强夯处理回填土地基在山坡建筑片筏基础中的应用

王辉

强夯法处理地基属于人工地基中的一种，天然地基或回填后的地基的承载力不能承受基础传递的全部荷载，需经人工处理后作为地基的土体称为人工地基。处理方法包括换填法、预压法、强夯法、振冲法、砂石桩法、石灰桩法、柱锤冲扩桩法、土挤密桩法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、单液规划法、碱液法等。强夯地基是通过夯击能量产生的波和动应力的反复作用，迫使土骨架产生塑性变形，由夯击能转化为土骨架的变形能，使土密实，提高土的抗剪强度，降低土的压缩性。

强夯法又称动力固结法,利用起吊设备,将10～40t的重锤提升至6～40m的高处使其自由下落，依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层，从而提高土的强度并降低土的压缩性。强夯法主要用于砾石到粘性土、杂填土等各种地基土。对非饱和的粘性土地基，一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法，并根据工程实际情况通过现场试验以确定夯实次数和有效夯实深度。强夯处理地基对改善地基抗震动液化的能力和消除土的湿陷性具有良好的调节作用，是当前一种经济有效的地基处理方法。随着城市化进程的不断深入，山体或山坡建筑，常常采用“开山填谷”方法解决建设用地问题。对于使用开山填筑的大面积回填场地，厚度不均匀，如何使之地基在强度、变形、稳定性等各方面都能满足建设及设计要求的问题，是继续要解决的课题。其中强夯法加固技术具有效果显著、经济易行、施工便捷等诸多优点，对山体建筑大面积回填土地基的处理有着巨大的优势。

本文以沁园春C区-II区地下室工程应用强夯法处理大面积杂填土地基的工程实例，并对其处理效果进行了分析，可为类似地基土的处理提供参考。

一、工程背景

沁园春C区-II区地下室工程位于福州市马尾区君竹路登龙支路君山上，属低山地貌单元，现场地总体呈北高南低趋势，场地局部高差较大，原貌大部分基岩出露，现经大致按整平标高回填整平。根据《沁园春C区岩土工程勘察报告》（工程编号：1351025-2），场地上覆第四系人工堆积土，下伏花岗岩风化层。据勘察钻探揭露，在钻孔深度范围内其岩土层可分为3层，杂填土层堆填时间半年，结构松散，土质均匀性差，填土成分复杂，主要由可塑状粉质粘土夹少量碎石、块石等组成，硬质物含量20%～40%，工程地质性能差。

地下室层高4.6m，建筑面积为3237㎡，建筑抗震设防为丙类，拟建场地为Ⅲ类，地基基础设计等级为乙级，基础采用钢筋混凝土平板式片筏基础。该工程场地自然标高在79.20～88.50m之间（罗零标高），施工完成后场地顶标高为86.00m（罗零标高），建成后地下室顶板上有厚度1.0m的绿化回填土，地下室底板位于杂填土层上，地基土承载力不足且沉降变形不能满足工程要求。

二、工程地质条件

勘察资料表明：本场地无不良地质作用存在，属不均匀但稳定地基场地。场地内无膨胀土和黄土质湿陷性土，无饱和砂土层，属非液化场地，地下水位埋深大于15m。据钻探显示，建筑场地主要为近期平整场地人工素填土和残积砂质粘性土，下伏太古代混合花岗岩强、中强风化层。按其成因和类别可分四个土层，其特征分述如下：

（一）素填土

灰黄、灰色，稍湿，呈松散—稍密状态，以人工回填的块石、碎石为主，岩性为花岗岩，多呈中风化状态，岩质较硬，粒径一般多为200～1000mm，少量可达1000mm以上，杂乱分布，含量约为40%～80%，粘性土含量为10%～20%。层厚0.50m～13.80m。

（二）强风化花岗岩（Ⅰ）

灰黄、灰白，中粗粒花岗岩结构，散体块状构造，主要矿物成分为长石及石英，岩芯多呈砂土状，局部呈碎屑状，为极软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为V级，裂隙较发育。层厚0.50m～8.10m。

（三）强风化花岗岩（Ⅱ）

灰黄、灰白，中粗粒花岗岩结构，散体—碎裂块状构造，主要矿物成分为长石及石英，岩芯多碎块状，局部呈碎屑状，为软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为V级，裂隙较发育。层中未发现洞穴、临空面及软弱岩层。层厚0.30m～4.80m。

（四）中风化花岗岩（Ⅲ）

灰白色，中粗粒花岗结构，块状构造，主要矿物成分为长石及石英，岩芯多呈柱状，局部呈块状，为较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为III级，裂隙较发育，RQD=50%～60%。层中未发现洞穴、临空面及软弱岩层。该层在拟建场地均有揭露，揭露厚度为5.40m～21.00m。

三、地基处理方案与强夯法施工参数的确定

（一）地基处理方案

该工程为独立地下室，上部6层联排洋房荷载并不大，但由于后期人工填土层较厚，虽然解决了地下室的抗浮力，但却带来了地基土承载力不足和沉降变形过大的问题。由于地下室底板下杂填土层厚度过大，平均10m左右，采用换填法不可行，而土方置换法、地基挤密法等复合地基处理方案虽然效果比较好，但造价较高；考虑采用人工挖孔桩，孔深较大，部分要超过16m，危险性较大，且施工难度也较大，回填土层容易产生塌孔，且造价也较高。根据场地的工程地质条件，结合本工程的特点，在进行地基处理方案的可行性和经济性分析对比后，决定采用强夯法对地基进行加固处理。强夯法处理杂填土地基具有良好的效果，且费用不高，本工程位于马尾君山顶，周围无邻近建筑物和居民居住，无需采取防振、隔振措施，施工对周边环境不会造成不利影响，且工期短、施工速度快。

本工程建筑物填土区域强夯后的有效加固深度不小于6m，地基土承载力特征值fak要求达到 350kPa。

表1 各土层物理力学性质指标

（二）强夯法施工参数确定

1.有效加固深度确定

有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又是反映处理效果的重要参数。有效加固深度不仅仅与锤重、落距有关，还与其他强夯参数和土层厚度、土层构造以及土的物理力学性质有关（见表1），现阶段要准确确定有效加固深度难度很大。《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）要求有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定，或查表预估，工程实际中一般可按修正公式估算有效加固1/2深度。

普遍使用的是Menard公式：

H =α（Mh/10）

式中w 一一 夯锤重(kN)；

h 一一 落距(m)；

α一一 折减系数，粘性土取0.5；砂性土取0.7；黄土取0.3 4～0.5 0；人工填土取0.50～0.75。

在原始公式的基础上引入一个修正系数，而Menard公式是根据主要因素强夯单击夯击能提出影响深度H的取值，而规范修正公式的修正系数人工填土α=0.50～0.75之间。事实上很多因素如：锤重和落距的组合、地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、地下水位及其它夯击参数都影响H值,因此修正公式仍难以较合理地确定加固深度。但由于该公式形式简单、直观，在工程设计中应用广泛，为此，正确地选用修正系数，对工程设计有重要的实际意义。

对于加固深厚欠固结土地基，以提高承载力为主要目的，设计宜优先采用高能级强夯，不宜考虑过高的压缩模量值。本工程为杂填土取α=0.55。

2.夯击能量及夯击遍数

（1）夯击能量

采用强夯法加固地基时，合理地选择夯击设备及夯击能量，对提高夯击效率很重要。夯锤锤重和落距决定着夯击能的大小，是影响强夯有效加固深度的重要因素。

根据地质勘探报告，本工程地基处理深度要求不小于6m，初选修正系数为α=0.55，锤重为15t，按修正Menard公式算得锤落距为7.93m，实际锤落距取为8.0m；故单击夯击能为1200kN·m,小于4000kN·m，夯击次数通过现场试夯确定，同时要求最后两击的平均夯沉量不大于50mm，实际施工最终取夯点的夯击次数为8次。

（2）夯击遍数

夯击遍数应根据地基土的性质确定，对渗透性较大的地基土，夯击遍数可少些，而对渗透性弱的地基土，则夯击遍数要求多些。从国内工程实践看，夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般可取2～3遍，最后再以低能量（如前几遍能量的1/5～1/4）满夯2遍，以夯实前几遍之间的松土和被振松的表层土。考虑到本工程是杂填土，渗透性较大，故采用连续夯击。

（3）夯击点布置及间距

本工程采用正方形布点,夯点间距为5.0m。夯击时采取隔行跳夯，第一遍夯完后连续夯击第二遍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间；第二遍夯完后，采用低能进行满夯，满夯彼此搭接1/4。一般建筑物在离地基轴线以外3m布置一圈夯击点。

3.设备选型

图1 现场强夯落锤

吊车：根据施工技术参数、机械效率和工期要求，共选定 3台吊车，其中40t吊车2台，以满足4000和2000kN·m夯击能需要，Wl01型20t吊车1台主要用来强夯附属设施地段及满夯需要。

夯锤：共调配3个，均使用15t铸铁夯锤，锤底径2.40m。

脱钩器：选用30t级的脱钩装置，该脱钩器具有操作灵活、安全、耐磨等优点，可满足正常施工的需要。

重型门架：选用截面尺寸为0.8m×0.8m，高度为15m的龙门架，强度满足4000kN·m能级施工需要。

另外还配备了2台推土机、1台全站仪、2台水准仪等辅助设备和仪器。

4.强夯施工

先进行放样定位，复核后布设夯点。吊车就位，对重锤的落距（8m）进行测量。将夯锤起吊至预定高度后脱钩，使其自由落地夯击地面，测量锤顶标高，记录单击夯沉量，如此反复，当达到设计夯击数和夯沉量后，将吊车和夯锤按照正方形布点方案移至下一夯点，重复上述步骤，直至完成所有第一遍主夯点施工。施工完毕后用推土机将夯坑推平并整平场地，测量夯后标高，间隔规定时间后进行第二遍强夯施工。用质量控制点是夯击次数和夯锤落距。

本工程强夯施工于2016年4月18日进行试夯，4月21日进行大面积施工，2016年5月23日施工完毕，实际工期为35天，提前2天完工。由于强夯场地周围空旷，没有已建的建筑物或地下管线，所以施工时没有产生任何振害。

四、强夯加固效果分析

按照制定的施工技术参数和施工方案施工完成后，根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）的有关规定，业主委托第三方（福建省建设工程物探检测中心）进行了平板载荷试验16个点，压板采用正方形钢板，试验静荷载由安装在承压板上的油压千斤顶进行逐级加荷，千斤顶所需的反力由混凝土预制块压重平台承担，桩顶沉降量由对称方向安装的大量程百分表测读。

平板载荷试验加荷方式采用慢速维持荷载法。C1#～C16#共16个试验点的静载试验的压板采用边长为1.414m的方形钢板，此16个试验点的每级荷载增量均为175kN，最大试验荷载均加至1400kN。试验进展顺利，均未出现异常现象，此16个试验点在最大荷载作用下承载板总沉降量分别为5.91mm、6.67mm、7.37mm、6.82mm、9.72mm、6.84mm、7.63mm、8.42mm、7.00mm、5.62mm、5.10mm、6.90mm、5.97mm、10.53mm、9.26mm和7.71mm，均小于85mm（s=0.06b=0.06×1414=85mm），Q-s曲线均呈缓变型，未出现明显沉降增大现象，s-lgt曲线尾部均未出现明显向下弯曲，此16个试验点均未达到极限承载状态(见图2、图3)。根据行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）的有关规定，取14.14mm（s=0.01b=0.01×1414=10.00mm）处所对应的荷载为处理地基承载力特征值，且不应大于最大加载压力的一半。

检测结论为：C1#～C16#共16个试验点的地基承载力特征值均为350kPa，本工程地基承载力特征值fak为350kPa，满足设计要求。

图2 C1点Q-s曲线

图3 C1点s-lgt曲线

五、结束语

本工程采用强夯法处理回填土地基取得了良好的效果，目前主体结构结束后，实测的最大沉降值为2.30mm，最小沉降值为1.35mm，整体沉降均匀，完全满足技术规范和设计的要求，能够保证工程质量。本工程强夯处理回填土地基分项工程总造价19.6万元，与其它的地基处理方案相比可节省投资50%以上，经济效益显著，且能大量减少施工工期，在山体建筑大量回填土地基处理中值得推广使用。

[1]姚向军.强夯法地基处理有效加固深度的分析研究[J].城市建设理论研究：电子版，2013(36).

[2]刘艳军.强夯法在处理大面积杂填土地基中的应用[J].森林工程，2009，25(3)：89-91.