湿陷性黄土条件下的强夯法地基处理施工技术

王习渊，白立辉，曹铖，党智荣，党静茂

（1.中国建筑第四工程局有限公司西北公司西安分公司，西安 710000；2.陕西中机岩土工程有限责任公司，西安 710000）

1 引言

陕西省西安地区自重湿陷性黄土分布广泛，湿陷性黄土层厚度通常在4～10 m，地基湿陷性等级一般为Ⅱ级～Ⅲ级，按GB 50025－2018《湿陷性黄土地区建筑标准》（以下简称《标准》）的要求，在湿陷性黄土地区进行建筑工程建设，应根据湿陷性黄土的特点、工程要求和工程所处水环境，因地制宜地采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑物产生危害。本文以秦风学校项目强夯法为例，介绍强夯法处理湿陷性施工技术。

2 工程概况

秦风学校项目，净规划用地面积5.5×104m2，总建筑面积7.35×104m2，地上建筑面积4.4×104m2，地下建筑面积2.95×104m2，容积率0.78，绿地率35%；建设内容包括中学部、小学部、室外操场、风雨操场、行政楼、餐厅及宿舍楼、图书馆、报告厅、锅炉房等14 个单体工程，地下室为整体车库，地下结构一层，局部设设备夹层。

项目基坑长190.7 m，宽160 m，场地南低北高，基坑深11.07～12.57 m；地下室结构面积2.7×104m2；基坑底面积3.1×104m2；支护形式为桩索支护，护坡桩桩径0.8 m，桩间距1.6 m，桩长17.07 m，冠梁高0.5 m，宽0.8 m。

3 施工重难点

1）该项目属社会影响较大的重要公共建筑，设计对差异沉降要求很高，对地基基础的强度及变形要求较高。

2）根据文物普探结果，拟建建筑场地内分布着百余个古墓，这些古墓抢救性开挖时，均采用放坡开挖，发掘完成后遗留80 余个数米深的墓坑或空洞，严重扰动了此项目地基。这些墓坑与空洞范围小、边角多，为保证工程质量，不能单个压实回填。

3）地基土湿陷性强。根据土工实验，按《标准》分别计算了拟建建筑的自重湿陷量Δzs和湿陷量Δs，并综合评定拟建场地为自重湿陷性黄土场地，场地地基湿陷等级为Ⅲ级（严重）。

4 施工方案优化设计

4.1 原地基处理方案

原地基处理方案为大面积开挖换填，需将整个场地下挖约13 m，重新分层压实回填。因此，需挖土方4.16×105m3，挖运土方量极大。其间因召开十四届全运会及受治污减霾、雨水及其他影响，工期几乎无法保证；且施工期间正值高温、炎热与降雨剧强的夏秋季，施工质量难以保证；同时由于外界政治任务的要求，环保压力极大。

4.2 原方案可行性分析

4.2.1 工期目标无法保证

工期目标无法保证主要有以下原因：（1）本工程占地190.7 m×160 m，因场地有大量古墓，挖除之后基坑深12.57 m，土方挖运4.16×105m3，按8～10 台挖机单机每日最大量1 000 m3计，至少需要60 d，并且不能有下雨、检查及停工。（2）压实回填（包括素土与1∶6 水泥土）1.86×105m3，每天最多4 000 m3，纯理论计算至少需要46.5 d，2 个月能完成就算超速，否则质量无法保证。（3）考虑支护施工时间及先支护后开挖的施工顺序，春节前连基础垫层都无法完成；因项目处在12 月份至次年1 月份，气温较低，存在表层冻土层，冻融之后，易沉降。所以，无论从保证换填施工质量还是管委会制定的工期目标来说，不调整、优化设计计划无法完成工期目标。

4.2.2 换填质量无法保证

1）上部地基土的含水量小（②层地基土含水量8.4%～26.8%，平均值为15.9%），距最佳含水量18%差距较大；又时值炎热的夏天，控制不好换填土的含水量，就不易控制换填质量；下雨后太湿，含水率过大，换填后易形成橡皮土。

2）场地受限。填土厚（6 m）、分层太多（按0.3 m 一层，需20 层）；面积太大（190.7 m×160 m=30 512 m2）、分区太多（按50 m×50 m=2 500 m2，需分12 片），各种分层接茬、分区接茬很多（12 段×20 层=240 段接茬）；雨季期间施工，质量无法保证。

3）工后沉降大。根据长期沉降观测，大厚度回填土的工后沉降无法避免，其总沉降量约为回填厚度的1/10。据此计算，工后总沉降量将约达60 mm，如此大的总沉降量，其差异沉降将会超过相关规范的规定，建筑物会因差异沉降而应力集中，产生拉裂破坏现象。

4.2.3 工期紧、回填厚，建筑易拉裂破坏

根据以往项目长期观测数据，回填土的工后沉降主要发生在填土完成后的20 d 内，占总沉降量的90%以上。由于学校项目时间节点十分明确，施工进程安排紧凑，交叉作业，出现工后沉降引起的破坏现象概率较大。

综合以上观点可以看出，换填法不是最优施工方案。

4.3 优化设计方案

本着“安全可靠、经济合理、施工易行”的原则，根据规范规程及已有成功经验，对于墓坑、较大厚度自重且湿陷性强的黄土场地，常用方法有：（1）换填法：范围较小、厚度不大；（2）夯实法：范围较大、厚度较大（10 m 之内）；（3）挤密法：厚度太大（大于10 m）；（4）穿透法：承载力要求很高；（5）注浆或旋喷法：浅部、荷载小、要求低（路基、肥槽），根据本场地的地质情况，采用夯实法——强夯法最好。

4.3.1 方案选型依据

强夯法方案选型主要依据DBJ 61-9—2008《强夯法处理湿陷性黄土地基技术规程》（以下简称《规程》）以及《标准》，见表1、表2。

表1 《规程》中不同强夯能级的夯实厚度

表2 《标准》中不同强夯能级的夯实厚度

由此选定强夯能量为4 000 kN·m，夯击6～8 遍。

4.3.2 强夯法施工间距选择

根据相关规范规程，夯点中心距一般取1.2～2.0d（d为夯锤直径），据此计算，夯间距应为2.88～4.8 m；根据成功经验及地基土的扩散角理论，夯间距取3.5 m，正三角形布置，满夯1 000 kN·m，纵向搭接1/2 夯痕、横向搭接1/3 夯痕。

4.4 优化方案可行性分析

4.4.1 质量对比：雨季施工阶段强夯质量效果好

换填地基：恰逢雨季施工阶段，分层分段施工，素土压实系数达到0.97 且保证不均匀，沉降比较困难。

强夯地基：规范施工，雨季质量控制比土方好。

4.4.2 工期对比：强夯节约工期

换填地基：开挖60 d，换填90 d。

强夯地基：单机单日可夯击60 个夯点，30 d 即可完成；开挖30 d，强夯30 d，换填30 d。

4.4.3 经济对比：强夯节省造价

换填地基：土方开挖及换填按照方量计算，少挖5 m 深。

强夯地基：无论是点夯还是满夯，按照平方米计算，考虑措施费，均比换填节省造价。

5 强夯法施工

5.1 施工区域划分

根据现场现状，将基坑分为4 个施工作业区域，整体施工顺序由西向东进行。安排两台机械同时由东往西施工，两台机械分别从C 区和B 区开始施工，待C 区和B 区施工完成后，分别再去D 区及A 区施工。

5.2 施工部署

整体施工分为2 个阶段，第一阶段为强夯试验，第二阶段为强夯施工。根据现场情况及总工期，将现场试夯分为6 个区域，即原状土与墓坑回填土区分别设计3 个试验区，每个试验区约15 m×15 m，试夯安排1 台机械进行施工。

5.2.1 强夯工艺参数

1）夯锤锤底直径2.4 m，夯锤重量20 t，落距为20 m。

2）主夯夯击能为4 000 kN·m。

3）采用点夯，正三角形布点，夯点间距为3.5 m；第一次夯击点距可取7 m，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。

4）夯点的夯击次数，应根据设计要求以及现场试夯的夯击次数和夯沉量确定，最后两击平均夯沉量不大于50 mm，且夯击次数不小于9 遍[1]。

5）点夯完成后，应以低能量满夯1 遍（1 500 kN·m），满夯时纵向（基坑东西向）彼此搭接1/2 夯痕，横向（基坑南北向）彼此搭接1/3 夯痕，夯印平整。

5.2.2 强夯施工操作步骤

1）清理并平整施工场地。

2）标设强夯点位置，并测量起夯面高程。

3）起重机就位，使夯锤中心对准夯点位置。

4）测量夯前锤顶标高。

5）将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊勾钩，测量夯锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平[2]。

6）重复步骤5），完成一个夯点的夯击。

7）换夯点，重复步骤3）～6），完成第一遍全部夯点的夯击。

8）用推土机将夯坑推平，并测量场地高程。

9）第2 遍同上，按上述步骤依次完成全部夯击遍数。

10）第3 遍用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。

5.3 施工工艺要点

1）每遍夯点位置放线，必须依据平面坐标控制点准确施放。

2）夯击时，落锤应保持平稳；若夯点错位或夯坑底面倾斜过大，需填土整平后，重新继续夯击。

3）在夯击过程中，夯锤排气孔不得被泥土堵塞。

4）每夯点在夯击过程中，应按实际测量记录夯点的每击夯沉量、累计夯沉量及最后两击平均夯沉量；每夯点的连续夯击数及最后两击平均夯沉量必须符合设计要求。

5）冬季施工必须在地基土未冻结的状态下进行；冰雪冻土必须清除。雨季施工应在雨前将夯坑推填整平；如条件允许可采用塑料膜或彩条布覆盖待夯区域，并设置良好的排水设施，不得积水，保证雨后短时间内能继续施工；浸水区地基土含水量过大时，应晾晒或换土后继续施工。

6 结语

本文以秦风学校项目地基处理为例，在施工过程中灵活采用强夯法地基处理方案，有效提高了施工效率，解决了湿陷性黄土条件下复杂地形地基处理中施工跨度长、基坑开挖深度大、土方外运方量大、换填质量无法保证等问题，实现了降本增效，缩短了施工工期，可为类似工程施工提供借鉴。