强夯在湿陷性土质以及砂坑处理中的应用分析

吴廷游

(南京溧水华侨城实业有限公司，江苏 南京 210000)

1 工程概况

本项目(图1)位于中国西北地区，面积为15万m2，场地内第③层黄土状粉土具湿陷性，地基湿陷等级为Ⅰ级(轻微)，设计场坪面高于现状地面2.00～4.00 m，另项目场地北侧有一砂坑面积约3.6万m2(图1中的阴影部分)，该砂坑大约从2000年开始采砂取土，采砂挖方时间段为2000—2008年，根据搜集资料、现场勘察，取土深度为10.00～30.00 m；2009～2019年该砂坑陆续进行了回填，砂坑早期的回填物以砂场的筛余的大粒径砾石料为主，粗颗粒骨架间少有细料充填，砂坑回填体呈松散状态，砂坑后期作为垃圾填埋场，垃圾成分复杂，主要有建筑垃圾、生活垃圾、弃土、炉渣等，局部有易腐烂分解的废弃板材、植物残体等。

图1 建筑总平面图

2 地基处理设计

2.1 砂坑内地基处理

砂坑内土层类型为：①层为杂填土，②层为圆砾。沙坑处理厚度为10.00～25.00 m，处理目标消除地基预处理施工面以下10.00～25.00 m厚沉降变形和调节地基不均匀沉降。处理指标要求如表1。

表1 砂坑内地基处理指标

砂坑大部分区域已回填至原地面高程，仅砂坑南侧区域局部尚有5.00～14.00 m深未进行回填，根据地勘报告(图2)杂填土最深处标高约为544.00 m。

本区域砂坑强夯处理思路分三层进行，分层开挖需放坡，放坡系数不小于1∶1.50。第一层保留约8 m深杂填土，将现状砂坑内地面高程高于552.00 m的区域内回填土开挖至552.00 m；将低于552.00 m的区域内分层回填碾压至552.00 m进行第一层强夯施工。第一层强夯完成后，将现状砂坑内地面高程高于559.00 m的区域内回填土开挖至559.00 m；将低于559.00 m的区域内分层回填碾压至559.00 m进行第二层强夯施工。考虑第一层和第二层处理的防水效果以及经济性，将第二层施工完成后进行土夹石垫层施工，土夹石垫层处理范围高程560.00 m对应砂坑边线外扩3.00 m，土夹石垫层处理厚度2.00～2.50 m。土夹石垫层施工完成后，将现状砂坑内地面高程低于566.00 m的区域内分层回填碾压至566.00 m进行第三层强夯施工。第一层强夯填料以建筑弃土为主的杂填土，杂填土内生活垃圾含量不应超过5%，第二、三层强夯回填填料以砂坑内挖出的天然级配料及周边基坑内挖出的天然级配圆砾。第二、三层强夯回填料应分层回填实，每层回填厚度为50～60 cm，洒水增湿。第一、二层点夯夯击能采用8 000 kN·m，平夯夯击能采用2 000 kN·m；第三层点夯夯击能采用6 000 kN·m，平夯夯击能采用2 000 kN·m。夯点间距为4.5 m×4.5 m，采用正方形布置。终夯标准，满足下列条件之一时即可停止夯击：①最后两击平均夯沉量小于150 mm；②夯坑周围地面不应发生过大隆起。为确保强夯处理效果及影响深度达到设计要求，应在场地内选取50.0 m×50.0 m的区域进行试夯试验，试夯参数按第一层强夯要求进行，夯前和夯后应选取试夯区内6个点进行重型动力触探试验，根据夯前夯后试验数据对比以确定强夯处理效果及影响深度。

图2 砂坑典型剖面

2.2 砂坑外地基处理

砂坑外土层类型为：①层为耕土，②层为杂填土，③层为黄土状粉土，④层为圆砾。消除地基预处理施工面以下4.00～6.00 m范围内回填土厚沉降变形和消除建筑物区域黄土状粉土的湿陷性，调节地基不均匀沉降，处理指标要求如表2。

表2 砂坑外地基处理指标

图3 砂坑外典型剖面

场地内分布有2.0～3.60 m厚的黄土状粉土(图3)，具湿陷性，且设计场坪高于现状地面2.00～4.00 m，需进行回填碾压处理。

因表层耕土和杂填土较浅，将地表的耕土及杂填土清除干净后，采用周边基坑内挖出的天然级配圆砾分层回填碾压，处理范围为项目边线外扩5.00 m；单体范围内强夯起夯面按±0.00以上50 cm控制；单体之外的强夯面起夯面标高和周边道路竖向标高一致，标高变化交接面现场放坡处理。每层回填厚度50～60 cm，洒水增湿，非建筑区域点夯夯击能采用5 000 kN·m，建筑物区域点夯夯击能采用6 000 kN·m，平夯夯击能采用2 000 kN·m。夯点间距4.5 m×4.5 m，采用正方形布置。终夯标准，满足下列条件之一即可停止夯击：①最后两击平均夯沉量小于150 mm；②夯坑周围地面不应发生过大隆起。

3 地基检测

3.1 地基检测要求

湿陷性土质的检测：在进行相应的土地施工前的检测之前，要按照施工要求，制订适合的检测方式，挑选出最恰当的方法。当某种方法的检测结果不具备唯一性时，应当再用别的方法进行二次验证。检验数量的确定有以下几个关键：工作环境是否复杂、技术是否能达标。如果测试结果与设计的要求有偏差，研究一下原因，并找出解决方案。如果某一部分十分重要，那么就要增加该区域的样本数量。抽检点要满足随机性、均匀性、代表性的原则。

3.2 地基检测内容

本项目检测内容主要分为砂坑内地基检测和砂坑外地基检测。

3.2.1 砂坑内地基检测

砂坑内地基检测主要分为地基承载力、地基均匀性。

(1) 静载荷试验：地基处理面积超过1 500 m2的，超出部分每500 m2增加1个检测点，不足500 m2按500 m2计；超出10 000 m2部分每1 000 m2增加1个检测点，不足1 000 m2按1 000 m2计。

(2) 重型动力触探试验：按每2 000 m2不少于1个检测点且总共不少于3个检测点。

3.2.2 砂坑外地基检测

砂坑外地基检测主要分为地基承载力、地基均匀性、湿陷性三方面。根据地质类型，地基均匀性检测采用重型动力触探试验，湿陷性检测采用探井试验。

(1) 静载荷试验：取样数量，每个建筑物单体工程不得少于3个检测点，单体地基处理面积超过1 500 m2的，超出部分每500 m2增加1个检测点，不足500 m2按500 m2计；超出10 000 m2部分，每1 000 m2增加1个检测点，不足1 000 m2按1 000 m2计；单体外取消静载检测。

(2) 标准贯入试验：取样数量，单体区域按每400 m2不少于1个检测点且总共不少于3个检测点；单体外按每2 000 m2不少于1个检测点，且不少于3个检测点。

(3) 探井试验：取样数量，每个单体工程不得少于3个检测点，单体地基处理面积超过1 500 m2的，超出部分每500 m2增加1个检测点，不足500 m2按500 m2计；超出10 000 m2部分，每1 000 m2增加1个检测点，不足1000 m2按1000 m2计。单体外每2 000 m2取1个检测点。

(4) 压实度检测：单体区域按每层1个检测点/200 m2进行压实度检测；单体外按每层1个检测点/1 000 m2且每层不小于3个检测点进行压实度检测。

地基检测涉及的成本较大，分区域检测、分重点检测，按设计需要布点，才能有效地控制造价。

3.3 现场检测成果

砂坑内现场试验结果分析：本项目砂坑地基处理土夹石垫层地基的承载力以及处理完成面承载力特征值达到120 kPa；重型动力触探击数均≥10击，满足设计要求。

砂坑外现场试验结果分析：由静载荷试验结果可见，各试验点的沉降量均较小，P-s曲线比较平缓，无明显陡降段。综合分析，单体范围内和单体外区域地基承载力特征值为180 kPa，土体的变形模量均大于15 MPa；由标准贯入试验数据综合分析，本场地强夯后地基土密实度均达到密实状态；探井取样实验中湿陷性系数δs<0.015，该场地经地基处理后湿陷性全部消除。

4 施工注意事项

(1) 施工要严格按照操作程序来工作。夯击过程确保锤子的下降距离、位置的稳定性，如果发现落锤的趋势大于30度或超过指定位置，则将夯击坑的底部填满。严格控制设计质量，实时执行施工过程，确保施工过程相互关联，技术人员和质检人员严格控制施工进程。

(2) 由于会出现天气条件恶劣的情况，特别是暴雨，施工人员有必要对施工现场进行检查，以免遗漏，检查是否会出现被雨水淹没的情况。由于天气情况，施工会受影响。如果场地已经被过多的雨水浸湿，还需要安排雨水消散时间，适当延长，有利于施工性能的恢复。

(3) 大雨后施工，起重机禁止在低洼或低洼地区作业，并进行夯实工程，夯实试验稳定后再进行作业。为保证施工过程统一组织，制定各项施工标准，严禁操作人员在机械下方停留，防止造成施工安全事故。

(4) 本工程强夯夯击能高，强夯震动会对周边的已有建筑造成不利影响，应设置减震沟来消减震动影响。减震沟应设置在强夯场地四周，深度宜为5～6 m，宽度不宜小于2 m。沙坑范围内施工单独考虑，由于开挖工程量巨大，开挖工期较长。沙坑区域强夯时，为保证减少对周边单体桩基础扰动的不利影响，施工前在沙坑边线外扩55 m处设置减震沟(宽2 m，深度5 m)。强夯回填土应该严格分选，应剔除回填土中的生活垃圾，采砂坑和原状土层边应采用坡率或退台搭接，应对回填土考虑增湿，以提高强夯效果，强夯之前应进行试夯试验，以确定相关强夯参数。

(5) 在进场施工前，应进一步调查周边建筑及地下管线等设施的基本情况，并应在现场对场地地层及地下水埋深情况进一步核查，以及时调整和优化设计方案，施工前应取得最大干密度、最优含水率等指标。控制含水率应在最优含水率±1%范围内。当静载试验中出现有1点的地基承载力未达到设计值(但达到90%以上)时，可在此点的周围临近位置双倍增加检测点，增加2个临近位置检测点的地基承载力均达到设计值，可判定地基承载力检测合格；否则为不合格。

(6) 根据地基处理深度要求，砂坑内回填土开挖深度及现状砂坑边坡高度预计为10.0～20.0 m，地基处理施工前，有关方面须完成基坑放坡或支护工作，以确保基坑安全。考虑到强夯的振动影响，回填土放坡系数不小于1∶1.50，天然圆砾层放坡系数不小于1∶1.00。开挖的基坑须进行位移监测，监测位移变化情况并及时汇总，根据基坑监测资料预测基坑变形趋势，调整施工参数和施工速度。若基坑变形超出警戒值，立即停止坑内作业，撤离人员，坑顶内设置警戒线，周边道路及路口设专人疏导行人、车辆远离基坑。

(7) 地基均匀性检测可以采用重型动力触探试验或标准贯入试验，两种试验的适用条件不同。重型动力触探试验主要用于碎石土，标准贯入试验主要用于黏性土和砂土。

5 结束语

土壤的湿陷性是指在上层的土在自重应力的作用下，或在自重应力与附加应力一起施压下，遇到水后，土体下沉后发生结构性毁坏而产生的额外显性变形，这样的土质叫作湿陷性土质。土的湿陷性和湿陷程度，应按室内浸水(饱和)压缩试验，在一定压力下测定的湿陷系数δs判定，当δs≥0．015时，应定为湿陷性土质。这种土质一般可以分为自重性和非自重性两种。在这种可塌陷的土地上进行基础设计时，要充分考虑地基的可塌陷性引起的可能造成的附加结构的破坏，并选择合适的处理地基的方法，消除或部分消除地基的湿陷性。对湿陷性土质进行处理避免塌陷的方法有很多种，在不同的地方，对于不同的土壤特性和结构的不同地基，应选择不同的处理方法。

强夯法是比较经济和简单的一种地基方法，又叫作动力固结法，是利用起重设备将80～400 kg的重锤起吊到10～40 m的高空处，然后让重锤自由落下，在极短时间内对地基土体施加一个巨大的冲击能量，反复的冲击及其产生的压缩波、剪切波和瑞雷波，使土体受到瞬间的加荷(受压)、卸荷(受拉)及剪切的反复作用，土中孔隙压缩，同时土体周围产生裂隙，孔隙水顺利排出，土体迅速固结，使土粒原有的接触形式破坏而产生位移，变为新的较为稳定的接触形式，从而达到增加土体密度、提高强度的目的。土的天然含水率对强夯法至关重要，天然含水率低于10%的土，颗粒间摩擦力大，细土颗粒很难被填充，且表层坚硬，夯击时表层土容易松动，夯击能消耗在表层土上，深度土层不易夯实，消除湿陷性的有效深度小，夯填质量达不到设计效果。

深砂坑的处理极其复杂，要根据砂坑深度以及回填土质情况分情况处理，还要考虑后续主楼与砂坑的关系，对于主楼的基础选型尤为重要，本文提出的强夯处理方式也是为类似项目提供一个可靠的实例。

本文对于湿陷性黄土以及深砂坑土质的处理具有现实指导意义，强夯地基处理有效地改善了地基持力层的承载力，对于湿陷性黄土也有明显的改善效果。