强夯法+CFG桩复合地基在厚层松散砂土的应用

丁学武，杨永康

（1、海南省建设集团有限公司 海口 570204；2、海南有色工程勘察设计院 海口 570206）

0 引言

强夯法是反复将夯锤提到一定高度使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，从而提高地基承载力并降低其压缩性，改善地基性能，强夯法主要用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基［1-7］。CFG 桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基［8］。

海南省三亚市海棠湾区靠近海边处多规划建设多层酒店、低层别墅，该区域离海岸线较近，地势低洼，表面需回填厚层松散砂土，其承载力低、工后沉降大。在该处进行工程建设时对低层建筑采用强夯法、高层建筑采用强夯法+CFG 桩复合地基，既能提高地基承载力、降低工后沉降，又能节约建设投资。

1 工程概况

某度假村酒店位于三亚海棠湾海棠南路，距离海岸线约200 m，酒店大堂为1 层，北侧客房区为5 层，南侧客房区为7 层。场地回填较厚松散砂土，地基处理面积17 210 m2。

1.1 工程地质条件

根据《岩土工程勘察报告（详细勘察）》［9］，场地属海成一级阶地地貌单元，场地地层由上至下分别为：

〈1〉素填土（Q4ml）：灰黄色、灰色，松散，稍湿～饱和，主要由砂组成，局部含碎石块，少量地段含混凝土块，为人工回填。该层在场地均有分布，揭露厚度4.50～5.50 m，平均厚度 5.10 m。

〈2〉中砂（Q4m）：灰黄色、黄色，稍密～中密，饱和，砂粒的矿物成分主要为石英、长石等，颗粒呈亚圆形，较均匀，级配不良。该层在场地均有分布，揭露厚度3.70～10.50 m，平均厚度 6.57 m。

〈3〉粗砂（Q4m）：灰黄色、黄色，中密为主，饱和，砂粒的矿物成分主要为石英、长石等，颗粒呈亚圆形，较均匀，级配不良，局部地段胶结成砂岩块状、短柱状。该层在场地均有分布，揭露厚度1.30～10.00 m，平均厚度4.69 m。

〈4〉细砂（Q3m）：灰蓝色、灰白色、青灰色、黄色，中密为主，饱和，砂粒的矿物成分主要为石英、长石等，颗粒呈亚圆形，较均匀，级配不良，局部地段以中、粗砂颗粒为主。该层在场地均有分布，揭露厚度1.50～18.80 m，平均厚度8.73 m。

〈5〉粉质粘土（Q1m）：青灰色，可塑，干强度中等，韧性中等，切面稍有光泽，无摇震反应，局部含较多砂，限于孔深未揭穿。

1.2 水文地质条件

场地地下水主要为〈2〉、〈3〉、〈4〉层中的孔隙型潜水，稳定水位埋深6.04～6.40 m，该层水量丰富，主要补给来源为大气降雨入渗及地下径流，排泄方式为大气蒸发，向东面大海及西面龙江港河水排泄，根据区域地质资料，场地地下水年变化幅度约2 m。

2 地基处理目标

地基处理的目的是提高回填砂土（〈1〉素填土）的地基承载力，减少地基的工后沉降：

⑴1 层大堂地基承载力特征值≥200 kPa，地基处理后6 个月内的沉降≤60 mm；

⑵5 层北侧客房区地基承载力特征值≥280 kPa，地基处理后6 个月内的沉降≤30 mm；

⑶7 层南侧客房区地基承载力特征值≥320 kPa，地基处理后6 个月内的沉降≤30 mm。

3 地基处理设计方案

3.1 分区处理设计

针对以上地基处理目标，并结合该场地的工程地质特性，进行分区处理，即1 层大堂采用强夯法，地基处理面积6 640 m2，其余采用强夯法+CFG 桩复合地基方案。强夯法+CFG 桩处理区域根据地基处理后承载力要求不同，分为强夯法+CFG 桩处理一区、二区，地基处理面积分别为4 520 m2、6 050 m2，如图1所示。

图1 地基处理分区Fig.1 The Areas of Ground Treatment

3.2 强夯法设计方案

强夯法设计前在场地处选取了20 m×20 m 有代表性区域进行试夯，通过试夯确定了最佳夯击能量、最佳夯击锤数、夯点间距及间隔周期：

⑴通过土方平衡，填筑0.5 m 砂土至地基处理区域，使强夯后的地面高程接近设计地面高程；

⑵单击夯击能及强夯遍数：第一遍点夯能量4 000 kN·m，第二遍点夯能量 4 000 kN·m，满夯 2 遍，能量1 000 kN·m，满夯后碾压；

⑶夯点布置：点夯采用5 m×5 m 正方形布置，满夯按1/4 锤印搭接；

⑷收锤标准：以最后2 击夯沉量≤50 mm 作为收锤标准；

⑸夯击间隔：根据试夯结果，夯击后土体中的超孔隙水压力的消散时间为5 d，故夯击间隔取5 d。

3.3 CFG桩设计方案

根据CFG 桩复合地基承载力与沉降计算结果，桩的设计如下：

⑴强夯+CFG 桩处理一区（5 层北侧客房区）地基处理后承载力特征值≥280 kPa，桩径400 mm，有效桩长8 m，桩端持力〈2〉中砂，按正方形布桩，桩距1.8 m，总桩数1 436 根；

⑵强夯+CFG 桩处理二区（7 层南侧客房区）地基处理后承载力特征值≥320 kPa，桩径400 mm，有效桩长10 m，桩端持力〈2〉中砂，按正方形布桩，桩距1.2 m，总桩数4 416 根；

⑶桩体材料：骨料采用坚硬的新鲜机碎石，粒径15～30 mm，石屑粒径 2～10 mm，砂选用中砂，水泥采用P.O 42.5 水泥。

⑷褥垫层：厚度500 mm，材料采用中砂、粗砂、级配砂石和碎石等，最大粒径不大于30 mm，压实系数大于0.95。

4 地基处理沉降观测及工后检测

地基处理过程观测主要有点夯夯沉量观测、地表平均沉降量观测，地基处理后主要有工后沉降观测、标准贯入试验、重型动力触探试验、平板载荷试验。

4.1 点夯夯沉量观测分析

点夯夯沉量观测是对夯点夯击1 次后及时测量夯坑的沉降量，通过夯击能量、击数、夯沉量的关系可以确定最佳夯击击数，间接计算场地平均沉降量，通过对夯沉量观测可以判断地基处理过程中夯沉量是否收敛，指导后续施工，典型的夯击次数及夯沉量曲线如图2所示。

由夯测量结果可知：

⑴第1 遍强夯7～11 击达到收锤标准，夯沉量最大值129 cm，最小值95 cm，一般值区间100～120 cm；第2 遍强夯6～10 击达到收锤标准，夯沉量最大值105 cm，最小值77 cm，一般值区间80～100 cm；

⑵随着夯击遍数的增加夯沉量逐遍减小，达到收锤标准的击数也逐遍减小，说明每遍强夯后回填砂土的地基承载力及压缩模量均有较大提高。

4.2 地表平均沉降量观测分析

图2 典型的夯击次数及夯沉量曲线Fig.2 Typical Curves of Tamping Times and Settlement

在每遍强夯后，按10 m×10 m 的网格对地基处理场地进行测量，取平均值，典型地表平均沉降量曲线如图3所示。

图3 典型地表平均沉降量曲线Fig.3 Typical Curves of Surface Settlement

由观测结果可知，施工工况第1 遍强夯、第2 遍强夯、满夯及碾压后场地地表平均沉降量分别为172 mm、102 mm、58 mm、25 mm，累计地表平均沉降量357 mm，每遍夯击后地表平均沉降量呈收敛状态。

4.3 工后沉降观测分析

地基处理后对强夯法处理区、强夯+CFG 桩处理一区、二区分别埋设了10、8、10 个工后沉降观测点，在地基处理后至主体结构完成过程中进行工后沉降观测，强夯法处理区进行了9 个月的工后沉降观测，强夯+CFG 桩处理一区、二区均进行了12 个月的工后沉降观测，典型的工后沉降观测曲线如图4所示。

图4 典型的工后沉降观测曲线Fig.4 Typical Curves of Post-construction Settlement

由工后沉降观测结果可知：

⑴强夯法处理区10 个测点9 个月内工后沉降量为38～55 mm，满足地基处理目标6 个月内的沉降量≤60 mm；强夯法+CFG 桩处理区18 个测点12 个月内工后沉降量为12～21 mm，满足地基处理目标6 个月内的沉降量≤30 mm；

⑵从工后沉降观测曲线分析，地基处理6 个月内工后沉降已趋向于平稳。

4.4 标准贯入试验对比分析

按现行规范要求［10］，砂土的密实度应采用标准贯入试验手段进行评价，在强夯前、强夯后对回填砂土（〈1〉素填土）5 m 范围内进行标准贯入试验，每间隔1 m 试验1 次，强夯前、强夯后标准贯入试验分别进行了 168、173 次。

根据标准贯入试验的结果，砂土的密实度在强夯后比强夯前得到了明显的提高。回填砂土强夯前标准贯入试验锤击数在7～9 击之间，平均7.5 击，为松散状；强夯完成并经过10 d 休止期后，回填砂土强夯前标准贯入试验锤击数在14～18 击之间，平均16.5 击，为稍密～中密状。

4.5 重型动力触探试验对比分析

为进一步分析地基处理的加固效果，在强夯前、强夯后分别进行了30、35 孔的重型动力触探试验，每孔测试深度8 m，典型的重型动力触探试验对比曲线如图5所示。

图5 典型重型动力触探试验对比曲线Fig.5 Typical Contrast Curves of Heavy Dynamic Probe Test

按工程地质资料及重型动力触探试验对比曲线，0～5 m 为回填砂土（〈1〉素填土），5～8 m 为〈2〉中砂，由试验结果可知：

⑴强夯前，回填砂土经修正的重型动力触探锤击数为1～3 击，加权平均值为2.1 击，强夯后，回填砂土经修正的重型动力触探锤击数为4.7～7 击，加权平均值为5.8 击；强夯后比强夯前回填砂土经修正的重型动力触探锤击数增加了1.76 倍，表明加固效果明显。

⑵随着深度的增加，回填砂土地基的密实度增幅减缓。

4.6 平板载荷试验分析

为检验地基承载力是否满足地基处理目标要求，在强夯处理区、强夯法+CFG 桩处理一区、二区分别布置了4、3、4 个平板载荷试验点，典型的平板载荷试验曲线如图6所示。

由平板载荷试验可知，强夯法处理区4 个平板载荷试验点的地基承载力特征值均大于200 kPa；强夯法+CFG 桩处理一区3 个平板载荷试验点的地基承载力特征值均大于280 kPa；强夯法+CFG 桩处理二区4 个平板载荷试验点的地基承载力特征值均大于320 kPa。该地基处理方案的3 个分区处理后地基承载力均能满足目标要求。

图6 典型平板载荷试验曲线Fig.6 Typical Curves of Plate Loading Test

5 结论

通过对三亚市某度假村酒店厚层回填砂土地基处理过程中的点夯夯沉量观测、地表平均沉降量观测，地基处理后的工后沉降观测、标准贯入试验、重型动力触探试验、平板载荷试验的分析，得出以下结论：

⑴采用分区处理方案，对承载力及工后沉降要求较低的1 层大堂采用强夯法处理，对承载力及工后沉降要求较高的5～7 层客房区采用强夯法+CFG 桩处理，既能满足相应的处理要求，又能降低地基基础造价。

⑵采用强夯法+CFG 桩复合地基处理厚层松散砂土能大幅度提高地基承载力，增加砂土地基密实度，改善地基压缩性能，降低工后沉降。