强夯法加固技术在回填土地基中的应用分析

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(太原太工天昊土木工程检测有限公司，山西 太原 030024)

引言

强夯法作为北方地区提高软地基承载力常用的地基加固方法之一，目前主要应用于砂土、非饱和性黏土和杂填土地基中。强夯法是将重锤提升至一定高度，由重锤自由落体落至土层上，使软地基土层达到迅速固结的一种方法。该方法的优点是应用范围广，施工工艺简单，施工成本低，施工质量好；缺点是噪声大、振动大、夯实深度较浅，对周边环境影响较大。

1 工程概况

某地拟建服装厂厂房为大型钢结构工业厂房，总长约为600 m，宽约为160 m，檐高为13 m，结构形式为排架结构，基础采用钢筋混凝土独立基础，柱为预制钢筋混凝土柱，其他构件均为钢结构构件。该厂房横向柱间距为18 m，纵向柱间距为10 m。由于厂房柱间距较大，且高度较高，因此柱基础所承受上部结构荷载较大，需对柱下地基进行加固处理才能满足相应的承载力要求。据设计资料要求，柱下地基要求承载力≮120 kPa，土体压缩模量需达到8 MPa；地坪处理后承载力≮50 kPa，土体压缩弹性模量为6 MPa。

2 地质勘查情况

该厂房所在场地西高东低，呈缓坡状，地下水主要为孔隙型潜水，主要分布在第一层土层，即素填土中，地下水具有轻微腐蚀性。进行地质勘查时，根据场地情况将探孔深度分别设置为8～28 m范围，土层自上而下分别为：①素填土、②-1粉质黏土、②-2粉质黏土、③层粉质黏土、④残积土和强、中风化砂岩。

由于该厂房场地不平，且场地标高低于设计标高，因此，需在场地上方堆载回填土，西侧需回填1～3 m回填土，东侧需回填6～9 m回填土，回填后需对回填土进行压实处理，使土体的压实系数达到0.95及以上。

3 回填土地基加固处理方法的选择

对回填土地基进行加固处理的方法较多，有砂石桩、水泥混凝土搅拌桩和强夯法。砂石桩和水泥混凝土搅拌桩施工时噪声较小、振动小，对周边环境影响较小，但施工成本较高，若在该工程中使用砂石桩，则地基加固总成本约为940万元；若使用水泥混凝土搅拌桩，则地基加固总成本约为770万元。

强夯法作为最为常见的地基加固处理方法，具有噪声大、振动大，对周边环境影响较大，但施工成本较低。该工程位于郊区，周边2 km范围内并无较大小区，因此，经专家论证和环保部门的批准，最终使用强夯法对该场地基地进行加固处理，施工总成本约为640万元。

4 强夯法加固地基的设计

4.1 强夯法的设计要求

由于回填土及原地基的承载力不能满足上部结构承载及抗震荷载要求，因此需对地基进行加固处理方能满足相应的要求。

(1)柱下地基要求承载力≮120 kPa，土体压缩模量需达到8 MPa。经地基加固处理后，需使设计标高-1～3 m范围土体地基承载力特征值达到180 kPa及以上，地基土地的压缩模量需达到10 MPa及以上，瑞雷波波速应达到180 m/s；-3～9 m范围土体地基承载力特征值达到120 kPa及以上，地基土地的压缩模量需达到8 MPa及以上，瑞雷波波速应达到150 m/s，强夯法加固后的地基土体深度达到8～9 m。

(2)地坪下地基处理后承载力≮50 kPa，土体压缩弹性模量为6 MPa。经地基加固处理后，需使设计标高-1～3 m范围土体地基承载力特征值达到80 kPa及以上，地基土地的压缩模量需达到6 MPa及以上，瑞雷波波速应达到100 m/s；-3～9 m范围土体地基承载力特征值达到50 kPa及以上，地基土地的压缩模量需达到5 MPa及以上，瑞雷波波速应达到50 m/s，强夯法加固后的地基土体深度达到8～9 m。

(3)强夯后地基总沉降量不应超过120 mm。

4.2 强夯法的设计方案

由于该场地东西两侧需回填的土厚不同，在进行强夯施工时，东西两侧的强夯击能不同，应根据回填高度确定强夯击能。如在东侧施工时，应将柱基础附近的强夯击能设置为4 000 kN·m；在中部施工时，应将柱基础附近的强夯击能设置为3 000 kN·m；在东侧施工时，应将柱基础附近的强夯击能设置为2 000 kN·m。

对场地内地坪进行强夯时，应采用3遍夯击的方式进行，其中前2遍为点夯，第3遍为满夯。点夯时击能设置为3 000 kN·m，满夯时击能设置为1 500 kN·m。强夯时应按照图1～3方式进行夯实。

图1 柱基夯点大样

5 试夯施工

在进行正式强夯时，应首先对场地地基进行试夯，以确定地基土体的最佳夯实次数、夯击遍数、单击夯击能、总夯击能、单位夯击能、有效的加固深度、地基承载力特征值等。

试夯时选择场地中部地坪处，便于后期处理施工，且对场地内地基影响较小。试夯时共在该范围内试夯5遍，其中进行第1～3遍点夯时选取25个点，第4遍点夯时选取50个点，第5遍点夯时共选取256个点，点夯击能从第1～5遍依次为4 000 kN·m、4 000 kN·m、3 000 kN·m、3 000 kN·m、1 000 kN·m。

图2 地坪点夯夯点布置示意图

图3 地坪满夯夯点布置示意图

6 试夯施工

6.1 试夯施工

(1)正式施工前，应首先将场地内积水进行清排，对场地内回填土进行找平，以便于施工机械行走。

(2)平整场地后对场地内地面高程进行复测，并使用白灰将夯点位置进行标识。

(3)将强夯机和夯锤就位，安装完成后对夯锤与地面距离进行测量，确保每次落锤时夯锤与地面间距不变，使击能满足设计要求。

(4)第1遍夯实完毕，应测试夯实前与夯实后地基土体沉降量，若沉降量满足设计要求则第1遍夯实结束，再继续进行第2遍夯实。

(5)第2遍夯实前，应将夯点沉降的土体回填，回填时所采用的回填料应满足设计要求，之后再将夯点位置土体进行平整，采用同样的方法进行夯实施工，直至夯实完毕。

(6)进行满夯施工时，应对锤击数、锤落距和锤印搭接情况进行控制，并进行记录，确保实际施工与设计相符。

6.2 施工质量保证措施

在进行强夯施工时，应使用孔径尺寸为300 mm左右的圆柱形夯锤进行施工，夯锤底部应有泄气凹槽及孔洞。泄气孔的存在使得夯锤落地时，夯锤底面与地面接触后不会因为负压作用而将表面土层吸起，从而可提高强夯的施工质量；选择夯锤时，不得使用锤底磨损较为严重的夯锤，同时还严禁使用梨形和锤底呈锅底状的夯锤，确保夯锤的表面平整，提高强夯时的施工质量。

强夯时禁止在坑底或存在淤泥的地表进行施工，若必须进行施工时应将坑填平、将淤泥置换，之后方可进行强夯施工；强夯时，若发现夯点四周土体隆起，应将隆起部位的土体挖平，填至夯点内。强夯置换点时，应采用跳打法进行施工，避免强夯时地面向某一方向隆起。

6.3 施工质量保证措施

在强夯施工时，应使用明显的警示线或钢丝网将强夯施工区域进行围挡，并有专人看守，避免非操作人员误入施工区域而产生人身伤害；强夯施工前，应对场地内的地下管线情况进行调查，并对施工场地内的障碍物和杂物等清除；夯锤起吊后禁止一切人员从夯锤下方经过；在进行强夯施工时，拉锤人员应与夯锤保持15 m之外的距离，禁止将拉绳捆绑至拉锤人员身上，确保施工人员的安全；每天开工前，施工人员应对起重机及钢丝绳等起重设施的磨损情况进行检查，确保安全施工；施工单位应派专门安全员管理施工现场安全生产工作，确保强夯施工安全、稳定的进行。

6.4 监测检测工作

6.4.1 孔隙水压力值监测

该工程总占地面积大，在进行强夯施工过程中，场地内孔隙水压力不均等，因此应在场地内共设置3个孔对该场地内的孔隙水压力值进行监测，布置监测点时分别在场地东西两侧和中部各布置1个孔隙水压力监测点，并根据孔隙水压力值的变化进行施工调整。

6.4.2 载荷试验

该工程在进行载荷试验时，采用抽样检测的方法进行载荷试验，每3 000 m2布置一个测点，该场地内共计布置32个测点进行载荷试验。进行载荷试验时，将极限荷载设置为240 kN，每一级荷载为30 kN，逐级加载，共计加载八级，即240 kN时停止继续加载。某一测点沉降量与荷载关系如图4(a)所示，沉降量与时间关系如图4(b)所示。从图中可知，试验曲线并未出现斜率变化较大的点，经过相应计算后得到该点处的压缩模量满足设计要求。同样计算其他测点的压缩模量，均满足设计要求。

(a) 某一测点沉降量与荷载关系

(b) 某一测点沉降量与时间关系图4 某一测点载荷试验曲线图

7 结语

本文以某地服装厂厂房施工中使用强夯法进行回填土加固为依据，分析其采用的施工方法、施工质量控制措施，以及进行强夯施工时应采取的安全措施，经相关监测显示，加固工程满足验收规范和相关设计文件要求。