强夯法在高回填土地基加固施工中的应用

谢鸿卫 唐光暹 孙富达

广西建工集团第一建筑工程有限责任公司 南宁 530001

1 工程概况

三江世纪城项目位于广西壮族自治区三江侗族自治县城河东新区中心位置，该工程地貌形态为V形天然冲沟，整个场地地势起伏较大。土层分布大致为5 层，其中第①、②层为杂填土，回填时间为2～5 年；第③层为原状土层；第④层为强风化岩层；第⑤层为轻、中风化岩层。①、②层杂填土的土层厚度为1.80～39.80 m，该土层结构主要由强-全风化砂质泥岩、黏性土组成，为松散-稍密状，属中压缩性土，力学强度较低、密实程度不均匀、遇水易松软，对基础施工过程中基坑坑壁的稳定性有不利影响。

场地内有2 层地下水，第1层地下水为上层滞水，初见水位1.20～25.00 m，主要赋存于填土层中，由地表水及大气降水渗入补给。第2层地下水主要赋存于砂质泥岩裂隙中，属裂隙水，受周边河水影响。局部富水性较大，对深基础施工有一定的影响。经方案对比后，确定采用强夯法对回填土进行处理，要求处理后的地基土承载力标准值不小于150 kPa，变形模量不小于12 MPa。

2 施工方案

2.1 施工机具

根据工程特点、填料种类、设计压实系数、施工条件等选择机械设备[1]。本工程采用176 kN夯锤，夯锤底面为圆形，锤底Φ2.0 m。夯锤中设2 个Φ250 mm左右贯通的排气孔，以减少锤底与土面间因形成真空而产生的强吸附力和夯锤下落时的空气阻力。起重设备采用350 kN的履带式起重机。通过自动脱钩装置来起落夯锤，同时控制每次夯击落距一致。

2.2 夯击方案设计

2.2.1 夯击能量

本工程场区平均填土厚度20 m，参考范维恒教授[2]推荐的经验公式：

式中：H——影响深度；

W——夯击能量，

C——土的特性系数，本工程黏性土取0.5。

考虑强夯振动对周边建筑物的影响，在邻近场地周边建筑物或高边坡5 m范围时采取降低夯击能的方式来进行强夯施工，此时选择提升高度为8 m，则单点夯击能为1 408 kN·m，因该区域回填土厚度较小，单点夯击能满足相应要求。

满夯时选择提升高度为6 m，则单点夯击能为1 056 kN·m。

2.2.2 夯击遍数

根据现场回填土的实质情况，本次夯击初定2 遍点夯、1 遍满夯，每遍10～14 击，按设计图纸顺序号夯击（顺序号中注明插夯点）。当把插夯点在内的夯点夯完后，间歇一段时间，让加固土层中的孔隙水压力消散后，再续夯第2遍，最后满夯第3遍。

2.2.3 布点间距

夯点采用正方形布设，第1遍夯点为5 m×5 m，第2遍夯点位于第1遍夯点正方形的形心，强夯区第1、2遍夯点平面布置如图1所示。满夯的夯锤搭接部分不应小于面积的1/4，具体如图2所示。

图1 强夯区第1、2遍夯点平面布置

图2 强夯区满夯点平面布置

2.2.4 其他因素

方案设计时还需要考虑的其他因素有：

（a）间歇时间：根据土类物理力学性质，设计间歇时间为7～10 d。

（b）点夯最后2 击平均夯沉量不大于5 cm，夯坑周围地面不发生过大的隆起，且不致夯坑过深而提锤困难。

（c）大规模施工前应选取具有代表性试夯区进行试夯，试夯时根据初步设计的参数进行[3]。通过试夯数据确定施工的参数，试夯区的评价内容由每击夯沉量、夯击次数、总夯沉量、最后2 击夯沉量、孔隙比等。

2.3 施工步骤

（a）清理并平整施工场地。

（b）标出第1遍夯点位置，并测量场地高程。

（c）起重机就位，夯锤置于夯点位置。

（d）测量夯前锤顶高程。

（e）将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程。而该过程中，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。

（f）重复步骤（e），按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击。

（g）换夯点，重复步骤（c）～（f），完成第1遍全部夯点的夯击。

（h）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程。

（i）在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成第2遍全部夯点的夯击。

（j）最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，场地整平碾压，并测量夯后场地高程。

3 振动测试

本次通过强夯时的振动测试，采集土体对冲击荷载的响应来判断土体的动力性能，并为回填土地基处理方案的确定提供依据[4]。

本次采用日本的INV602U型动态信号采集系统、S326型抗混滤波放大器、891-II型速度传感器。每个测点布置竖向、水平的891-II速度传感器测得测点处的振动加速度时域信号，再用模态分析专用设备进一步求得地基土的振型、自振频率和阻尼比。现选取2 个典型工况进行测试分析，工况1中的锤重17.6 t，起重高度17 m；工况2中的锤重17.6 t，起重高度8 m。每个测点布置竖向、水平加速度传感器各1 个。测点布置如图3所示，测试结果如表1、表2所示。

表1 工况1各测点振动速度试验结果（单位：mm/s）

表2 工况2各测点振动速度试验结果（单位：mm/s）

图3 测点布置

根据所测数据，用准牛顿法进行非线性回归分析得到回填土振动速度衰减公式。

竖向振动速度为：

水平径向振动速度为：

式（2）、（3）中：v——测点振动速度（mm/s）；

R——测点距夯击点水平距离（m）；

Q——夯击能（kN·m）。

由各工况所测数据及公式（2）、（3）可知，夯击能越大、距离越长衰减越明显；在振动波的传播路径上遇到上升斜坡时，竖向振动速度增大，水平径向速度减小。根据上述衰减关系可知，本次采用的强夯施工方案，其周边建筑物的混凝土基础和回填土所形成的高边坡的安全不会受到影响。

4 加固效果

根据规范规定，完成强夯施工后应对地基承载力进行检测，以作为设计的依据[5-7]。本次采用轻型动力触探确定地基承载力，共对3 处地基进行检测试验，试验结果分别为597 kPa、647 kPa、509 kPa，其平均值为584 kPa，完全满足设计地基承载力150 kPa的要求，表明本次强夯后的地基加固效果良好。

5 结语

通过对本工程采用强夯法处理回填土地基的施工、振动测试及加固后地基效果的测试，得出以下结论：

（a）本次采用强夯法处理回填土地基的施工设备简单，加固后地基效果良好，对于处理本工程地质条件是有效的；

（b）强夯时充分考虑了振动对周围建筑物的影响。在近建筑物处采取较低夯击能进行夯击，能起到对建筑物的保护作用，本次强夯施工未发现周边建筑物和高边坡出现异常情况；

（c）对3 处加固后地基进行承载力检测，检测结果均大于150 kPa，满足设计要求，表明本工程的强夯加固方法效果明显，加固后的回填土可作为后续主体基础的施工。