填土地基加固工程中的强夯法施工技术分析

王朝华

（四川启明星铝业有限责任公司，四川 眉山 620010）

前言

近年来，随着强夯法技术的不断成熟，在我国各类建筑物，如工业厂房、民用建筑、贮罐堆场、公路、铁路、机场跑道、港口码头、体育场等的地基加固工程中得到广泛应用，并取得丰富的经验和良好的经济效益。尤其对于城市周边利用杂填土场地和山区城市周边利用深 (杂)填土场地兴建的工程项目，强夯法地基加固是一种较有效的方法。

1.强夯法的特点介绍

强夯法是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过8～30t的重锤、8-20m的落距，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为500～8000kN·m。在地基土中出现的冲击波和动应力，可提高地基土强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件及消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可以提高土层的均匀程度，减少可能出现的差异沉降。强夯法不仅用于加固砂土和碎石土地基，而且经过30多年的发展和应用，目前它已适用于碎石土、低饱和度的粉土和粘性土、湿陷性黄土及杂填土等地基处理。

2.填土地基强夯法需注意的几个问题

在填土地基强夯施工过程中，由于缺乏十分可靠的设计数据和成熟的施工经验，计算方法和数据资料的准确度还不够确切，加上地基土层构造复杂，因此在今后的施工过程中应注意以下问题：

2.2.在强夯施工过程中，应注意以下方面：①当夯击深度达到或超过锤高时，如继续施工则须在坑内铺填大碴、碎石后方可继续进行，否则由于土壤粘性过大，加上周围土壤对重锤的挤压作用，将会大大增加吊车的负载使其起吊困难，甚至引发倾覆事故；②如发现土壤含水量过大，则应加强降水工作，并连续观测降水深度，待土壤含水量满足要求时再进行施工；③每点夯击时均须达到设计要求，才能进行第2遍点夯施工；④强夯施工中的夯锤最好用铸铁或废钢铁制成，锤中预留排气孔，孔径为250mm为宜，以减少空气阻力及地质土层粘结力，提高锤击功能；⑤尽量加强防震措施(如防震沟等)，确保周围建构物的安全；⑥吊车扒杆上部宜绑扎废旧轮胎，以免吊钩因脱钩时的惯性而碰坏吊车扒杆，确保设备安全；⑦严格注意安全，强夯施工区应围蔽和设计警示牌，非工作人员不得进入。

2.3.强夯施工完成后，必须进行有效的检测和试验，达到设计和规范要求后才能进行主体结构施工。

3.常用估算方法

目前国内外有关有效加固深度的估算方法多达几十种，无论是从工程实用角度还是从强夯机理的理论研究出发，在研究思路方面都具有一定的开拓性，也各有其优缺点。由于土体的复杂性和地区性，使得很难建立一个通用的估算公式，因此大部分公式都使用了修正系数，但它的存在又使得估算时人为因素和地区经验因素往往影响着修正系数的取值，从而影响最终结果的精确性。

3.1.Menard 公式系数修正法

由于在国内外强夯工程实践中，Merard初始公式得出的计算值普遍偏大，因此后人又提出了修正的Merard公式法，即乘以有效加固深度修正系数α：

式中：m 为夯锤重量(kN)；h 为落距(m)；α 值随土中粘粒含量增大或含水量增大而减小，研究人员给出了不同的修正系数，其变动范围为0.35～0.80，一般对粘性土可取 0.5；砂性土取 0.7：黄土取0.3～0.5。

3.2.Billam 法

Greenwood等人在《深层致密与灌浆》中介绍了J.Billam(1979)提出的计算方法，与Menard公式相比，该公式考虑了夯锤底面积和土体阻尼对强夯加固深度的影响，量纲上也避免了Menard经验公式的矛盾。即：

由于炭黑温度最终控制是以二级提升机出口炭黑温度TE-5213为主要技术指标，但温度的变化从造粒水流量调节开始到尾气流量调节结束后才能反映出来，存在40 min的滞后，炭黑温度需要及时参与到前馈串级控制中去，一级提升机出口炭黑温度TE-5212与TE-5213之间有差值。为控制最终温度TE-5213，增设二级提升机出口温度TIC-5213调节回路，开环比例CP输出。

式中：H为强夯的有效加固深度(m)；m为夯锤的重量(t)；h 为落距(m)；k 为折减系数；g 为重力加速度(m/s2)；q 为土骨架动阻力(kN/m2)，与土的种类和初始密度有关，一般取0.10-0.16；D为夯锤底面直径(m)。该法适用于粉土、砂土、黄土和粘性土，且计算精度相对较高。

4.实例分析

某公司在近两年回填的场地上建造2幢5层宿舍楼，地质勘察资料揭示，拟建场地回填土层厚6-9m，土质松散，亚粘土埋藏较深且厚度变化大，基岩埋藏深且岩面起伏，尤其是2#宿舍楼南墙轴线紧邻 高边坡，相距仅不足5m。根据上述情况，如果采用独立基础方案，则工程量大，施工难度大且造价高，如采用桩基方案，则因填土层孤石较多，质量难以保证且施工周期长。经反复研究，决定采用强夯法加固地基和条形基础的设计方案。

4.1.场地地质条件

(1)亚粘土[I]，红褐色，呈可塑状态，软硬不匀，具中等压缩性，承载力特征值R=180kPa，压缩模量Es=6MPa；(2)人工回填土：由邻近平整场地陆续搬运的土石方堆填而成，填土结构松散，多空穴，土质软硬不均，压缩性高，填土厚度5～9m，含水量 30%～60%，静止水位-4m～-7m(以场地地坪面为±（0.000)，含粒径lO-40cm的块石；(3)基岩：场地下伏基岩为泥岩、泥灰岩及砂质泥岩，岩面起伏大，强风化泥岩R=500～800kPa。从现场地质表层情况看来，全部回填土均为近1-3年内堆填而成，场地土质成分复杂，无规律、土层厚度不匀且软硬不一，土的颗粒和孔隙率大小不等，在同一建筑场地的不同位置，其承载力和压缩性有较大差异，根据规范要求，该场地浅层不宜作为持力层或直接建造房屋，必须先进行地基处理；(4)亚粘土[II]：红褐色，软塑，压缩性高，夹软塑状粘土及碎石、砾石等，R=80kPa，Es=4MPa；(5)耕土：灰绿、黑灰，可塑，部分含植物须根，厚 0.2～0.6m。

4.2.强夯施工

根据本工程荷载分布的具体情况，按条形基础方案进行强夯设计及施工，夯实后要求承载力特征值达180kPa以上，压缩模量Es=10MPa。在施工过程中，考虑到回填土的具体情况，适当铺填大碴，第1、2遍进行点夯施工，间距4.5m，按条形基础方向依次进行，各点夯击数在10击左右，控制最终1击沉降量为5cm内，然后用推土机将场地推平和重新放线，进行第2遍施工，结束后再用推土机平整场地和重新放线，接着进行遍夯，遍夯时锤底搭接尺寸为50cm，控制最终1击沉降量为8-15cm，每遍夯击施工间隔时间在7d以上，若能达到15d以上则效果更好。在强夯施工中，我们于强夯前、强夯施工中及强夯完成后均安排专人进行高程测量，经测量计算其总沉降量平均为2.61m。经1个多月的强夯施工，我们顺利完成了总面积1176m2的地基强夯施工任务。

4.3 荷载试验

本工程地基强夯施工完成15d后进行地基测试，考虑到施工期间雨天多，土质含水量较大，故在强夯施工时填入一定数量的大碴、碎石，基本上改变了原填土层的结构性能，因此其物理状态试验，压缩模量试验，旁压仪测试及静力触探等工作亦难以得到准确的数据，所以决定对本工程进行室内土工试验和荷载试验。

在1#、2#楼各选定1组(3点)进行室内土工试验，其结果较理想，但室内土工试验的可信度也较低，我们重点对1#号楼选定3点，2#楼选定6点，未强夯处选定3点，进行荷载试验，经测试，1#、2#楼地基承载力特征值分别为R=220，200kPa， 压 缩 模 量 分 别 为 Es=10.4，10.5MPa，未夯击处 R=60kPa，Es=6MPa。经荷载试验和室内土工试验，特别是12个点的荷载检测，结果证明本工程地基经强夯加固施工R≥200kPa，Es≥10.4MPa。

4.4.地基强夯设计计算

根据工程实际情况，我们确定采用130kN锤、锤底面直径2.2m、落距15m进行强夯施工。经理论分析计算，根据法国梅拉公式H=√E=√Qh(m)初步确定强夯的加固深度，同时根据国内有关单位的实践经验及测试数据，强夯后有效加固深度D1略小于梅拉公式中的H，其影响系数K=D1/H，对一般粘性土和杂填土，水位较低时 K=0.5～0.8，本工程中取 K=0.6，则有效加固深度D1=K√Mh=0.6×13.96=8.4m根据地质资料和现场具体情况，本工程仅有2处填土厚度为9m，其余均在8.5m以下，说明强夯法地基处理适用于本场地的填土厚度、地下水深度及填土土料，强夯后的地基土能满足结构设计要求。根据分析计算，我们采用130kN重锤，底板面直径 2.2m，落距 15m，采用 25t履带吊机，吊钩设置自动脱勾装置，扒杆起吊角度控制在70°～75°，经24h内对8个点进行试夯，每点锤击4～6击，夯击总沉降量均为 1.6～2.8m，与预计值基本一致。

4.5.对邻近构筑物的影响

地基强夯施工是以极大的冲击能量压实地基土层，施工时不可避免地对邻近建构物产生振动，本工程施工中经观察，我们认为在2000kN·m以下的强夯施工中，如果采取了适当的隔振和减振措施，对于距离超过15m的邻近建构物不会造成较大影响。

4.6.沉降观测

在本工程地基强夯区域内测试完成并检测合格后，再进行主体结构施工，同时布置14个沉降观测点和2个固定观测标准点(固定在岩石上)，按施工进度分别进行了7次沉降观测，最终一次在结构竣工后45d进行，1#、20#楼累计沉降量分别为5～10m和4～1lmm，满足设计要求。

结语

本工程地基经强夯加固后，承载力特征值R由60kPa提高到200kPa，压缩模量E：也提高近1倍，其工程费用仅为桩基方案或独立基础方案的约50%，同时节约水泥360t、钢材85t，施工工期控制在3个月内，取得明显的经济效益。

[1]张志勇.强夯法地基处理施工方法.《山西建筑》.2010年24期.