地基处理之强夯法在实际工程中的应用

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【摘要】通过强夯的地基处理方法对填土地基进行改良，提高了填土的地基承载力，工程实践表明此方法成本低、施工速度快、处理效果明显。

【关键词】 填土地基强夯 静载试验 瑞雷波检测

1 工程概况

农夫山泉千岛湖南山生产基地主厂房占地面积35501m2，建筑面积36975 m2,为单层局部两层的钢结构工业厂房。拟建场地位于浙江省淳安县千岛湖镇，场地属低山丘陵地貌，地势高低不平，为半填半挖区。场地东侧有一公路及明渠，西、南两面为山体，北面为新安江水库，最大高差38.80m。勘探期间的湖水水位在101~103m之间，主厂房±0.000相当于绝对标高为115.30m。工程地质勘探报告表明勘探深度以内的浅地基划分为四个工程地质亚层，其主要土层的物理、力学指标见表1

主要土层的物理、力学指标 表1

基于该场地属开山石爆破后直接回填整平，杂填土层在不同深度内夹有不同的大块开山石，直径差异较大，且回填时没有经过压实处理措施。因此场地难以满足建筑物基础承载力和变形的要求，需要进行地基土的改良来满足设计的要求。场地的地形图如下：

2 技术、经济方案的比较

由于本工程地质的差异性明显，对建筑物的沉降量，特别是相对沉降量的控制成为本工程设计的关键。普通的桩基工程分别因为桩基机械钻进困难和混凝土跑、漏浆引起成桩缺陷的原因难以在本工程中实施。在设计方案评审中我们选择了强夯和人工挖孔桩（带钢筋混凝土护壁）进行了技术、经济方案比较。具体内容见表2

表2

根据方案比较的内容，我们最终选用了强夯法的地基处理方案。

3 强夯试验处理方案

由于目前设计规范中强夯法的设计参数还是经验性的，试夯作为对设计参数的验证和调整是强夯加固地基中必不可少的一环，通过试夯施工和现场监测、加固效果成果检测，在满足设计要求的各项技术指标的条件下，对强夯参数进行优化，为大面积强夯施工提出可行的施工参数和施工工艺。同时，针对试验施工中各环节出现的问题制订相应的预防措施，以便在大面积施工中实施有效的目标管理【1】。

根据当时的场地条件在主厂房西北面整平了一块约600 m2的试夯区域，填土的回填厚度大于8m。按照主厂房上部结构的荷载和变形适应能力情况，为满足建筑物关于地基变形的要求，设计公司经过沉降测算，对填方区提出了强夯的设计要求，即强夯的有效加固深度不小于9.0m，地基承载力特征值不小于120kPa，地基变形模量不小于10MPa。并初步设定了试验场地的强夯设计参数。

1）、强夯的有效加固深度不小于9m，（从基础底面算起），单击夯击能不小于6000kN•m。

2）、强夯夯击点位置以三角形布置。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的3倍。第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。平均最后两击的平均夯沉量不宜大于150mm。每遍夯击击数初步确定为12击。

3）、强夯夯击遍数为两遍，最后以低能量满夯两遍，锤印搭接。

4）、强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度大于6m。

5）、场地的夯沉量暂按1500mm考虑，初步考虑场地夯完之后的场地标高即为基础底标高。

4 试夯区域的检测结果

为了检测试夯场地的强夯处理效果，由业主单位委托浙江大学进行了静荷载试验分析和瑞雷波法地基强夯效果检验两项测试。测试的结果如下（附静荷载试验曲线图）：

1）、静荷载实验分析：

实验共设置了三个载荷板测试点，静荷载实验采用1mx1m的载荷板尺寸，终止加载的条件按GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》中附录C的要求确定。检测结果如下：

S1#测试点的地基承载力特征值至少可取150kPa，此时对应的地基沉降量为10.68mm，最大试验荷载（300kPa）对应的地基沉降量为21.38mm。

S2#测试点的地基承载力特征值至少可取150kPa，此时对应的地基沉降量为3.69mm，最大试验荷载（300kPa）对应的地基沉降量为14.80mm。

S3#测试点的地基承载力特征值至少可取150kPa，此时对应的地基沉降量为7.90mm，最大试验荷载（300kPa）对应的地基沉降量为21.51mm。

S1#测试点

S2#测试点

S3#测试点

2）、瑞雷波法地基强夯效果检验【2】：

瑞雷波法是一种利用瑞雷波的运动学和动力学特征进行工程质量检测及工程地质勘察的地球物理勘探方法。它根据瑞雷波沿地层传播时在非均匀介质中具有频散特性，来确定夯击加固深度、加固范围及夯后地基的设计参数，也可对场地的整体性以及承载力、压缩模量等指标进行较为全面的评价。根据检测报告显示的结果，强夯加固深度约在13.5m，强夯加固后，有效影响深度范围内平均剪切波速达到340m/s，根据瑞雷波速等值线图，进一步换算为剪切波速等值线图、标贯击数N63.5等值线图等，总结出如下经验公式【3】：

N63.5=1.779x10-3υR

Fak=2.777υR0.796

E0=9.43 x10-5υR2.284

式中υR为瑞雷波波速， Fak为地基承载力特征值（kPa），E0为地基变形模量（MPa）。根据计算结果在加固深度范围之内地基变形模量平均可达16MPa。

根据上述试验结果表明：就试验的检测结果与设计要求相比较而言，有效加固深度增长50%，地基承载力特征值至少增长25%，地基变形模量增长60%。填土强夯之后土质改良效果十分明显。

5 试夯之后的调整措施

根据试夯场地的检测结果说明试夯场地的设计参数能够满足设计关于承载力和变形的要求，正式施工时可按此要求实行。设计采用有效加固深度13.5m，地基承载力特征值150kPa，地基变形模量16MPa作为施工图设计的依据。为保证施工质量，对强夯的设计要求进行一些补充，主要如下：

1）、根据不同的填土深度将场地划分成三块不同的区域，即挖方区、半填区、填方区。对挖方区进行超挖之后回填400mm的砂石垫层；半填区单击夯击能不小于2000kN•m；填方区单击夯击能不小于6000kN•m。

2）、根据试夯场地的夯沉量，调整场地的整平标高，使得场地夯完之后的场地标高即为基础底标高。

3）、根据试夯场地的平均夯沉量，对施工时出现夯沉量明显偏大或偏小的情况，应在其周围增加夯点，重点加强。

4）、保证锤体四个气孔上下的贯通性，避免形成气垫和真空效应。

5）、施工期间注意观测场地四周边坡的稳定性。

6结论

结合农夫山泉千岛湖南山生产基地主厂房地基处理工程，研究了强夯法处理挖山填方场地土的问题，得出以下结论：

通过试验确定的大面积施工方案已运用于农夫山泉千岛湖南山生产基地主厂房地基处理工程，施工检测结果以及安装运营三年来的监测结果表明，通过强夯法的加固处理，场地土达到或超过了设计要求，该方法具有施工速度快、施工费用低的特点，特别是在改善挖山填方场地土的力学性能方面效果明显，取得了良好的社会和经济效益。

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