制在1.5 m以内。采用中锤夯击1～2次,中锤施工见图4。(3)第三工序采用扁锤进行浅层挤密夯实,夯坑深度宜控制在0.5 m内;采用扁锤低能量满夯2次。每次的夯击数及停夯标准均应按试夯区核定的各项施工参数要求确定。(4)最后进行全场地满夯,第1次采用较大夯击能连续二击,第2次夯印搭接应在1/3锤径以上。

图2 第一工序的柱锤起吊

图3 第一工序的柱锤夯坑

图4 第二工序的中锤施工

组合锤法复合地基的停锤标准应同时满足下列条件：(1)夯坑周围地面不应有过大的隆起，不因夯坑过深而造成提锤因难;(2)应根据土质情况及承载力要求适当调整停锤条件，当柱锤最后两夯的平均夯沉量为200(±40)mm、中锤为100(±20)mm时可停锤; (3)累计夯沉量应为墩体置换深度的1.5～2.0倍。

3)复合地基竣工验收检验。(1)承载力和变形模量检测应采用现场静载荷试验。承载力检验应采用单墩载荷试验检验。对饱和粉土地基,可用单墩复合地基载荷试验代替单墩荷载试验。(2)夯实墩底情况和密度随深度的变化情况,即不同区段被处理土层每延米的击数可采用动力触探等有效方法查明。验收检验现场见图5,验收检验结果见图6。

图5 验收检验现场

图6 验收检验结果

3 结语

紫金铜业项目是典型的南方丘陵地带填谷造地的地基处理案例,总处理面积达4.2×106m2。检测结果承载力均超过设计要求150 kPa,处理完成后重新勘察,标贯击数大幅提高,上层0.5~5 m达到10~20击，15 m以下3~5击,符合地基附加应力衰减的规律,场地沉降得到有效控制。工程2011年6月投产,使用状况良好,达到了预期效果,得到了业主的好评。组合锤法地基处理技术的成功应用,使地基处理费用比原方案估算节省70%,经济效益显著,避免了大量石材的采购和运输,对周边环境保护取得了很好的效果,社会效益显著。随着组合锤法规范的颁布实施,该项技术更加具有广阔的使用空间。

[1]潘东岳,李小毛,李大浪.柱锤强夯置换在块石填土地基处理中的应用[J].有色冶金设计与研究,2012(3):33-35.

[2]王铁宏.新编全国重大工程项目地基处理工程实录[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[3]刘国军.强夯法在填海造地工程中的试验研究[J].土工基础，2008 (3):8-10,18.

[4]JGJ/T 290-2012,组合锤法地基处理技术规程[S].

[5]住房与城乡建设部工程质量安全监管司,中国建筑标准设计研究院.2009全国民用建筑工程设计技术措施结构(地基与基础) [M].北京:中国计划出版社,2010.

Application of Combined Hammering M ethod in the G round Foundation Treatment for Valley Filling and Land Reclamation

LI Da-lang1,CAI Fei1,LIU Xian-gang2,XU Sheng-cai2,ZUO Ju-lin1,HUANG Heng-ping1
(1.China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China;2.Special Ruanji Company of Jiangxi Zhongheng Construction Group,Nanchang,Jiangxi 330052,China)

In order to solve the difficulty that the backfilling area of site is large and the filling is thick and non-uniform in the industrial construction site formed by valley filling and land reclamation in the hilly and mountainous area,the foundation treatment technology with combined hammering method is adopted in the construction site of Purple Cooper Industry in Fujian,the foundation after being treated meets the requirements of bearing force for buildings(structures)and settlement control design,with remarkable economic benefit,so as to realize the perfect combination between foundation treatment and foundation design as well as provide a high-efficient,energy-saving and environment-friendly method for foundation treatment of valley filling and land reclamation site.

valley filling and land reclaiming;ground foundation treatment;combined hammer;energy saving and environmental protection;settling control

TU472

B

1004-4345(2014)02-0037-03

2014-01-04

李大浪(1967—),男，教授级高级工程师，主要从事结构工程设计与研究工作。