强夯法在吹填土地基处理中的应用研究

李 强，王春艳，于大永，郝钟勤，孙志刚

（1.珲春市水利勘测设计队，吉林 珲春 133300；2.图们市防汛抗旱指挥部办公室，吉林 图们 133100；3.吉林省保利水利水电工程有限公司，吉林 长春 130021；4.中庆建设有限责任公司，吉林 长春 130062）

0 引言

强夯地基处理始源于法国梅纳德（Menard）技术公司首创[1]，由于强夯法具有施工机具简单，施工方便，工程造价低等优点，很快传播到世界各地。强夯法是处理吹填土地基的一种工法。先对需要处理的吹填土陆域进行开挖排水沟，并与之结合施加数遍相应的变能量击密，已达到降低土体的含水量，提高土体密实度和承载力，减少地基的工后沉降的地基处理方法。该项技术已经在诸多重大工程的软土地基处理中得到了广泛应用。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

工程位于河北省唐山市曹妃甸工业区某化工公司一期项目强夯地基处理区，地基处理面积为58万m2，地面标高为4.0～4.5 m，对场地内上部软弱土层进行强夯处理，处理后的地基承载力特征值不小于150 kPa，并消除液化。强夯处理有效深度为不小于自然地面以下7 m。夯区最后两击平均夯沉量控制为小于等于50 mm。

1.2 工程地质条件

据场地地理位置，在该次检测深度（7 m）范围内土层主要由①1层吹填粉土、①2层粉土、②层粉砂组成。地层岩性简述如下：

第①1层吹填粉土（Q4ml）：主要为场区内围海造地吹填形成的，灰色～灰褐色，含贝壳碎片，夹粉砂薄层。

第①2层粉质粘土（Q4 m）：灰黑色，流塑～软塑，含有机质，贝壳碎片，具腥臭味，无摇震反应，稍有光泽，干强度和韧性中等。局部地段为淤泥粉质粘土，属欠固结土，具高压缩性。层厚0.43～1.90 m。

第②层粉砂（Q4 m）：灰色，松散-稍密，饱和，长石-石英质，含少量贝壳碎片，颗粒呈圆形，均粒，层间夹粉质粘土、粉土薄层。

2 强夯设计参数及试验方案

强夯设计参数，见表1。

表1 强夯设计参数

2.1 夯锤、落距

夯锤20 t，直径2.5 m圆形铁锤，底面积4.9 m2，锤体对称设4个排气孔。

点夯落距：H=3000/200=15 m。满夯落距：H=1500/200=7.5 m。落距在经计算确认后，在施工时必须对夯锤落距进行测定与控制。

施工机械采用带有自动脱钩装置的履带式起重机，经确认的落距一般是固定的，即保证夯击单击能量准确固定。

2.2 间歇时间

由于强夯施工区域为吹填土形成的陆域，地下水位较高，强夯施工前须采取降低地下水位措施。施工过程中必须由专业人员对孔隙水压力进行观测，孔隙水压力全部消散后方可进行下一遍夯击或夯后各项检测工作，同时两遍夯击之间的间歇时间不少于一周，强夯全部完成两周后方可进行检测工作。

2.3 强夯施工方法

强夯工艺采用两遍点夯和一遍满夯，每遍之间间歇时间为一周。两遍强夯之间的间歇时间，利用排水沟进行降水工作，以防止地下水位回升。第一、第二遍为3000 kN·m点夯，夯点间距5.0 m，呈正方形布置。夯点的夯击次数暂定6～8击，但需满足最后两击的平均夯沉量小于5 cm。最后一遍为1500 kN·m能级的满夯，每夯点夯击2击，要求夯锤的底面积彼此搭接1/4。

3 强夯过程的检测内容

3.1 强夯施工前检测

开夯前检查夯锤质量和落距，保证单击夯击能量。在每一遍夯击前，对夯点放线进行核查，发现偏差应及时纠正。

3.2 夯沉量以及累积夯沉量的检测

每夯点每一击用水准仪测读一次夯沉量，获得夯击数和累积夯击量的关系曲线，要求最后两击夯沉量均不超过50 mm。

3.3 强夯区域地面平均下沉量

量测夯前标高和每一遍夯击完成，推平碾压后的标高，获得夯击能量和地面沉降关系曲线。

4 强夯区域试验

该标段采用浅层平板载荷试验、标准贯入试验、静力触探试验、面波波速试验等多种方法对强夯后的地基土的物理力学性能进行综合评价。

4.1 标准贯入试验

该区标准贯入试验结果统计成果见表2，强夯后①1层吹填粉土呈中密状态，①2层吹填粉土呈稍密状态，②层粉砂为中密状态。

表2 标准贯入试验结果

4.2 场地土液化评价

按GB50011-2001《建筑抗震设计规范》[2]，对该标段强夯影响7.0 m深度范围内饱和砂土及粉土进行液化判定，标准贯入实测锤击数均大于液化判别标准贯入锤击数临界值，检测深度范围内①1层吹填粉土、①2层吹填粉土和②层粉砂的液化已完全消除。

4.3 面波试验

面波波速剖面其结果详见图1，2。面波测试分层速度模拟地质剖面图。各层土夯后波速统计见表3。

图1 面波波速剖面BM1其结果

图2 面波波速剖面BM2其结果

表3 面波波速统计表

4.4 静力触探试验

该区域进行了236孔静力触探试验，其结果见各土层静力触探试验数据统计表4。

表4 静力触探试验结果统计表 MPa

4.5 静载试验

试验点的静载试验P～s曲线，见图3、图4。

对强夯区内12组浅层平板载荷试验Q-S曲线分析，利用相对变形控制法与比例界限得出各组地基承载力实测值。依据《建筑地基基础设计规范》[3]附录C，确定地基承载力特征值fak≥150 kPa，满足设计要求。变形模量最小值14.3 MPa，最大值17.16 MPa，平均值15.1 MPa。强夯后地基土的变形模量E0按下式计算：

式中：P——承压板上总荷载，kN；u——泊松比砂土取0.3；s——最大荷载下沉降量，cm；d——承压板直径，cm。

根据以上试验结果，综合评价该区域强夯后地表以下7 m深度范围内，各层土地基承载力及压缩模量建议值，详见表5。

表5 各层地基承载力及压缩模量

5 结 论

该区域强夯单击夯击能3000 kN·m，单点夯击8～12击。根据钻孔标准贯入试验、双桥静力触探试验、面波波速测试，得出以下结论：

1）该区域强夯对①层吹填土（粉土）和②层细砂的加固效果较好，①层吹填粉土由原来松-稍密状态，达到中密状态，其强度有了明显提高。深度7 m范围内的①层吹填土（粉土）、②层粉砂由稍密状态经过强夯达到中密状态。

2）总体上强夯效果明显，有效加固影响深度达到7 m。根据静力触探试验结果，深度7 m范围内①层吹填土（粉土）、②层粉砂达到中密状态，局部达密实，消除液化。

3）该区域强夯后①层吹填土（粉土）的压实系数0.93～0.95。地基承载力特征值为200 kPa。设计单位可根据该场地地基情况进行基础设计。对单位荷重较大，基础埋深较大的建筑物，应根据场地土质情况采用其它有效方法对地基土进行处理。

[1]赵宏涛.大面积强夯地基处理前的试夯浅析[A]：第十届全国地基处理学术讨论会论文集[C].南京：东南大学出版社，2008：55-57.

[2]中华人民共和国建设部.GB50011-2001《建筑抗震设计规范》[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[3]中华人民共和国建设部，GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》[S]，北京：中国建筑工业出版社，2002.