广州广州珠江工程建设监理有限公司
摘要：结合工程实例，介绍了应用强夯工艺处理新旧填土地基可显著提高土体承载力及压缩模量，同时从设计、施工、检测的角度提出一些建议和看法，以期使强夯法得到更好的应用。
关键词：强夯；新旧填土；承载力；压缩模量
当前工程建设中大量存在堆填的松散土问题，采用强夯法加固新旧填土地基具有较大的普遍性。强夯的结果是在地基土中沿深度形成性质不同的三个区：松动区、加固区、弹性区。对于孔隙较多的填土层，强夯巨大的夯击能量所产生的冲击波和动应力在土中传播，能使颗粒破碎或使颗粒产生瞬间的相对运动，从而使土体孔隙中的气体迅速排出或压缩，孔隙体积减少，使地基土形成较密实的结构。
本文结合广州市监狱大面积强夯法处理情况，对该法在深厚新旧填土区域的应用进行了分析和探讨。
1工程概况
广州市监狱项目选址于一废弃矿场（石灰石采石场，水泥的主要原材料）的堆填区，主要堆积物为矿石层上覆土、岩及废矿渣，堆积物差异较大。该项目拟建47栋单体，上部结构全部采用框架结构。从北向南分三个功能区：警察办公区（（楼高1-9层）、监管区（楼高1-4层）、武警营房区（楼高1-7层）。场区原地形地貌为丘陵地貌，陡坎较多，高差较大，高程在20-103m之间。通过局部开挖及堆填的处理方式，整个场地呈南高北低走势，武警营区高一个台阶（高出约30m）。场地平整后，警察办公区平均填土厚度4-5米（填土最厚约7.5米，最薄约4.5米）；监管区，土方平衡区域，有挖有填，多余土方弃运，新填土最厚约8.5米，挖土部位老填土一般仍大于6米，老填土多已完成自重固结；武警营房区部份已挖到山坡原土。整个工程挖运土方222万方，填方量70万方，弃方量约145万方。场地地层可划分为第四系人工填土层、冲积层（警察办公区域含有一层较厚的淤泥层）、殘积粉质粘土层、下部基岩为灰岩。
场地地下水为第四系孔隙水和灰岩溶洞裂隙水。地下水的补给主要来源于大气降水补给。以土孔隙及碎石空隙、溶洞裂隙作为主要储存、迳流通道，其排泄主要是通过地层的垂向及侧向排泄和蒸发，以废弃的采石坑水面为场地的排泄基准面。该区雨水丰富。
2地基基础的型式选择和强夯设计参数选取
2．1地基基础的型式选择
根据场地地质情况和上部结构设计要求，警察办公区由于填土下存在较厚的淤泥层，基础型式选择预应力管桩基础，这里不展开讨论。监管区和武警营区采用强夯处理地基上的筏板基础，地基基础设计等级为丙级。强夯面积约8万平方米。
2．2强夯设计参数的选取
2.2.1要求进行强夯处理后的地基承载力特征值达到200Kpa，地基变形模量较强夯前提高70%。
2.2.2强夯法的单击夯击能3000（Kn•m）、4000（Kn•m）（具体布置见强夯分区平面布置图1）
2.2.3 夯击遍数根据本工程地基土的性质确定，采用点夯 2 遍，每遍4击。最后再以低能量（1000（Kn•m））满夯 2 遍，每遍4击，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接 1/4。夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线进行调整，并应同时满足下列原则：（1）最后两击的平均夯沉量不宜大于50mm（2）夯坑周围地面不应发生过大的隆起；（3）不因夯坑过深而发生提锤困难。
2.2.4根据本工程地基土的渗透性和地下水排向采石坑的特殊性，两遍夯击之间的时间间隔取为3天。两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。对于渗透性好的地基可连续夯击，本工程地基土为人工回填的碎石土并含有大量块石，土中裂隙多，保水性差，综合考虑强夯后孔隙水压力的消散时间，将两遍夯击之间的时间间隔取为3天，待试夯完成后再定是否调整。
2.2.5夯击点位置根据基底平面形状，采用间隔4m布置，具体见夯点平面布置图。依据强夯处理前后地基土参数的变化，初步确定强夯施工平面比设计基础平面高80cm。第一遍夯击点间距取夯锤直径的 2.5 倍左右，本工程取4m，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点间距不变。强夯处理范围大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度5m。
2.2.6强夯法的有效加固深度7.0～8.0 m强夯法的有效加固深度按《建筑地基处理技 术 规 范 JGJ 79-2002》中表 6.2.1 进行预估。强夯法的单击夯击能3000（Kn•m），对应的有效加固深度7.0～8.0 m（强夯法的有效加固深度应从最初起夯面算起）试夯完成后再根据现场试夯结果调整。
3 强夯施工
3．1强夯施工工艺流程和注意事项
3.1.1 强夯施工可按下列步骤进行：
3.1.1.1 清理并平整施工场地；
3.1.1.2 标出第一遍夯点位置，并测量场地高程；
3.1.1.3 起重机就位，夯锤置于夯点位置；
3.1.1.4测量夯前锤顶高程；
3.1.1.5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，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；
3.1.1．6重复步骤3.1.1.5，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；
3.1.1.7换夯点，重复步骤3至6，完成第一遍全部夯点的夯击；
3.1.1.8用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；
3.1.1.9在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。
3.1.2注意事项：
3.1.2.1开夯前应检查夯锤质量和落距，以确保单击能量符合设计要求。
夯锤质量 * 落距 ≥ 单击能量
（KN）（M）（KN.M）
3.1.2.2强夯锤质量可采取15t以上的铸钢，其底面形式宜采用圆形，直径约2.4m，锤的底面宜对称设置若干个与其顶面贯通的排气孔。
3.1.2.3施工机械宜采用带有自动脱钩装置的履带式起重机（如 45-50t履带吊机），设有防止落锤时机架倾覆装置。
图1 强夯分区平面布置图
3.1.2.4当场地表土软弱或地下水位较高，夯坑底积水影响施工时，宜采用人工降低地下水位或铺填一定厚度的松散性材料，使地下水位低于坑底面以下2m。坑内或场地积水应及时排除。
3.1.2.5施工前应查明场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等，并采取必要的措施，以免因施工而造成损坏。
3.1.2.6本工程采取挖减振沟的方法进隔振或防振措施，沟深为2.5-3m，在端部设集水井。
3.1.2.7在每一遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正；
3.1.2.8检查施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其他有效措施。
3.1.2.9强夯处理后的地基竣工验收承载力检验，应在施工结束后间隔一定时间方能进行，其间隔时间取7d。
3.2试夯
在大面积面积施工前，选取三个有代表性的地块作试夯，每块面积20m×20m，分别位于新填土区的3000（Kn•m）、4000（Kn•m）和旧填土（挖方）区的3000（Kn•m）区域。锤重统一用26.3T，锤直径2.3m。夯锤质量*落距≥要求单击能量，为保证每击能量达到设计要求，设定的提锤脱勾高度一般比理论落距高1米左右。3000（Kn•m）、4000（Kn•m）能级落距分别为13.5m和17.5m。试夯在1月21-26日进行，采用点夯2遍，每遍4击。最后再以低能量（1000（Kn•m））满夯 2 遍，每遍4击，每遍点夯间隔3天，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接1/4。试夯点夯总夯沉量在1-1.5m之间，最后两击的平均夯沉量在80-150mm之间，没满足设计要求的小于50mm的夯沉量，可能是选用的锤比设计要求（15T左右）重，造成单位面积的冲击能比设计的高有关。3月1-3日由检测单位用0.5m2的园形压板对上述强夯加固的地基进行静载检测。（从试夯到检测天气一直晴好）。试验结果非常理想：各级加荷沉降速率均能达到相对稳定标准，在最大试验荷载400KPa作用下沉降速率达到相对稳定标准时，压板的总沉降量为15.95mm、27.07mm、23.76mm，承压板周围的土体没有出现挤出和明显的隆起，且承压板累计沉降量与承压板直径之比均小于0.06（即47.88mm），得到该3点试验土层的地基承载力特征值均为了200KPa，达到设计要求。根据对应承载力特征值时压板沉降值计算的土层变形模量分别为15.69MPa、16.32MPa、17.37MPa，达到低压缩性土的程度。
3．2强夯施工
试夯的承载力检测达到设计要求后，按试夯的参数和强夯施工布置图开始对具备条件的区域进行大面积施工，根据需强夯的面积共进了4台强夯机进行施工。至6月中旬完成了3000（Kn•m）强夯区约5000m2、4000（Kn•m）强夯区约3000m2。此时建设方委托的第三方检测单位进场分别进行标准惯入试验和压板静载检测，其中压板检测开始就出现异常，连续三个检测点检测不合格，且与设计值差距较大。分析认为是否是锤击次数少，没达到设计最后两击平均夯沉量≤50mm的要求造成的。随即在不合格点附近再次进行40个点的强夯，每个夯点夯10击，但仍达不到要求。又在同一地块另选一块作加石夯，经过28个夯点的试验，每个夯点夯击数在12-20击之间，平均夯15击以上，平均每点加入石块20立方以上。最后两击平均夯沉量最小85mm，最大220mm，平均140mm，并且有随着夯击次数的继续增加，夯沉量不变小反而有增大的趋势，强夯区四周隆起严重。该方法造价高，施工速度慢，显然不行。为了摸清已夯区的地层承载力情况，施工单位聘请另一家检测单位与该检测单位一起在已完成施工的区域选三个点，在每个点相邻独立检测，比较检测结果。两家单位的检测结果仍未达到设计要求的200KPa标准，但建设方委托的检测单位的数值较另一单位的结果低较多，我们对比了两检测报告，发现取值较低的原因是该检测没有根据本工程地基基础设计等级合理取值，而是按地基变形取值，要求最严格。调整后两个检测报告结果在160-175KPa之间。经设计复核，除武警营区和部分监管区块仍按原标准，其它的按165KPa标准进行检测。未施工的一律按4000（Kn•m）进行强夯。新填土最厚的东侧排洪沟由于用地红线问题，迟迟不能回填，雨季已到，回填土含水量大，压实困难。综合考虑安全和工期问题，设计把该部位的5栋建筑及位于边坡部位的附属建筑强夯筏板基础改为预应力管桩基础。（这段时期经常下雨）
4强夯检测
4．1压板检测
平板载荷试验可确定承压板下应力主要影响范围内处理土地基承载力特征值和变形参数。本工程强夯影响深度范围为7-8m，规范要求用不小于2m2的刚性板，本次检测用2m2园形板。采用慢速维持荷载法逐级加载，共分8级加载和4级卸载，卸载量为加载量的2倍，设计值为200KPa、165KPa的最大加载量分别为800KN（400KPa）和660KN（330KPa）。
确定单个试验点的的处理土地基承载力特征值应符合下列规定：
①当Q-S曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值。②当能确定极限荷载和比例界限，且极限何载小于对应比例界限荷载的2倍时，取极限何载的一半。③当出现加载至最大试验荷载，承压板沉降速率达到相对稳定标准，且Q-S曲线无法确定比例界限，承载力又没达到极限时，取最大试验荷载的一半所对应的荷载值。④当地基承载力特征值需按地基变形取值时，可按《建筑地基基础检测规范》DBJ15-60-2008表8.4.3对应的地基变形取值，但所取的承载力特征值不应大于最大试验荷载的1/2（该条只是在对地基变形要求较高的情况下使用，如重要的设备基础，荷载不大，但地基变形要求严格）。本工程压板试验所检测的103个点结果均达到了设计值200KPa和165KPa。在各级荷载作用下的沉降量均在规范允许范围内，P-S曲线为缓变型曲线，没有明显的比例界限，S-lgt曲线均呈平缓规则排列，曲线尾部均未出现明显向下弯曲趋势。承载力特征值取值属于上述第③种情况。典型荷载—沉降试验结果曲线如下图2。
图 2 典型荷载--沉降试验结果曲线
强夯地基变形模量通过原位测试确定，计算式如下：E0=I0（1-μ2）pb/s。 E0——变形模量（MPa）；I0——承压板形状系数，园形取0.785，方形取0.886；μ——土的泊松比（碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉质粘土取0.38，粘土取0.42）；b——承压板边宽或直径（M）；p——地基承载力特征值（KPa）；s——与承载力特征值对应的沉降量（mm）。通过对104个检测数值的计算，变形模量介于13.23-18.50MPA之间，变形模量有明显提高。
4．2标贯检测
夯后有效加固深度可通过标准贯入试验或其它动力触探方法确定，本工程根据填土情况采用标准贯入试验，根据不同深度的标贯击数，推定强夯处理地基的地基承载力。标贯击数——深度曲线图有二种形式：第一种是标贯击数随深度递增，如图3，老填土区基本以这种形式出现；
在有新填土的地方有1/3呈现出这种形式，多数在3-4米深度的地方出现减小，少量在5-6米的地方出现，一般减少1-3击，少量超过4击。标贯击数换算成地基承载力特征值一般在250KPa以上。413个标贯检测点中有42点存在小于200KPa的，但均处于设计要求的165KPa地区内，最小6击换算成承载力特征值为168KPa。强夯结果均达到设计要求。
5综合分析和评价
5.1对于需要进行地基处理的大面积厚层人工填土地基，强夯法较其它处理方法有较明显的优势：
5.1.1与分层压实方法比较：施工速度快，对回填土的含水率要求没那么严格，地基承载力较分层压实法易取得较高值。
5.1.2与深层搅拌桩或旋喷桩比较：施工速度快，造价低廉。但加固深度受限，且地基承载力较低，施工易受天气影响。
强夯法处理人工填土一般较适用于场地较
开阔，邻近无对震动敏感的构建筑物，地基承载力要求又不是很高的浅基础建筑场地。从上述检测结果看，强夯法对人工填土地基加固效果明显，造价较低，与同项目的预应力管桩基础相比，强夯筏板基础造价约低30%。但工期不能保证。在南方多雨地区，强夯加固粘土含量大的人工填土，需注意安排施工时间，尽量避免雨季施工。
5.2从本工程的施工和检测过程来看，雨水对强夯施工和检测结果有显著影响。在雨季
进行强夯施工，工期难有保证，对粘粒含量较大的人工填土，雨水会使强夯效果大打折扣，雨水对承载力检测影响明显。由于本工程场地大，又受外界因素影响，强夯施工和检测时间跨度大，旱季、雨季和晴天、雨天都经历过，不同的天气对检测数值都存在一定的影响，尤其是暴雨，浅土层受雨水浸泡变软，影响承载能力。从本工程用2 m2园形压板检测的104个测点在加到设计荷载时得到的累计最大沉降量数值与压板直径的6%（96 mm）相比，绝大多数小很多。60%在20 mm以下，40 mm以下的超过90%，数值较大的不少与雨水有关。如果在旱季检测，全部按200KPa的设计值检测也很可能达到。结构沉降观测表明，沉降很稳定，沉降量小。从侧面说明地基稳定。
5.3强夯收锤标准可能以单位面积冲击能量来确定更合理，同样是4000（Kn•m）的单次冲击能，不同的锤底面积，对土体的压强是不一样的，造成的土体夯沉量也会不一样。
5.4强夯地基土的压板试验参数取值应要结合地基基础设计等级来适当取值，如果地基基础设计等级低，压板检测参数取值按高标准，得到的地基承载力过低，会造成基础设计过于保守，造成重大的浪费。
5.5本工程标贯检测结果表明：新填土强夯影响效果在垂直方向上1-3米挤密效果明显，3-4米的的深度范围有所减弱。老填土已完成自重固结，传力效应好，没有明显的上部压密层效应。
参考文献：
[1]任新红，强夯法加固地基的机理探讨，路基工程，20079（2）。
[2]DBJ15-60-2008，建筑地基基础检测规范。
[3]JGJ79-2012，建筑地基处理技术规范。
[4]林宗元，岩土工程治理手册，沈阳：辽宁科学技术出版社，1993。
[5]广州市监狱项目地基强夯设计图纸及设计变更文件。
[6]广州市监狱项目地基强夯处理平板载荷试验检测报告及标准贯入试验检测报告。
作者简介：
陈艺中。任云明 广州珠江工程建设监理有限公司
论文作者:陈艺中,任云明
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/7/29
标签：地基论文; 压板论文; 承载力论文; 荷载论文; 特征值论文; 填土论文; 工程论文; 《基层建设》2016年9期论文;