强夯置换地基应用实例及经济分析——以山东省济宁市保障性住房众和花园为例

王淑芳 山东省济宁市住房和城乡建设局住房保障中心，济宁 272000

1 工程概况

众和花园小区工程为山东省济宁市2012年度保障性住房项目，建设用地选址位于济宁市任城区任通路北侧，科苑路西东侧，交通便利，但该场地为原济宁市水泥制品厂废弃窑坑。该项目建设用地3万平方米，规划建筑面积6.6万平方米，6栋小高层，1栋高层。

2 工程地质条件及地基技术方案确定

该工程场区勘察时，发现建设区域地质情况比较复杂，场地主要为原废弃窑坑人工回填，并且回填深度3～18.1米不等，填土成分混杂多变，既含有黏性土、生活垃圾、建筑垃圾，又有大块破碎桩头、建筑废浆等。从钻孔中测得地下水稳定水位埋深8.47～12.02m，稳定水位标高在28.51m左右。存在均匀性差、力学性质差等不良工程特征，不宜直接作为拟建筑物的天然地基持力层。（参见图1）

针对此种地质条件，设计部门在基础设计中两难选择，采用筏板基础，须挖出全部填土再用灰土或砂石回填至基础标高，但回填量过大，厚度超过5米，回填质量不好控制，控制均匀性沉降有难度，并且降水、回填投资大，施工难度大，周期不可控制；采用桩基基础，受杂填土建筑垃圾等影响不可排除个别桩很难直接成桩，同时存在桩侧负摩阻力等问题，质量、投资不好控制。鉴于此种情况，开发建设部门为减少财政投资，与设计部门多方咨询清华大学等各大院所和请专家论证，确定采用筏板基础，并对地基用强夯置换法进行加固处理，设计要求强夯处理后应达到地基承载力特征值220kPa。

3 强夯置换法的应用

强夯置换法的加固机理与强夯法不同，它是利用重锤高落差产生的高冲击能将碎石、片石、矿渣等性能较好的材料强力挤入地基中，在地基中形成一个一个的粒料墩，墩与墩间土形成复合地基，以提高地基承载力，减小沉降。在强夯置换过程中，土体结构破坏，地基土体产生超孔隙水压力，但随着时间的增加，土体结构强度会得到恢复。粒料墩一般都有较好的透水性，利于土体中超孔隙水压力消散产生固结。强夯置换的加固原理为下列三者之和：强夯置换=强夯（加密）+碎石墩+特大直径排水井，因此，墩间和墩下的粉土或黏性土通过排水与加密，其密度及状态可以改善。强夯置换的加固深度由两部分组成，即置换墩长度和墩下加密范围。（参见图2）

图1 地质勘探报告

图2 强夯置换法现场

7#楼下卧层置换强夯施工初步参数表

现以众和花园7#楼地基处理方法作为案例，介绍强夯置换法在小高层基础加固中应用。7#楼为17层楼，是本小区中楼层最高的住宅楼，而且需处理的杂填土的深度为17.5米，比较有代表性。为确保强夯施工质量，考虑到生活垃圾等有机质分布无规律，采取如下措施：提高强夯置换率，加大单位面积夯击能，最大限度地对生活垃圾等有机质进行置换。布点间距采用2.5m×2.5m，布点形式为正方形，强夯能量选用6000kN.m，点夯分四遍完成。通过强夯置换，不断夯击坑内回填的建筑垃圾或煤矸石等粗骨料材料，使其形成连续的密实的强夯置换墩与周围混有建筑垃圾的夯间土形成复合地基，既提高了地基承载力，又改善了排水条件，有利于软土的固结。同时也对墩下的土层进行加固，提高了墩下土层的密实度，使深部填土层得到全部加固。由于济宁地区煤矸石储量丰富，本着节省投资成本的原则，选择煤矸石作为强夯置换材料。

7#楼强夯工程结束后，进行了单墩静载试验和重型动力触探试验，作为重点要求对7#分别做8组单墩静载试验和8个重型动力触探试验（按照规范要求两种检测方式不少于3个点就可以），经山东省建筑科学院工程质量检验测试中心检测达到了地基承载力特征值220kPa以上，全部一次性合格，承载力及处理深度均达到了设计部门要求。

4 经济效益分析

（1）整体开挖预算

（2）强夯置换施工总造价

众和花园项目原设计基础处理为整体开挖，清除所有回填土和垃圾，开挖深度达18米多，深基坑支护、降水难度很大。施工安全不好控制；回填质量和沉降均难以控制，并且施工周期长（预计周期8个月），投资大。该项目强夯置换法应用，依据每栋楼杂填土埋深度，确定开挖深度，该项目7栋楼平均开挖8米左右，无需降水，节约降水费用和深基坑支护费用，并且强夯置换法，施工设备简单，施工方便，周期短，七个楼座和楼间距夯实完毕用时5个月，强夯消耗煤矸石量约8万立方米，造价大大降低，经审计，强夯置换法比原设计基础处理整体开挖灰土换填节约造价二分之一，工期缩短约三分之一，工程质量也有保障。该项目于2015年7月竣工验收，沉降观测等技术参数均在允许值范围内，强夯置换法应用，不但给低收入家庭建造质量可靠放心房，还为市政府节约投资，确保低收入家庭按期入住，给社会带来很好经济效益和社会效益，该项目获市级优质结构杯工程。该项目建设单位济宁市广巨置业有限公司获得山东省保障性安居工程建设优秀建设单位，并获山东省“富民兴鲁”劳动奖状。

5 结语

众和花园项目实践证明，在这种复杂地质条件下，采用强夯置换法具有设备简单、施工方便、施工工期短、造价低、适用范围广、加固效果显著等优点，目前已成为一种优化创新的地基处理方法。