泉州市某仓储中心地基强夯处理与承载力检测

张兴华，刘清泉

（福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建 福州 350108）

0 引 言

强夯法是由法国工程师Menard于60年代提出的一种地基加固方法，它通过重锤以一定的落距，对地基土施加一个较大动应力，可降低土压缩性、提高地基土强度、改善砂土的抗液能力及消除湿陷性黄土的湿陷性等。经过数年的发展和工程应用，强夯法已适用于多种地基土的加固处理。强夯法加固地基具有效果明显、经济易行、设备简单等优点，因而得到了广泛应用。以某仓储中心地基强夯处理为例，对地基处理结果进行检测，探讨强夯加固的有效性。

1 工程概况

仓储中心项目位于泉州市惠安县，建筑占地面积约31 227.55 m2，拟建1幢1F配送仓库、1幢1F卫生间和1幢地上成品消防水池。配送仓库采用门式刚架结构，结构基本柱网均为23 m×14 m，柱下最大轴力设计值约900 kN；局部带夹层处柱下最大轴力设计值约2 000 kN；卫生间及地上成品消防水池，采用框架结构，结构基本柱网为8.4 m×8.0 m，柱下最大轴力设计值约1 000 kN。场地地层岩性均匀，根据勘察孔揭露的地质资料可知，距地表深36.50 m之上的地层除表层①素填土、①-1填石外，主要由②粉质黏土、③淤泥、④粉质黏土、⑤碎石、⑥粉质黏土、⑦碎石、⑧碎块状强风化花岗岩，地层从上而下逐渐增强。地质剖面如图 1。设计要求地基承载力 150 kPa，揭露持力层承载力为 40～60 kPa，不满足设计要求，需要进行地基处理。

图1 地质剖面图Fig. 1 Geologic sections

2 强夯设计

2.1 设计要求

根据工程特性要求，经强夯加固处理后的地基应达到以下标准：①形成的硬壳层深度达到 5～6 m；②地基承载力≥150 kPa。

2.2 设计依据

根据设计要求及勘察报告揭示的主要工程地质问题，现场主要解决表层3.7～6.7 m范围内回填碎石土孔隙率大、工后沉降不均的问题。为确保施工质量，在满足地基加固处理技术指标的条件下，根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）[1]，对该层回填土采取强夯方法进行压密夯实，为防止夯后产生“弹簧土”现象，造成土体结构性破坏，因此强夯采用“先轻后重，少击多遍、逐级加能”[2-4]的方法施工，采用多轮强夯法对土体夯密，特别对碎石土集中区域增加夯击遍数，以保证夯后场地满足设计所需的压实度及后期沉降指标。

2.3 设计方案

（1）锤重和落距

土层加固深度H（m），按经验公式[5]：

式中：M为锤重，t；H为落距，m；k为经验系数，一般取0.4～0.7。

假定选取夯锤重M=10 t，加固深度H=6 m，k=0.5，则根据公式可以计算出落距h=14.4 m。

（2）夯击终止条件

a）最后两击的平均夯沉量≤50 mm，当单击夯击能量较大时≤100 mm。

b）夯坑周围地面不应发生较大的隆起。

c）不因夯坑过深而引起起锤困难。

（3）加固影响深度确定

a）根据1972年Menard提出的计算公式，计算强夯有效加固深度[6-7]：

b）大多数学者通过大量的实践研究发现，强夯实际加固的有效深度应是 Menard公式计算深度乘上一个不大于1的折减系数，即：

式中：k为影响深度折减系数，一般随土中黏性含量的增大或含水量的增大而减小。Menard公式是经验性公式，量纲存在问题。

c）在实际施工过程中，一般采用Billam计算法计算强夯加固深度进行计算[8]：

式中：H为强夯加固深度，m；M为夯锤重量，t；h为夯锤落距，m；k为折减系数，与土的种类和初始密度有关，一般取 0.1～0.16（g为重力加速度m/s2，q为土骨架的动阻力kN/m2）；D为夯锤底面直径，m。

对比以上计算公式与方法，Billam计算法包含了锤重、落距、锤底面直径和折减系数多个因素，可较真实反映强夯过程的各种因素。Billam计算法主要适用于粉土、砂土、黄土和黏性土等，且计算精度相对高[9-10]。在此用Billam计算法计算该工程有效加固深度，取k=0.15。

采用MH=1 500 kN·m夯击能、D=2.22 m，其加固深度为：

采用MH=2 000 kN·m夯击能、D=2.22 m，其加固深度为：

根据以上计算，结合该工程软土地基的特点，采用2 000 kN·m夯击能，根据设计计算推测其加固影响深度约为5～6 m，可满足工程要求。强夯采用布点为5.0 m×5.0 m，夯点布置如图2，强夯通常采用两遍点夯，再加一遍满夯。采用较大的夯点间距可防止夯击能产生的土体挤压效应对地基土产生破坏作用，同时可在土体内形成一定深度的膨胀桩状，能完成要求的加固深度范围，同时前一遍加固深度与后一遍加固深度挤密成硬壳层[10]，以达到压实的目的。

图2 夯点布置示意图Fig. 2 Schematic of the compacting spots

两遍点夯完成后，进行场地平整，检测标高，如因夯沉量过大，则补充土方回填至起夯面，满夯一遍，满夯能量为1 500 kN·m，每点夯击1～2击，满夯采用一般平底锤，要求搭接1/3锤径，满夯主要夯击表层松散土，如图3。

图3 满夯示意图Fig. 3 Schematic of the full ramming

3 地基承载力检测

强夯施工完成，对施工质量进行工程检测。静载荷试验按《建筑地基检测技术规范》（JGJ 340—2015）[11]的有关规定进行，试验由安装在载荷板上的油压千斤顶进行逐级加荷，反力由混凝土预制块堆重平台承担，载荷板沉降由对称方向安装的位移传感器测读。

试验加荷方式为慢速维持荷载法。按设计要求，试验土层为粉质黏土层，采用圆形承压板，面积为2.0 m2，直径d=1.60 m，圆形承压板，取b=d[8]，0.01b=16.0 mm。

1号、2号、3号、4号、5号、6号及7号试验点的每级荷载增量均为75 kN，承压板对地基土作用的压应力为37.5 kPa，最大试验荷载均加至600 kN，承压板对地基土作用的压应力为 300 kPa，以上 7个试验点的试验进展均顺利，未出现异常现象，在最大荷载作用下，试验均未达到规范终止加载条件[11]。p-s曲线如图4所示。

图4 p-s曲线结果Fig. 4 p-s curve

依据《建筑地基检测技术规范》（JGJ 340—2015）[11]，各试验点载荷试验结果如表1所示，7个试验点的总沉降较小。按相对变形值确定地基承载力特征值时，取s/b＝0.01所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。同一土层参加统计的试验点不应少于3点，各试验实测值的极差不得超过其平均值的30%，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值。

表1 试验结果Table 1 Results of loading tests

从表2看出，取s/b＝0.01所对应的荷载大于最大加载量的一半，即极限荷载的一半，选取极限荷载的一半作为该土层的地基承载力特征值，确定该工程参与统计的地基承载力特征值为150 kPa。

表2 承载力确定表Table 2 Determine the bearing capacity

4 结 论

因地基承载力不满足设计要求，需要进行地基处理。根据拟建场地的地层特性，选择强夯加固对地基进行处理，通过Billam方法确定夯击能、夯点距离等。采用“先轻后重，少击多遍、逐级加能”的方法完成施工，并采用静载荷试验对施工质量进行检测。检测结果表明试验点总沉降较小，地基承载力特征值满足要求，地基处理方案可行有效。