强夯法在大厚度碎石土地基处理中的应用

郭 鑫

(山西省勘察设计研究院，山西 太原 030013)

强夯法在大厚度碎石土地基处理中的应用

郭 鑫

(山西省勘察设计研究院，山西 太原 030013)

通过阳泉某工程场地地基处理的工程实例，阐述了强夯法加固大厚度碎石土地基的设计方案，对强夯初步设计参数、地基处理步骤、施工要求、试夯质量检测要求等进行了论述，实践检测效果表明：强夯法分层处理大厚度碎石土地基是可行的。

强夯法，大厚度碎石，地基处理，质量检测

0 引言

强夯法是反复将重量很大的锤(一般为10 t～60 t)提吊到一定高度(一般为10 m～40 m),使其自由落下,给地基土以强大的冲击和振动能量,在地基土中产生冲击波和动应力,迫使土体孔隙压缩,从而提高地基的承载力,降低其压缩性，改善地基性能[1]。

强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土、素填土等，一般均能取得较好的效果。本文通过具体事例阐述强夯法在大厚度碎石土地基中的应用，本文结合阳泉某工程近18万m2采用强夯技术进行碎石土地基处理的实际情况,进行了400 m2试夯区的试验研究,从而得出较好的施工工艺,指导了大面积施工。

1 工程概况

阳泉某工程，场地位于阳泉市泉中路以北，李荫路以西，占地面积约18.3万m2，包括16栋高层住宅楼及场地地基处理。2010年前原场地曾进行过露天煤矿开采，回填厚度为20 m～30 m，由于煤层开采没有统筹考虑，将大量煤屑、碎石、弃土堆积在原场地，堆积时间短，造成场地工程地质条件复杂。

1)工程地质概况。

a.地形地貌。拟建场地地形起伏较大，整体为西高东低，拟建场地地貌单元属侵蚀性中低山区。

b.地层概况。经地质调查、勘察揭示，场地地基土自上而下分为2层，现分述如下：

第①层碎石土：杂色，含泥岩块、砂岩块、页岩块、灰岩块、煤矸石块、碎石等，粗颗粒含量大于70%，粉土及碎屑等细颗粒含量小于30%、粗细颗粒分布不均，稍湿、松散、欠固结。回填时未经处理，回填时间约2年，厚度深度为20 m～30 m。

第②层泥岩：灰黑色，较完整，主要矿物为石英、云母等，主要粘结物为粘土矿物，属软岩，具层理结构，岩芯呈短柱状，岩石质量等级为Ⅳ。厚度深度为15 m～20 m。

2)地下水情况。

根据人工挖孔试桩结果，在碎石土与泥岩接触面上存在滞水。

2 强夯方案设计

由于场地地质条件复杂，经经济，技术可行性等多次专题论证，并与分层碾压法、桩基方案、振动压实法等方案比较后，确定拟建场地采用分层强夯法进行场地地基处理。

2.1 强夯初步设计参数

根据场地实际情况、规范要求及专家组的建议,场地强夯试夯区面积为20 m×20 m，夯击能选用主夯单击夯击能5 000 kN·m,采用自动脱钩装置的履带式起重机。

锤重与落距：要求单击夯击能5 000 kN·m，锤重300 kN，落距16.7 m。锤底面积2 m2，应控制夯锤的宽高比，以防止偏锤现象。

夯击点布置与间距：拟建场地采用“点夯两遍，满夯一遍”。拟建场地地段挖掘至填土厚度不大于7 m；楼座地段挖掘至基岩面后再回填7 m土层，点夯夯击能为5 000 kN·m，夯点间距5.5 m，等边三角形布置。

夯击次数与遍数：夯击次数一般取15击，最后两击的夯沉量不大于100 mm。满夯夯击能为2 000 kN·m，满夯击数4击，锤印搭接不小于1/4d。

间歇时间：间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。本工程回填土为碎石土，含水量小于9%，渗透性好，可连续夯击。

2.2 强夯法地基处理步骤

对于距已有建筑物较远地段，将填土挖除至剩余厚度不大于7 m(楼座地段外扩不小于4 m开挖沟槽，挖至基岩底部。将大于300 mm碎石清除再回填。楼座地段基岩起伏不大时，应整平至统一标高；基岩变化较大时，应设置台阶，分阶回填)进行地基处理。强夯夯击能选用5 000 kN·m。待检验合格后，回填7 m土层进行强夯，待检测合格后，再回填7 m土层进行强夯，直至回填至场地设计标高下2 m时，采用振动式压路机分层碾压粘性土(有一定的隔水效果)至场地设计标高。

2.3 施工要求

场地强夯处理经验收合格后，至回填至设计标高下2 m时，采用振动式压路机分层碾压粘性土(有一定的隔水效果)至场地设计标高，加强路基排水。若基岩与填土接触面处有水存在，应将水抽干再进行施工。地基处理过程中、投入使用阶段，场地做好排水措施[3]。

在场地道路、管沟处铺设土工格栅限制土体的侧向位移、防止路面裂纹作用。

碎石土下伏基岩坡度在20°以上时，地基土搭接面开挖成阶梯状搭接,每3 m高设置不小于3 m的卸荷平台，边坡整体坡度不小于1∶1，使得压实填土与斜坡坡面紧密接触，形成整体，防止压实填土向下滑动。

若基岩底部存在较多的裂隙，裂隙较浅时，将其全部挖除；裂隙发育较深时，采用水泥砂浆灌注缝隙。

2.4 试夯质量检测要求

如果整体样本充分性度量值(Measure of Sample Adequacy, MSA)>0.70，Bartlett’s的P值≤0.01时，说明该条目可以用于后续的因子分析。通过正交旋转修改最初的问卷条目的分类结构进行EFA，并将其用于SEM中的测量模型。

强夯施工结束后，间隔1周～2周对地基加固质量进行检验。检验方法采用动力触探、载荷试验、固体体积率法[3]、瑞利波测试四种方法。由于场地面积大，检测点主要分布在楼座及园林、景观地段，据现场实际情况适当加密。检验深度应不小于设计处理深度，且需分层检测。

3 效果检测

强夯影响有效加固深度的原因很多，除了夯锤重和落距外，强夯次数，夯底单位压力，地基土性质，不同土层的厚度和埋藏顺序以及地下水都与加固深度有密切的关系[1]。根据工程需要，2013年9月对场地进行试夯，验证场地选择的夯击次数、强夯的有效加固深度、地基承载力是否合适，确定强夯设计参数。

3.1 试夯地基质量检验

1)碎石土可通过现场载荷试验确定地基承载力，为此，试夯后进行了载荷试验[4]。

从夯后的p—s曲线可以看出，当压力增加到200 kPa时，p—s曲线仍呈直线变化，从沉降速率和下沉量来看地基土的承载力大于180 kPa(见图1，表1)。

表1 载荷试验成果表

2)瑞利波沿地面表层传播，表层的厚度约为一个波长，因此同一个波长的面波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况，不同波长的面波的传播特性反映着不同深度地质情况。通过将记录中不同频率的瑞利波分离开来，从而得到Vr—f曲线或Vr—λ曲线,通过解释，判断强夯有效加固深度。

3)通过重型圆锥动力触探试验及夯前、夯后测试对比确定地基下承载力并判断强夯有效加固深度。

根据重型圆锥动力触探试验结果，夯前试验击数介于2.3击～5.7击之间，平均为4.3击，呈松散～稍密状态；夯后重型圆锥动力触探试验击数介于10.3击～21.5击之间，平均为16.3击，呈中密～密实状态，证明强夯加固的有效深度可以达到7 m。

4)碎石土可采用现场固体体积率法测定，将一定体积的土体取出，然后用灌砂(水)法测出碎石土的体积。通过现场固体体积率法试验确定每层回填土的干密度值。

根据现场固体体积率法实验结果，夯前地基土的干密度介于1.63 g/cm3～1.73 g/cm3，平均为1.7 g/cm3。夯后地基土的干密度介于1.90 g/cm3～2.20 g/cm3，平均为2.0 g/cm3。反映处理深度范围内回填土密实度均能满足要求。

3.2 试夯结果对原设计参数的反馈

1)在场地试夯过程中，因对碎石土进行虚填，随意堆积，回填厚度为7 m，主夯15击后，夯坑深度4.5 m～5.0 m，夯坑过深，导致提锤困难，夯坑周围地面隆起过大。考虑到处理深度达到20 m～30 m，为减小工后沉降，减少地面隆起将原设计方案中每层回填7 m改为回填6.5 m，填土不得虚填。一次性回填厚度为3 m，经碾压密实后再回填3.5 m。

2)根据试夯结果(见图2)，主夯夯击数13击，可满足最后两击的夯沉量不大于100 mm的要求。增加夯击数不但可以提高地基承载力，压缩模量大幅增长，而且可以减少工后沉降，有利于增大加固深度[3]，因此确定主夯夯击数仍采用15击，满夯夯击数为4击。

4 结语

1)目前该工程施工已结束，经检测地基承载力、地基变形均能满足要求，证明强夯法处理大厚度填土地基是可行的。

2)强夯法具有施工简单、经济可行、加固效果明显等优点。强夯施工机具、设备简单，只需起重机和夯锤、挖掘机等设备即可，效率高，施工速度快。

3)对于阳泉某场地大厚度碎石土场地，采用分层强夯法经济可行。由于阳泉地区粉土、粘性土少，采用换填方案需换填土方5 000 m3，造价比强夯法施工增加1倍～2倍。在原场地业主做过桩基施工试验，挖掘1根20 m的人工桩，需要1个月的时间。园林景观区采用桩基方案造价要增加3倍～5倍，且工期大大延长。

综上所述，强夯法在碎石土等地基处理中具有广阔的应用前景，但由于强夯法没有一套成熟的设计计算方法，因土质条件差异，施工方法的不同，加固后出现的下沉量也不同，加固的有效深度也不同，这些都有待进一步实践、研究总结[2]。另外，强夯施工产生的噪声和震动，也给周围环境带来影响，在居民住宅区，应采取一定的防治措施。

[1] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[2] 吴承明，郭正言.强夯置换法在合肥市樊洼路采石坑杂填土地基处理上的应用[J].安徽地质，2007(4)：11-12.

[3] CECS 297：2010，强夯地基处理技术规程[S].

[4] 曾华健.强夯法处理广东科学中心软弱地基的试验研究[J].广州大学学报(自然科学版)，2010(5)：39-40.

Application of dynamic compaction method in big-thickness gravel foundation treatment

Guo Xin

(ShanxiAcademyofSurveyDesign,Taiyuan030013,China)

Based on Yangquan engineering field engineering foundation treatment example, the paper describes design schemes of big-thickness gravel foundation reinforcement with dynamic compaction method, and discusses preliminary design parameters, foundation treatment procedures, construction demands and dynamic quality detection demands and so on. Practice proves that: dynamic compaction method is feasible in processing big-thickness gravel foundation.

dynamic compaction method, big-thickness gravel, foundation treatment, quality detection

2014-12-14

郭 鑫(1984- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)06-0088-03

TU472.31

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