强夯法处理软土地基实例分析

　　摘要：强夯法具有施工简单、效果可靠、经济易行等优点在世界各地多种类型、多种目的的地基处理工程中得到了日益广泛的应用。本文结合工程实例分析了强夯法的可行性，论述了强夯法在软土地基加固处理中的施工要点。
　　关键词：软土地基，强夯法，施工
　　强夯法又称动力固结法(Dynamicconsolidation),就是用起重设备反复将80kN～400kN的锤(最重达2000kN)起吊到8m～25m高处(最高达40m),而后利用自动脱钩释放载荷或带锤自由落下,其动能在土中形成强大的冲击波和高应力,从而提高地基土的强度、降低压缩性、改善抗振动液化能力、消除湿陷性等。同时,夯击能还可提高土层的均匀程度,减少将来可能出现的差异沉降。该法自诞生以来,以其经济易行、效果显著、设备简单、施工便捷、节省材料、质量容易控制、适用范围广、施工周期短等突出优点,在世界各地多种类型、多种目的的地基处理工程中得到了日益广泛的应用。
　　1工程概况及场地岩土工程条件
　　1.1工程概况
　　该工程拟建的主体构筑物为配水池、絮凝沉淀池、恒速滤池、清水池。由于场地浅部由人工填土层等软弱土层组成，不能满足地基基础设计的要求，因此必须对地基进行加固处理。根据设计要求：地基处理的有效深度为6m，经过处理后的地基承载力特征值ƒak不得低于150kPa。本工程软土地基加固处理的面积约8720m2。
　　1.2场地岩土工程条件
　　根据工程地质勘察报告,该场地分布的主要岩土层有：
　　(1)人工填土层：A素填土层,松散～稍密状,厚度为1.8～5.6m，堆填时间为5～6年。
　　(2)第四系冲积土层：B-1粉质粘土层，可塑状、层厚0.5～3.4m；B-2粘土层，可塑状、层厚1.4～7.8m；B-3中砂层，稍密状、层厚4m。
　　(3)第四系残积土层：C粉土层，可塑～硬塑状、层厚1.2～9.5m。
　　(4)基岩风化层：D强风化含砾砂岩揭露厚度为3.5～15m。
　　该场地地下水类型主要为赋存于中砂层中的孔隙潜水，其次为赋存于人工填土中的上层滞水，基岩裂隙水贫乏。
　　2地基处理方案的确定
　　根据工程地质勘察报告中提供的岩土承载力特征值、土的状态及物理力学参数，本着“方法可行、经济节约”的原则，对浅部地基处理常用的换填垫层法及强夯法两种方案进行了比较。
　　(1)换填垫层法：适用于浅层软土地基及不均匀地基的处理，换土垫层材料可采用砂、砂石、灰土等，但厚度不宜大于3m。采用灰土换填材料，石灰选用新鲜消石灰，土料选用粉质粘土，两者体积比按3∶7计，本工程采用换填垫层法处理时预算造价较高。
　　（2）强夯法：适用于浅层软土地基的处理，使用设备简单、施工方便、施工工艺及检测方法相对简单，有利于总体工程施工的组织安排。本工程采用强夯处理的预算造价相对比采用换填垫层法的造价低。
　　经综合对比，在满足设计要求的同时，选择既能保证工期而且施工费用较少的强夯法对地基进行加固处理。
　　3强夯参数的确定
　　3.1有效加固深度
　　强夯加固地基的有效加固深度以广东省《建筑地基处理技术规范》（DBJ15-38-2005）公式计算,见式1。
　　（1）
　　式中h———有效加固深度（m）；
　　α———修正系数,可取0.5～0.8（根据土质情况而定,粘性土取0.5）；
　　Q———锤重（t）；
　　H———有效落距（m）。
　　3.2单击夯击能
　　强夯的单击夯击能根据地基土类别、性质,上部结构类型、荷载大小、基础形式和要求处理深度等综合考虑,并通过试夯确定。本项目要求处理深度为6m。
　　本工程中原定采用夯锤质量为25t，锤径为2.2～2.4m，落距第一、二遍为10m，后考虑附近找不到此种参数的夯锤，为赶在雨季来临之前完成强夯工作而改选定夯锤质量为16.5t，直径2.0m，落距为15.2m，则：QHg=16.5×15.2×10≈2500（kN•m）,QHg值即为单击夯击能。
　　3.3夯击遍数与夯点布置
　　本工程强夯采用两遍点夯一遍满夯。两遍点夯布点均采用5m×5m正方形布点，第二遍夯点位于第一遍夯点四个相邻点的对角线相交处，两遍布点最后形成梅花形布点（见图1）。满夯夯锤印间搭接0.5m（见图2）。
　　
　　图1点夯布置大样图图2满夯布置大样图
　　3.4点夯每点夯击数及间歇时间
　　点夯每点夯击数均为6～8击，两遍点夯施工间歇时间不小于14d。
　　3.5满夯夯击能及每点夯击数
　　根据《建筑地基处理技术规范》（DBJ15-38-2005）的规定：点夯完成后，应以低能量满夯1～2遍，锤印搭接。在本工程中，根据现场回填土的实际情况，结合施工单位以往的施工经验，采用一遍满夯，满夯夯击能取1000kN•m；满夯每点夯击数为2～3击。
　　4强夯法施工
　　4.1施工准备
　　在施工准备阶段，施工人员对机械设备进行了安装、调试和维护，并对设计图纸和场地地质资料进行了熟悉。工程测量人员第一时间进入施工现场，收集已有控制点成果资料，详细、准确地绘制了水准基点的布置图；并对加固处理场地范围附近的地下管线位置进行了细致检查和测量，以免因强夯施工造成破坏。
　　4.2强夯机械设备
　　采用50t履带式起重机作为提升机具，采用自动脱钩器来起落夯锤，夯锤采用直径2.0m的钢板壳内填混凝土锤、夯锤质量16.5t，采用140W推土机进行场地平整，采用经纬仪、水准仪等测量仪器进行放点和夯沉量观测。
　　4.3试夯
　　试夯参数：点夯单击夯击能为2500kN•m，点夯每点夯击数为6～8击，点夯收锤标准为最后两击平均夯沉量须小于5cm；满夯单击夯击能为1000kN•m，满夯夯锤印间搭接0.5m，满夯每点夯击数为2～3击。
　　试夯：在做好强夯施工的准备工作后，施工单位会同甲方、设计、监理、质检等相关单位在场地内选择有代表性的3个夯点进行了试夯施工，按《建筑地基处理技术规范》（DBJ15-38-2005）的要求做好每个夯点的施工记录，试夯施工结束2周后，对试夯场地进行了检测。根据试夯夯击情况、施工数据以及检测结果对比显示，强夯设计参数是合理的，可作为最终的施工参数。
　　4.4施工操作
　　4.4.1点夯施工
　　点夯施工按如下步骤进行：
　　A平整场地、测量场地标高，并按照夯点平面布置图将第一遍夯点进行定位放点；
　　B起重机就位，使夯锤对准夯点位置；
　　C测量夯前锤顶标高；
　　D将夯锤起吊至预定高度15.2m后脱钩器自动开启，待夯锤脱钩自由落下后放下吊钩、测量锤顶标高（施工中若发生坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平后再进行夯击）；
　　E重复步骤D，按设计规定的夯击次数及控制标准完成一个夯点的夯击；
　　F换夯点，重复步骤B～E，完成第一遍夯点的夯击；
　　G用推土机平整场地并测量整平后的场地标高；
　　H间隔14d后，按照上述步骤完成第二遍点夯的夯击。
　　4.4.2满夯施工
　　在第二遍点夯施工完毕后，用推土机将场地整平，然后进行满夯将场地浅表松土夯实。本工程满夯单击夯击能为1000kN•m，采用搭夯施工。
　　施工时，行走强夯机到达指定的位置，调节起吊高度为6.1m、满足满夯单击夯击能1000kN•m的设计要求，使夯锤对正起始位置，起吊夯锤夯击地基，达到设计锤击数后，移动夯锤至将要施工的夯点与已施工夯点搭接0.5m后，吊起夯锤继续夯击，重复上述步骤直到覆盖式夯完所有夯区。满夯施工完毕后，用20t振动压路机对场地进行了碾压。
　　4.5施工质量控制要点
　　严格按照施工程序组织施工，施工前检查锤重和落距,以确保单击夯击能符合设计要求；在每遍夯击前，对夯点放线、夯点布置进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯时及时纠正；施工过程中及时、准确地作好每个夯点的夯沉量等原始资料的记录；加强质量监督检查工作，除设立专职质检员对施工质量进行监督检查外，在各工序之间经常开展自检、互检活动。
　　5强夯检验
　　强夯施工结束2周后，采用动力触探试验和压板载荷试验对强夯地基处理质量进行了检验。
　　5.1动力触探试验
　　动力触探试验的目的是为了推定处理后的土地基的地基承载力，检验强夯处理的加固深度、评价强夯地基处理的施工效果。本工程采用N63.5重型动力触探进行试验。
　　动力触探试验点按网距15～20m布置，共布置30个检测点位，累计检测试验185.00m。试验过程遵循《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）的有关规定进行，N63.5重型动力触探试验结果及地基承载力特征值见表1。
　　表1地基持力层承载力特征值
　　层号及岩土名称 厚度（m） N63.5平均击数 承载力特征值（kPa）
　　A素填土 0.6～5.9 6.3 ≥150
　　B-1粉质粘土 1.9～4.2 4.5 170
　　B-2粘土 0.5～2.3 3.5 160
　　B-3中砂 0.6～1.8 5.6 180
　　C粉土 1.4 8.2 200
　　
　　5.2压板载荷试验
　　试验的目的是了解较深范围地基土的承载力和变形模量。根据《N63.5重型动力触探试验报告》的检验结果，共选取场地内三个最薄弱的点进行压板载荷试验。并根据规范关于试验中的总加载量不小于设计要求值的两倍的规定，在本次试验中每个试验点共压了12块钢筋混凝土件，每件试件尺寸均为1.0m×1.0m×1.0m，总加荷重为300kN。检测报告显示，三个检测点的荷载-沉降量（Q-s）曲线较平缓，沉降量-时间对数（s-lgt）曲线基本呈平行规则排列，说明场地内的地基承载力ƒak≥150kPa。其试验结果见表2。
　　表2压板载荷试验结果
　　试验点号 压板面积（m2） 设计承载力特征值（kPa） 要求试验最大荷载（kN） 最大
　　沉降量
　　（mm） 残余沉降量（mm） 承载力特征值相对应沉降量
　　（mm）
　　1 1 150 300 3.68 3.11 1.86
　　2 1 150 300 2.92 2.82 1.92
　　3 1 150 300 3.03 2.83 1.77
　　5.3强夯效果
　　N63.5重型动力触探试验和压板载荷试验的结果均表明：经过强夯处理后的地基承载力ƒak≥150kPa,完全满足地基基础的设计要求，说明本工程的软土地基强夯处理效果明显,证明了强夯法是一种行之有效的地基处理方法。
　　6结束语
　　综上所述，强夯法是一种施工简单、效果可靠、经济易行的地基加固处理方法，对既有填土区又有原状土区的地基处理效果较好，值得推广。
　　【参考文献】
　　[1]吴灿宴.强夯施工在地基处理中的应用[J].福建建筑,2001(3):50-51.
　　[2]叶书麟,叶观宝.地基处理[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.38.
　　[3]史如平,韩选江.土力学与地基工程[M].上海:上海交通大学出版社,1990.409.

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