强夯法在卵石地基填方区地基处理中的应用

张锦松，吴强，周明权，储涛

（中机第一设计研究院有限公司，合肥230601）

1 引言

强夯法是利用夯锤提到高处自由下落产生的冲击和振动能量夯实地基，提高地基承载力并降低其压缩性，现场操作简单，经济实用，加固效果显著[1]。本文结合工程实例简述设计及施工要点，供同类工程参考。

2 工程概况

本工程位于乌鲁木齐市经济开发区内，拟建场地东侧为两河路，西侧为七号路，南北两侧为规划道路。总占地面积1.53×105m2，总建筑面积9.4×104m2。主要建筑物联合厂房、配件库、调试车间为单层钢结构，其他配套辅助用房为混凝土框架结构。

3 地质条件

拟建场地地貌单元属低山剥蚀残丘区，地形起伏较大，呈南高北低、西高东低之势，地势较为开阔。场地地面高程在1 083.82~1 114.00 m，最大高差为30.18 m，总体地势由南向北倾斜，自然坡率5.18%。

场地地层主要由填土、细砂及卵石构成。岩性具体描述如下：

1）①层素填土：青灰色、灰褐色，主要以戈壁土和砂厂筛选砂石料为主，密实性不均匀，工程性质较差，揭露厚度0.4~15.0 m。

2）②层细砂：土黄色、黄褐色，松散～中密，干燥～稍湿。颗粒磨圆度一般，分选性较差，层理不明显，含有少量粉土及砾石。主要分布地表表层及冲沟内，局部地段缺失，埋置深度0~11.3 m，揭露厚度0.2~7.3 m。土层力学特性如下：承载力特征值fak=160 kPa，重度γ=19 kN/m3，弹性模量E0=28 MPa，黏聚力c=4 kPa，内摩擦角φ=36°。

3）③层卵石：青灰色、灰褐色，中密～密实，干燥～稍湿。骨架颗粒多呈亚圆状，大部分接触～连续接触，成分主要以硬质岩石为主，层理不明显，一般可见砾径3~5 cm，可见最大粒径30.0 cm。在拟建场地均有分布，埋置深度0.2~15 m，最大揭露厚度32.7 m。土层力学特性如下：fak=300 kPa，γ=22 kN/m3，E0=30 MPa，c=3 kPa，φ=40°。

最大勘探深度30 m范围内未见地下水，不考虑地下水对建筑物基础的影响。

4 基础方案

结合地形特点和周边道路的标高，考虑到生产运输及场地排水因素以及土方挖填平衡确定厂区内建筑物正负零标高1 098.90 m，建筑室内外高差0.15 m。

建筑物基础采用钢筋混凝土扩展基础，基础底标高-1.500 m。设计采用的基础持力层为③层卵石或强夯处理后地基，地基承载力特征值fak=300 kPa。

5 地基处理

5.1 处理原则

挖方区：直接开挖至基底标高，基坑开挖过程中宜按GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》有关规定按1∶0.30～1∶1.00进行放台放坡开挖，若不能按该规范要求进行放坡开挖，对基坑及边帮采取格构式锚杆挡墙或重力式挡墙等支挡措施，并做好基坑、边帮变形监测[2]。

填方区：强夯法。强夯后地基承载力特征值fak≥300 kPa，夯后有效加固深度内土的压缩模量Es≥25 MPa。回填区域当处理深度大于6 m时，必须分层回填、分层强夯、分层检测。强夯处理范围为用地红线边线与挖填方零线所包含的区域，采取整片处理方式，地基处理至设计标高-0.5 m。

5.2 试夯

强夯施工前，在场地内选取了3个有代表性的试验区，采用单击夯击能为4 000 kN·m、6 000 kN·m和8 000 kN·m进行强夯施工，夯锤重量为320 kN、420 kN，夯锤提升高度为12.5 m、14.3 m、19 m，夯锤直径2.4 m，采用两夯一平，即2遍点夯，1遍平夯，夯点按梅花形布置，4 000 kN·m试夯点间距为8.0 m×5.0 m，6 000 kN·m试夯点间距为7.0 m×7.0 m，8 000 kN·m试夯点间距为8.0 m×8.0 m。试验区面积分别为20 m×20 m、23 m×23 m、26 m×26 m。点夯施工完成并推平夯坑后，以低能量2 000 kN·m满夯1遍，锤印搭接1/4。试夯检测结果见表1。

表1 试夯检测结果汇总表

5.3 实施方案

强夯方案：据试夯数据及结果分析确定：处理深度≤3.0 m，采用2遍夯，强夯点夯击能3 000 kN·m，夯点呈矩形布置，夯点间距为4.0 m×5.0 m；处理深度3.0~5.0 m，采用2遍夯，强夯点夯击能4 000 kN·m，夯点呈矩形布置，夯点间距为4.0 m×5.0 m；处理深度＞5.0 m，采用2遍夯，强夯点夯击能6 000 kN·m，夯点呈梅花形布置，夯点间距为7.0 m，若处理深度下存在粉砂，采用2遍夯，强夯点夯击能为8 000 kN·m，夯点呈梅花形布置，夯点间距为8.0 m。满夯夯击能为2 000 kN·m，；满夯每点2击，满夯夯击锤印搭接不小于夯锤直径。

本工程最大的填土厚度约13 m，根据填土厚度将本工程分为一次强夯区、二次强夯区、三次强夯区。强夯地基处理剖面图、大样图、退台搭接大样图如图1~图3所示。

图1 强夯地基处理剖面图

图3 强夯退台搭接大样图

施工工艺：场地整平→测量放线→第一遍夯点施工→场地夯坑回填平整→测量放线→第二遍夯点施工→场地夯坑回填平整→第三遍满夯施工→场地整平→测量高程→竣工验收。

场地强夯区域起夯面：回填至设计标高，最大回填厚度≤6.0 m，回填料采用现场原土回填。场地回填边坡应满足规范及强夯、回填施工的要求，须保证坑壁的稳定。场地回填边坡坡率按不大于1∶1.5放坡回填。

每遍夯点的夯击击数应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件：夯坑周围不应发生过大隆起；不因夯坑过深而起锤困难。采用两夯一平。即点夯2遍，平夯1遍。最后2击平均夯沉量应满足表2的要求。采用连续夯击，不考虑间歇时间。

表2 最后2击平均夯沉量

图2 强夯剖面大样图

5.4 强夯检测

强夯施工完成且夯至设计高程后，根据GB 50202—2018《建筑地基基础工程施工质量验收规范》有关规定进行检测。检测方法采用静力载荷、动力触探试强夯地基均匀性检验，检验点数量按每400 m2不少于1个检测点。地基承载力检验的数量为每个单体工程地基载荷试验检验3点[3]。

经检验检测该地块强夯地基处理后强夯有效处理深度、地基承载力特征值、地基土变形模量均满足设计要求。

6 结语

在卵石地基填方区，填料为戈壁料的强夯法是一种有效高能的地基处理方案，但当夯击能超过6 000 kN·m时，夯击能的增加对于有效加固深度的提高并没有显著的效果，故在实施过程中应根据有效处理深度选择高效合理的夯击能，并根据需处理回填土总深度分层强夯，严格控制一次回填深度及填料级配，分层分片强夯时要考虑强夯退台搭接。另在基础设计时应设置褥垫层来减少建筑物基础同时在强夯区、非强夯区产生不均匀沉降。