强夯法处理某办公楼湿陷性黄土地基实例分析

李 昊

1 工程概况

本工程为一框架结构的教学楼，6层，建筑面积3 488.6 m2，首层建筑面积582 m2，位于山西省大同市，基础为筏片基础，基础传给基底的压力为165 kPa。根据岩土勘察公司提供的地质报告，本工程的地质构成如下:

①杂填土:由砖块、杂土、矸石、灰渣等组成，无结构，分布无规律，土质不均匀，力学性质差，标贯击数2击。土层厚度的分布大体为从西北往东南逐渐增厚，厚1.5 m～2.0 m。②黄土状粉质粘土:褐黄色、灰黄色、灰褐色等;孔隙发育;具多量钙质斑点;稍湿～湿;韧性低;干强度中等;具有湿陷性，湿陷系数δs=0.024～0.104，无自重湿陷，湿陷的起始压力Psh=120 kPa～130 kPa，湿陷性强烈，层厚7.0 m～7.5 m，本层土的地基承载力特征值为110 kPa。③粉质粘土:褐色、褐黄色，中段为灰绿色;饱和，可塑;韧性中～高;干强度中等;中压缩性土，场地分布均匀，厚度较大，约10 m～12 m，本层土的地基承载力特征值为170 kPa。

同时距离本场地东边12 m左右，为学校旧的教学楼，4层，混凝土框架结构。

2 地基处理方案

根据地质报告提供的地质条件和设计条件，基础的持力层为第②层，而第②层的黄土状粉质粘土既具有湿陷性，同时承载力又达不到要求，因此设计上必须采取相应的处理措施。本工程可采取的措施包括两种:第一种为地基处理，最常用的就是基底土换填，将湿陷性黄土全部换填成承载力较高的灰土;第二种为采用桩基，通过桩基，跨越湿陷性黄土层，将持力层放在第③层粉质粘土上。采用第一种方案，工程量较大，一般换填厚度在3 m～4 m以内是比较经济的，而本工程为7 m～7.5 m，同时本工程周围场地有限，无法大开挖。采用第二种桩基方案，本工程基础部分的造价较高，不经济，桩基一般用在要求地基承载力较高的高层或承载力较大的工业建筑中比较经济，而用在多层中很不经济。以上两种方案都不予考虑，还有一种地基处理方案就是强夯法，即对湿陷性黄土层进行强夯:1)消除湿陷性;2)可以提高地基承载力，同时强夯法工程量小，经济效益比换填和桩基础好。

强夯法就是将夯锤反复提高到高处使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实的地基处理方法。

由于强夯置换法尚无理论计算公式，因此在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。本工程在施工设计前，在施工现场的西北角进行了试夯，试夯时，各个参数进行如下确定:

1)强夯处理范围。根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范规定，夯击处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3 m。本工程湿陷性黄土处理深度为7 m，因此处理范围为每边扩出基础边缘4 m。

2)强夯能级的选择。强夯是以消除湿陷为主要目的，使用的能级取决于预期消除湿陷的深度，深度越大，使用的能级就越大，但目前使用的能级与消除湿陷的深度还没有精确的理论公式，根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范第6.2.1规定，强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时可按表1预估。

表1 强夯法的有效加固深度 m

本工程是以消除湿陷性为目的，同时要求提高土的承载力，降低地基土的压缩性。结合本工程的地质条件及处理深度，参考表1，初步选用4 000 kN·m的夯击能。

3)夯击点的布置。夯击点位置可根据基底平面形状，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5倍～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。结合本工程，夯击点位置采用等边三角形布置，夯点间距10 m。夯点布置如图1所示。

4)夯击次数。恰当选用击数也是取得好效果的一个重要方面，击数少，达不到加密深度的目的，夯击数多，部分夯击次无效，经济上也不合理，又影响工期。结合本工程，夯击遍数应根据地基采用点夯2遍～3遍，夯点的夯击次数，按最后两击的平均夯沉量不宜大于50 mm作为控制条件。

5)施工方法。本工程强夯施工按下列步骤进行:a.清理并平整施工场地;b.标出第一遍夯点位置，并测量场地高程;c.起重机就位，夯锤置于夯点位置;d.测量夯前锤顶高程;e.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倾斜时，应及时将坑底整平;f.重复步骤e.，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击;g.换夯击点，重复步骤c.～f.，完成第一遍全部夯点的夯击;h.用推土机将夯坑填平，并测量场地高程;i.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，并测量夯实后场地高程。

图1 夯击点平面布置图

3 处理结果分析

根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范，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，粉土和粘性土地基可取14 d～28 d。本工程是在施工完毕后20 d进行原位测试和室内土工试验。根据岩土勘察公司的检测报告，本试夯点处理范围内的地基已全部消除湿陷性，地基承载力达到173 kPa，完全满足本工程基础设计的要求，此处理方法完全适用。试夯结束后，在本工程的基础范围内的地基进行大面积的强夯处理。强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验，竣工验收承载力检验的数量为5个，经检测处理结果满足相关规范要求。

4 结语

1)强夯具有设备简单、施工方便、速度快，应用范围广，经济效益显著等特点，强夯法处理湿陷性黄土地基可以一劳永逸。2)强夯法处理地基比采用灌注桩、换土垫层既省钱又节约工期，经济效益非常显著。3)强夯振动对周围环境有一定影响，当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备会产生有害影响时，应设置监测点，并采取挖隔振沟等隔振或防振措施。4)在地下水位较浅的场地使用时，要考虑出现橡皮土的可能，并尽量避开雨季。

[1]JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S］.

[2]GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范[S］.

[3]《地基处理经验集萃》编写组.地基处理经验集萃[M］.北京:中国电力出版社，1996.

[4]牛志荣，李 宏.复合地基处理及其工程实例[M］.北京:中国建材工业出版社，2000.