强夯法在大面积深厚填土中的应用

康 寅

(中国成达工程有限公司, 四川成都 610041)

强夯法在大面积深厚填土中的应用

康 寅

(中国成达工程有限公司, 四川成都 610041)

通过某化工项目地基处理设计实例，介绍了场地位于大面积深厚填土山区强夯法设计、质量检验、施工方法，并提供部分检测结果，希望能给相关工程提供参考和借鉴。

地基处理; 强夯法; 深厚填土; 地基检测

1 强夯法

强夯法在国际上称动力压实法(Dynamic Compaction Method)或称动力固结法(Dynamic Consolidation Method)，这种方法是反复将夯锤提到高处使其自由落下，给地基以冲击和振动功能量，将地基土夯实，从而提高地基的承载力，降低其压缩性，改善地基性能。适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。

1.1 有效加固深度

强夯地基的加固深度常用有效加固深度来表示，对强夯法处理地基设计来说，主要是根据工程要求的加固深度和加固后要求达到的主要技术指标来确定有效加固深度，所以有效加固深度是选择强夯施工采用的夯击能的主要依据，也是反映处理效果的重要参数。强夯法创始人梅那(Menard)提出了用下列公式来估算影响深度H：

式中：M为夯锤重 (t)；h为落距 (m)。

从上述公式中可以看出，其影响深度仅与锤重与落距有关，而实际上影响有效加固深度的因素很多，除上述因素外，夯击次数、锤底单位压力、地基土性质、不同土层的厚度和埋藏顺序以及地下水位等都与加固深度有着密切的关系。

1.2 夯击能

夯击能分为单击夯击能和单位夯击能。

(1)单击夯击能：即夯锤重和落距的乘积，一般根据工程要求确定加固深度。随着起重机械工业的发展，目前采用的最大单击能为15 000kN·m。国际上曾经采用的最大单击能为50 000kN·m，设计加固深度达40m。

(2)单位夯击能：施工场地单位面积上所施加的总夯击能，单位夯击能的大小与地基土的类别有关，在相同条件下细颗粒土的单位夯击能要比粗颗粒土适当大些。此外，结构类型、荷载大小和要求处理的深度也是选择单位夯击能的重要因素。

1.3 夯击次数

夯点的夯击次数是强夯设计中的一个重要参数。夯击次数一般通过现场试夯确定，常以夯坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为确定的原则。通常以现场试夯得到的夯击次数与夯沉量的关系曲线确定。对于碎石土、砂土、低饱和度的湿陷性黄土和填土等地基，夯击时夯坑周围往往没有隆起或虽有隆起但其量很小，在这种情况下，应尽量增多夯击次数，以减少夯击遍数。但对于饱和度较高的黏性土地基，随着夯击次数的增加，土的孔隙体积因压缩而逐渐减小，因这类土的渗透性较差，故孔隙水压力将逐渐增长，井促使夯坑下的地基土产生较大的侧向挤出，而引起夯坑周围地面的明显隆起，此时如继续夯击，并不能使地基土得到有效的夯实，反而造成浪费。

式中:a为有效夯实系数；V为夯坑体积(m3)；V′为夯坑周围地面隆起体积(m3)；V0为压缩体积(m3)。

张永钩等曾提出有效夯实系数的概念，并以此来确定夯击次数。有效夯实系数表示地基土在某种夯击能作用下的夯实效率。有效方夯实系数高，说明夯实效果好，反之，有效夯实系数低，说明夯实效果差。

2 案例概况

某项目厂址位于重庆市某化工园区，该区域属丘陵地貌，一般标高265～310m，以浅丘为主(局部为中丘)。总体地势西高东低，地形较平坦，一般3°～5°，局部坡角10°～32°。项目用地范围整体比较狭长，约3 600m，最宽处约1 150m，最窄处约780m，西边界平行于规划中的铁路线，东边界邻化工园区主干道，总占地面积约322hm2。其中填方面积180hm2，挖方面积133hm2，最大回填深度近30m。

3 地质条件

图1 典型地质剖面

4 处理方案比选

本区域地基处理难点：(1)场地属于大面积深厚回填土，面积180hm2；(2)主要采用挖方爆破土石方，多为中风化～微风化大块岩石；(3)填料级配较差，变异性大；(4)部分回填区域超出规范适用范围。

充分考虑本区域地基处理难点，分析表1中各种地基处理方法适用范围，结合各工艺装置、公用工程及相应的配套设施要求，本项目拟采用强夯法。考虑项目安全性、适用性、经济性，并提高投资效益，根据不同的回填深度及装置重要程度采用不同的强夯能级，重要建构筑物采用桩基础或墩基础。

表1 地基处理方法比较

5 试夯地基处理

通过试夯，根据试夯后的检测结果，调整强夯施工方案，修正强夯参数，保证地基处理满足设计要求。根据不同的回填深度，采取相应的夯击能量进行试夯。具体试夯能级、有效加固深度见表2。

夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并同时满足下列条件:

(1)最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：单击夯击能小于4 000kN·m时为50mm；单击夯击能为4 000～6 000kN·m时为100mm；单击夯击能大于6 000kN·m时为200mm；

表2 建议试夯能级

(2)夯坑周围地面不应发生过大的隆起；

(3)不因夯坑过深而发生提锤困难；

(4) 回填土厚度d≤4 m范围内，地基承载力特征值不小于180 kPa；回填土厚度8 m≥d>4 m范围内，地基承载力特征值不小于150 kPa；回填土厚度d>8 m范围内，地基承载力特征值不小于120 kPa；压缩模量均不低于10 MPa；

(5)强夯后场地剪切波速应不小于200 m/s，干密度不小于2.0 t/m3。

6 质量检验方法

本次检测手段主要有平板载荷试验、重型、超重型圆锥动力触探试验、多道瞬态面波检测、原位干密度检测、探槽与探井检测、钻探取样、室内土工试验等, 检测方法根据相关规范要求实施。

平板载荷试验确定承压板下应力主要影响范围内的变形、地基承载力等参数。圆锥动力触探(DPT)是利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据贯入击数确定土的性质，多道瞬态面波检测确定地基土竖向和横向均匀性。根据面波测试结果，选择波速值较低的点位进行动力触探和静载荷试验。原位干密度检测块石填土地基加固效果。探槽的挖掘深度较浅，一般在回填土厚度小于4 m时使用，宽度不小于0.8 m，长度可根据所了解的地质条件和需要决定，深度则根据覆盖层的性质和厚度决定。探井能直接观察地质情况，详细描述岩性和分层，利用探井能取出接近实际的原状结构的土试样。

7 检验结果

表3、表4、表5为部分点位试验成果。

表3 浅层静荷载试验成果

各夯区的表层地基承载力特征值、压缩模量、强夯影响深度、干密度均能满足试夯设计要求。但根据超重型动力触探试验成果，有效加固深度范围内的土层地基承载力特征值，随着深度的增加而降低。从动探曲线分析，个别试验点局部深度锤击数偏低，分析或为该深度范围内回填土体中碎块石含量偏低，含水量偏高，由于局部土质原因影响相应层位效果稍差。

表4 超重型动力触探试验成果

8 强夯施工方案

根据试夯结果，满足设计要求。最终2 000 kN·m和8 000 kN·m能级的强夯施工方案调整如下：

8.1 2 000 kN·m能级的施工参数

(1)夯击能量为2 000 kN·m, 锤重16.5～20 t，落距10～12 m。(2)夯击遍数为点夯两遍，满夯一遍。(3)夯点间距按5 m×5 m方格网状布置(图2)。(4)夯击数N大于或等于8击，控制最后两击平均贯入度小于50 mm(本指标按照夯击数与贯入度双项控制)。(5)施工两遍点夯间歇时间为5 d(可根据现场情况适当调整)。(6) 满夯能量为1 500 kN·m，一遍，夯击数N≥2击。(7)满夯时彼此搭接1/4锤径，夯印平整。

8.2 8 000 kN·m能级的施工参数

表5 瞬态瑞雷波试验成果

图2 2 000 kN·m能级夯点图

(1)夯击能量为8 000 kN·m，锤重40～45 t，落距17.8～20 m。(2)夯击遍数为主夯点两遍，4000 kN·m插点和满夯各一遍。(3)夯点间距按9 m×9 m方格网状布置(图3)。(4)主夯/插夯夯击数N大于或等于8击，控制最后两击平均贯入度小于200 mm(本指标按照夯击数与贯入度双项控制)。(5)施工3遍点夯间歇时间为7 d(可根据现场情况适当调整)。(6)满夯能量为2 000 kN·m，一遍，夯击数N≥2 击。(7)满夯时彼此搭接1/4锤径，夯印平整。

图3 8 000 kN·m能级夯点图

9 结束语

(1)通过强夯预处理，提高回填土的密实度和地基承载力，完成回填土的初期沉降。地基强夯处理不仅降低了地基土的压缩性，而且提高了地基承载力，满足回填区大部分区域次要建(构)筑物、小型设备基础、地下管网等对地基承载力及变形的需求。

(2)可以减少大量工程用桩，节省费用，加快施工周期。

(3)在进行强夯法施工技术参数(单击夯击能、夯击遍数、间歇时间等)设计时，应根据试夯结果、施工经验、机械设备条件以及现场的实际情况综合确定。

[1] 地基处理手册编写委员会．地基处理手册[M]．北京：建筑工业出版社, 2008.

[2]JGJ79-2012 建筑地基处理技术规范[S].

[3]CECS279:2010 强夯地基处理技术规程[S].

[4]GB50021-2001(2009年版本) 岩土工程勘察规范[S].

康寅(1982～)，男，硕士，工程师，主要从事石油化工类岩土工程和结构工程设计工作。

TU472

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[定稿日期]2016-10-21