强夯法在大面积地基处理中的应用研究

2019-01-19温潇

山西建筑 2019年3期

温潇

(太原市建设工程质量监督站，山西太原 030009)

0 引言

随着我国的城镇化发展迅速，使得建筑工程逐渐增多，人们的居住场所、办公区域和休闲娱乐场所都离不开建设企业的施工、建设[1,2]。地基加固是建筑物能够安全稳定的前提保障。在建筑施工中使用强夯法能够将施工场地的地基固结，地基主要承载建筑物的重量，地基的质量影响着建筑物整体的质量和安全性，在大面积地基处理中使用强夯法能够加固土层，提高地基的承载能力，具有很大的应用价值。

1 强夯法的概述

1.1 强夯法的定义

强夯法又称能够动力固结法，主要利用起吊设备将重锤提升到一定高度然后使其自由下落，利用重锤的重力和向下的冲击力来夯实土层(如图1所示)。强夯法是一种新的地基处理方法，这种方法能够有效提高大面积地基的承载能力。强夯法常用于砂土性、非饱和粘性土、杂填土的地基处理中，不同的地质条件使用的夯实方法不同，在实际施工中一般是根据工程的实际要求和施工场地情况确定夯实的次数和夯实深度[1]。经过研究表明，在100 t·m～200 t·m的夯实能量下，能够获得3 m～6 m的有效夯实深度。

1.2 夯击机理

强夯法是利用夯击能对大面积地基产生冲力，并在土层中产生冲击波。利用冲击力的作用对上部土体进行冲切，破坏土体结构形成夯坑，完成对周围土体的动力挤压，从而产生加固的效果。强夯法加固地基的方法主要有三种：动力密实、动力置换、动力固结，在选择加固地基的方法时主要依据是地基土的类别和强夯施工工艺。使用动力密实机理能够对多孔隙、非饱和土和粗颗粒的土体进行加固，减少土层中的孔隙，将土体变得密实，能够提高地基的强度。整式置换的方式利用强夯法将碎石整体融入淤泥中，进行挤压，从而提高土体的密实度[2]。

1.3 强夯法的主要特点与适用范围

强夯法具有节省施工材料、降低工程造价、提高能源利用等优点，故在建筑施工中不仅能增大施工企业的经济效益，而且能减少施工人员的工作量和劳动强度，保证现场施工文明。强夯法操作简单、使用土质范围广，加固效果明显，能够帮助地基承受较大载荷，能够使地基强度提高2倍～5倍。在强夯条件相同的建筑地基时，细小粒土的夯击能一般要大于粗大粒土，通常情况下细小粒土夯击能范围为1 500 kN·m/m～4 000 kN·m/m，而粗大粒土夯击能范围为1 000 kN·m/m～3 000 kN·m/m。强夯法的应用范围是对砂土、碎石土、粉土、粘性土、杂填土和湿陷性黄土等地基进行处理，但是，强夯法不能用于工程周围的建筑物和对设备振动有一定影响的地基加固，如果一定要使用强夯法需要在此过程中采取防振措施。

2 强夯参数

2.1 有效加固深度

有效加固深度是地基经过加固之后，提高了强度与压缩模量增大的土层范围。在对强夯法进行研究和实验的过程中有很多学者提出了估算的方法，对强夯法在地基处理中的有效加固深度进行估算。但是，不同的地质条件和强夯方法产生的加固效果不同，所以估算出来的有效加固深度并不准确，仍需要加大技术研究，掌握有效加固的实际深度。

2.2 夯击次数

在现场施工中，施工人员应该在保证加固效果的前提下减少夯击次数，对于渗透性强、含水量低的土层可以使用1遍～3遍夯击次数；含水量大、渗透系数小的土层使用3遍或者4遍夯击系数。最后需要使用低能量满夯一遍，将松动的土层夯实、加固[3]。

2.3 夯击范围

根据基础应烽扩散原理，夯击范围应该大于基础范围，具体的夯击范围需要建筑物的类型和现场施工中的综合因素进行确定，需要超出基础外缘的宽度应该是设计处理深度的1/2～1/3，不能小于3 m。对液化势态地层进行夯击时，夯击范围超出基础外的宽度不宜小于处理深度。

2.4 夯点布置和夯点间距

在大面积地基处理中，为了保证夯击时的地基受力均匀，夯击点可以按照正方形和等边三角形布置夯点，根据地基土层的实际情况和要求处理的深度合理布置夯击点的距离。夯点布置和夯点间距都是为了提升夯击的效果，保证夯击力能够有效扩散到土层中，提高地基加固效果[4]。

3 工程实例

3.1 工程简介

在某建筑企业的工程项目中，需要建设两栋办公楼、3家招待所和N栋技术楼，建筑物使用多层混凝土框架结构，岩石构成是-2.5 m以上使用粉土、粉质粘土、粉砂及圆砾层组成；-2.5 m以下主要是圆砾层。经过验证，建筑物的地基承载力没有达到相关设计要求，需要进行加固处理。该企业对建筑施工的工期、施工面积和投入成本进行考虑之后，决定使用强夯法对大面积地基进行处理。

3.2 地基处理措施

为保障地基稳定性，提高填土和施工效率，降低施工成本，该项目地基采用强夯法进行加固处理。地基夯击遍数共设为4遍，其中第1,2遍夯击能均为3 000 kN·m/m，第3遍夯击能为2 000 kN·m/m，第4遍采用夯击能为1 000 kN·m/m的低能量进行满夯。夯击点依据5×5的正方形来布置。

3.3 选择合适的强夯回填料

选用粉土、残积土、全风化砂性土等作为该项目地基的强夯回填料。回填料内的石块应小于25 cm，且石料体积比需控制在总体的15%以内，待强夯夯沉完成后，普夯面至基层面之间的回填料应选用全风化的砂性土。地基回填过程中需控制好回填料的含水量，完成回填后需将填料进行碾压密实处理[5]。

3.4 强夯设计及要求

按照现场施工的要求，在大面积地基处理中可以使用两边点夯，第1遍点夯是柱下点夯，各个夯点之间的间距应在6 m左右；第2遍点夯的间距在4.5 m左右。夯点间的布置是正方形，保证夯击能是2 000 kN·m。两边夯击完成之后对整个地基进行两遍低能满夯，夯击能为1 000 kN·m。在地基夯击结束之后，加速场地上的固结，提高土层的地基强度，减少地基的不均匀性。夯击次数由试夯效果决定，根据挖方进行调整，观测记录每次夯击的下沉量。当夯击下沉量小于5 cm、夯坑太深起锤困难和夯坑周围出现大的隆起时需要立即停止夯击。其施工方法和要求如表1所示。

表1 强夯在大面积地基处理中的施工要求

3.5 强夯在地基处理中的步骤

首先应该清理出需要施工的场地，施工人员标出第1遍夯点的位置，测量场地的高程。起重机就位，首先将夯锤置于场地中夯点上空并吊至预定高度，然后开启脱钩装置使夯锤自由下落(如图2所示)。待夯锤下落完成后，放下吊钩并测量锤顶高程，夯击过程中如出现坑底倾斜现象，应先进行填充夯坑处理，然后重新进行夯击。将每个夯点进行夯击完成之后，需要进行第2遍点夯，平整场地，完成夯击，最后低能满夯，检测，合格之后验收。

3.6 竣工验收

在地基全部夯实完成25 d后，根据地基地质条件选用原位检测法与室内检测法对项目地基进行竣工验收，检测位置不应少于3处，检测点应布置在夯坑底部或夯坑外缘，在地质情况复杂的地基检测中应适当增加测点，检测深度不应小于地基处理的设计深度，严格检查地基检测数据和记录，保证强夯地基的处理施工质量。

3.7 工程效果

通过工程实例表明，强夯法在地基处理中具有明显加固效果。该项目地基强夯处理后，测得地基承载力约为160 Pa，满足建筑工程的承载要求。在施工过程中使用强夯法能够节省原加固材料，缩短施工工期，利用强夯机对地基进行加固能够节省建筑材料的购置和运输等环节的支出，除了消耗油料外没有其他损失。施工快捷，在对粗颗粒非饱和土的强夯中，能够缩短周期。强夯法在加固地基处理中具有差异性，所以至今暂无统一的加固理论[5]。