强夯法处理粉煤灰软弱地基的研究

■崔文龙　赵向飞　尹峰杰　黄保站（青岛康佳装饰有限公司山东青岛6607；青岛裕龙集团有限公司山东青岛6607；青岛海岩基础工程有限公司山东青岛6607）

强夯法处理粉煤灰软弱地基的研究

■崔文龙1赵向飞2尹峰杰2黄保站3
（1青岛康佳装饰有限公司山东青岛266071；2青岛裕龙集团有限公司山东青岛266071；3青岛海岩基础工程有限公司山东青岛266071）

目前有关粉煤灰软弱地基处理方法的探讨比较广泛和深入，但基本都是建立在复合地基的处理及用用上；应用强夯法加固粉煤灰软弱地基到目前为止尚未有一套成熟而完善的理论体系和设计方案。笔者通过工程实践，提出了强夯法这种简单、有效和经济的加固方案，从理论与施工上进行了探索与探讨。

强夯法粉煤灰软弱地基

1　工程概况

某工程位于青岛经济开发区重化工业区内，占地约12万m2，场区约为近海浅滩，后由发电厂生产排放的粉煤灰海水吹填而成，上覆粗砂及粘土薄层，地形较平坦。

2　强夯方案和分层碾压法的提出与试验进行

2.1粉煤灰的性能分析

粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉在煤炭燃烧后，排出的的固体灰分，主要化学成分是SiO2、Fe2O3等。粉煤灰具有一定的活性，并且在动力载荷或其他外力作用时粉粒易于移动而趋向紧密，产生一定的自硬强度，很多地区利用它作为处理软弱土层的换填材料。粉煤灰粒径＜0.05mm,结合水作用显著，潮湿时呈现可塑性，粘性大，在粉煤灰加入一定的透水性能好的非膨胀土（例如风化砂），则透水性能显著提高。粉煤灰的玻璃微珠态性能，是其外在物理性能呈现与相关处理工艺选择的基本依据。

2.2施工工艺分析和选择

本场区主要为集装箱堆载货场，设计要求地基承载力特征值不小于200Kpa，勘察报告建议采用深层搅拌法对第①、②层进行加固。对地基处理方法，经济分析如下：换填法，费用约为100元/m2；深层搅拌法，费用约为500元/m2；强夯法，费用约为40元/m2。可以看出，换填法和深层搅拌法费用都很大，强夯法比换土回填可节省60%费用，与砂桩相比可节省90%的费用。而强夯法是否可行，需要从理论上进行可行性分析。

2.3强夯方案的提出

强夯法的原理：在极短的时间内对地基土体加一个巨大的冲击能量，使得土体发生一系列物理变化，如土体结构的破坏或液化、排水固结压密以及触变恢复等，使得一定范围内地基强度提高，空隙挤密并消除失陷性，利用强夯夯击地基土表面，使地基表面形成一层比较密实的砂墩，从而使地基得到深层加固，夯点周围的土挤密。强夯的实施必须具备两个条件：一是地表有一定的承载力；二是强夯后孔隙水的排出。本场区粉煤灰层的含水量高达75%，对于第一条通过回填一部分土来实现；而第二条，粉煤灰具有一定的透水性，另外通过控制回填土的质量来加强其透水性，从而顺利排出孔隙水，通过分析认为，可用强夯法加固粉煤灰吹填区的软弱地基，未慎重起见，先进行强夯实验。

基于该土层软弱地基处理基于两个前提假设：A：粉煤灰是烧灼后的玻璃态氧化物，憎水性矿物质，与水的结合属于间隙水，不属于化合水；B:粉煤灰为小球体，在外力的作用下，可以迁移。

2.4强夯实验进行

在场区内随机选择20m*20m的范围见图1。

首先在表面覆盖0.6米厚的，粒径5~10mm的风化砂作为滤水层和施工机械的支撑层。夯击采用正方形布点，梅花形插点，各点间距5m*5m，主夯击能875kN·m,每点五击，风化砂填坑；间隔7~10d夯击下一遍，主夯4遍，第3遍在第1遍的原夯位上进行，第4遍在第2遍的原夯位上进行，方法为首先将夯坑回填，方法同第1遍，满夯夯击能875kN·m，锤印搭接1/4，第3、4遍最后2击的下沉量控制在10cm内.在夯击过程中，由于粉煤灰含水量较高，局部出现橡皮土现象，即暂停施工，周边开挖排水沟排水，增加回填土量后，继续夯击。

2.5强夯地基检测

岩土工程勘察报告及测试深度（8.0m）范围内的土层测试结果，将试夯区内外土层按由上到下顺序，分析如下：第①层碎石碎填土层随后厚度的增加（0.3m~1.4m），测试结果有很大的变化，呈稍密~密实状态。第②层粉煤灰（水上），该层试夯区外（1.0m）重型动力触探试验N63.5=1.73~1.53击，试夯区内测试结果N63.5=8.55~4.67击，为试探区外的3~5倍，强度和均匀性均有明显改善，加固效果良好；第②~2层淤泥质粉土~淤泥，该层试夯区外（1.0m）重型动力触探试验N63.5=1.136~1.532击，试夯区内测试结果N63.5=3.25~2.40击，为试探区外的2倍左右，强度和均匀性也有一定程度改善，上部有一定的加固效果。第①内以砂土为主的③~1夹层，强夯后强度有较明显的提高。

试夯区夯后效果初步评价：总体上看，试夯区测试深度（8.0m）范围内土层的强度及均匀性在夯后有了不同程度的改善和提高。

图1　夯点位置及夯击程序图

3　强夯方案的确定

3.1强夯方案的应用

强夯试验验证了强夯方案的可行性，为适应场地内地层的不均匀性，提高夯后地基土的物理力学指标，对强夯方案在试夯的基础上做了适当的调整。

（1）回填采用当地强风化花岗岩碎屑（粒径5~30mm），平均厚度0.6米，边填边用推土机推平，未碾压。

（2）在第1遍夯击能在875kN·m的基础上调整到1000kN·m，每点夯5击；最后2击平均沉降量控制在10cm以内。

（3）第3、4遍强夯一次打完；满夯在875kN·m的基础上调整到1000kN·m。

（4）考虑到大面积施工超静孔隙水压力的消散较试夯时缓慢，故强夯时间调整为：第1遍夯后20d进行第2遍，第2遍夯后20d进行第3、4遍，第3、4遍夯后30d进行满夯。

3.2过程中出现的问题和处理方法

3.2.1现场排水问题该场区施工面积大，地下水位较高，施工时地下水从强夯点周围地表裂缝或薄弱部位涌出，故在现场开挖两条1.0~1.5m宽，1.0~2.0m深的“十”字形排水沟，保证地表水的排泄和地下水位的下降。对积水夯坑进行柴油泵与人工结合排水，回填时严格控制回填质量，以利于透水；对于涌水量较大的区域采用换填的方法，挖掉粉煤灰软塑部分，换填石料或风化砂。

3.2.2加大能级、增加2遍夯加深影响深度由于堆场面积较大，地质结构不均匀，地下水排放条件不一致，加之大量回填土、填料土质有差异，离散度较大，必然造成强夯处理后的效果有差异，为减少差异，在原第1、2遍夯点的原位增加能级增加能级，再打一遍，具体做法是：①在第1、2遍夯点上布点，分别采用1200kN·m的能级，每点3~5击，停夯标准控制最后2击夯沉量之和≤20cm。②第1、2遍遍行一遍打完，夯坑填碎石。整平满夯，满行改用1000kN·m，锤印相互搭接1、4.每点夯2击，对夯点内填土和夯坑外的区域进行表层处理，提高整个场区低级的均匀性。

3.2.3对周围建筑物的影响场区西侧有一条临时明渠，为确定强夯的水平影响范围，我们做了一次观察试验：距离明渠8米的位置强夯产生的冲击波将明渠冲垮，冲垮部位中心位于地标一下2.5米处，地表未发生变形，距离明渠12米时，明渠壁不受影响。

3.3强夯后地基检测数据

第①~1层，深度段0~3.1米，fk≥270kPa；第①~2层，深度段1.8~3.5米，fk=110~170kPa；第①~3层，深度段3.0~4.2米，fk=80~110kPa；第②~1层，深度段3.5~6.6米，fk≥270kPa；第②~2层，深度段4.6~7.1米，fk≥200kPa；第③层，深度段5.6~7.5米，fk≥300kPa；第④层，深度段7.3~8.5米，fk≥400kPa。从以上数据可以看出，强夯后地基承载力有了显著提高，可以作为集装箱堆场使用。

4　结束语

上述加固处理方案为粉煤灰软弱地基处理提供了可靠和经济的施工技术，既有利于解决火力发电企业的粉煤灰排放占用土地的矛盾，又可以解决对于火力发电企业周边废弃徒弟的改造利用问题，具有广泛的应用前景。但应十分注意强夯施工对周边建（构）筑物的不利影响。

F407.21[文献码]B

1000-405X（2016）-1-379-1