強(qiáng)夯法在某別墅區(qū)地基處理工程中的應(yīng)用

何耘天

0 引言

強(qiáng)夯法又名動(dòng)力固結(jié)法，強(qiáng)夯法適用于處理低飽和度的粉土、粘性土、素填土等地基，尤其適用于處理碎石土、砂土及開(kāi)山所得石塊堆積而成的地基。但不適用于飽和度較高的粘性土，尤其不適用于淤泥和淤泥質(zhì)土地基，對(duì)于淤泥和淤泥質(zhì)土通常需采用強(qiáng)夯置換法或其他地基處理方法進(jìn)行處理。

但是也應(yīng)注意到，采用強(qiáng)夯法施工時(shí)由于其施工過(guò)程中振動(dòng)及噪聲均很大，除施工地點(diǎn)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離居民區(qū)外，尚應(yīng)在施工時(shí)做好必要的防振措施。同時(shí)由于強(qiáng)夯法的沖擊能很大，強(qiáng)夯過(guò)程中會(huì)振起部分砂石，因此施工時(shí)必須做好必要的安全防護(hù)工作。

本文結(jié)合強(qiáng)夯法在某別墅小區(qū)地基處理過(guò)程中的應(yīng)用，論述了利用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理的思路及主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 工程概況

某別墅小區(qū)位于廣東省某市郊區(qū)，該小區(qū)由 26棟獨(dú)棟別墅和 47棟聯(lián)排別墅組成，層數(shù)均為3層，現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積 51 326.7m2。整個(gè)建設(shè)場(chǎng)地處于填方整平區(qū)，場(chǎng)地標(biāo)高為10.800～11.300。工程地質(zhì)條件自上而下依次為:

①素填土:主要由全風(fēng)化含砂礫巖及少量中風(fēng)化、微風(fēng)化含砂礫巖堆填而成，局部夾雜碎磚及混凝土塊等建筑垃圾，欠壓實(shí)，呈松散狀，厚度3.7m～6.5m，平均層厚4.3m，樁側(cè)阻力特征值qsa= 10 kPa。

②粉質(zhì)粘土:主要成分由粘粒和粉粒組成，局部含粉粒及砂礫較多，韌性及干強(qiáng)度中等，無(wú)搖振反應(yīng)，層厚12.3 m～16.1m，平均層厚13.8m，承載力特征值fak=230 kPa，樁側(cè)阻力特征值qsa= 30 kPa。

③粉土:為下伏含砂礫巖風(fēng)化而成，主要成分為粉粒，含少量砂、角礫等，韌性及干強(qiáng)度中等，密實(shí)狀為主，層厚8.2m～9.2m，平均層厚8.9m，承載力特征值fak=280 kPa，樁側(cè)阻力特征值qsa= 35 kPa。

④全風(fēng)化含砂巖:原巖結(jié)構(gòu)基本風(fēng)化破壞呈粉土狀，密實(shí)，層厚10.1m～13.5m，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值為N=29.970擊，承載力特征值fak=390 kPa，樁側(cè)阻力特征值qsa=70 kPa，樁端阻力特征值qpa=3 100 kPa。該場(chǎng)地地下水貧乏，勘察期間測(cè)得地下水穩(wěn)定水位埋深為19.3m～25.5m。

現(xiàn)以本小區(qū)的B 11號(hào)樓為例闡述整個(gè)小區(qū)地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)過(guò)程，B 11號(hào)樓建筑面積為 672.5 m2，首層室內(nèi)地面標(biāo)高為11.000，室外地坪設(shè)計(jì)標(biāo)高為10.700，其框架柱、墻平面布置見(jiàn)圖 1。

2 基礎(chǔ)選型

B 11號(hào)樓在標(biāo)準(zhǔn)組合下的首層柱、墻柱底內(nèi)力值詳見(jiàn)圖 1。結(jié)合本工程地質(zhì)條件，初步?jīng)Q定對(duì)如下兩個(gè)方案進(jìn)行綜合比較，從而確定最終的地基基礎(chǔ)形式。

方案一:

采用PHC管樁基礎(chǔ)，樁徑400，基礎(chǔ)埋深1.5m，自然地面標(biāo)高按11.3m考慮，則①土層底標(biāo)高為11.3-4.3=7.0m，樁頂標(biāo)高為11.0-1.5=10.5m。鑒于本工程巖層埋藏較深，若采用端承樁，樁長(zhǎng)勢(shì)必過(guò)長(zhǎng)，從而造成浪費(fèi)，故決定按樁長(zhǎng) 15m的摩擦型樁對(duì)單樁豎向承載力特征值進(jìn)行預(yù)估。樁進(jìn)入①土層的長(zhǎng)度為:10.5-7.0=3.5m，進(jìn)入②土層的長(zhǎng)度為11.5m。

根據(jù)DBJ 15-31-2003建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范第10.2.9條第5款，將中性點(diǎn)以上的樁側(cè)摩阻力視為零，根據(jù)表 10.2.9-1本工程中性點(diǎn)距樁頂深度 ln應(yīng)為 0.910，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)取 10，偏于安全。

根據(jù)DBJ 15-31-2003建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范式10.2.3，單樁豎向承載力特征值Ra=3.14×0.4×11.5×30=433.32 kN，設(shè)計(jì)時(shí)單樁豎向承載力特征值取400 kN，圖 1中框架柱處注釋橫線上方數(shù)值為柱底內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值，注釋橫線下方分別為設(shè)計(jì)所采用的樁數(shù)及所需樁數(shù)的理論值，經(jīng)計(jì)算所需總樁數(shù)為 54根，總樁長(zhǎng) 15× 54=810m，按當(dāng)時(shí)市場(chǎng)價(jià)格120元/m計(jì)算，管樁部分造價(jià)為 810× 120=97 200元，其每平方米造價(jià)為:97 200÷672.5=144.5元/m2。

方案二:

采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，但由于本工程回填深度較深，若以②粉質(zhì)粘土層為地基持力層，將導(dǎo)致土方開(kāi)挖量過(guò)大，占用工作面大，工期長(zhǎng)，造價(jià)高，故不宜作為持力層采用，若采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，則必須對(duì)現(xiàn)有建筑場(chǎng)地地基進(jìn)行處理。綜合比較后決定采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理，以處理后的土層為地基持力層，其強(qiáng)夯范圍如圖1所示，強(qiáng)夯需處理面積為(25.2+3+4)×(14.4+3+4)= 689.08m2，按當(dāng)時(shí)的強(qiáng)夯市場(chǎng)價(jià)格 35元/m2計(jì)算，采用強(qiáng)夯進(jìn)行處理后，強(qiáng)夯部分造價(jià)為 689.08×35=24 117.8元，其每平方米造價(jià)為:24 117.8÷672.5=35.9元/m2。

鑒于采用管樁基礎(chǔ)其承臺(tái)造價(jià)與獨(dú)立基礎(chǔ)造價(jià)基本相當(dāng)，若采用方案二整個(gè)小區(qū)基礎(chǔ)部分造價(jià)將節(jié)約(144.5-35.9)× 51326.7≈557.4萬(wàn)元;若采用方案一，打樁過(guò)程中難免會(huì)遇到填土中的較大石塊，造成斷樁，增加施工難度。經(jīng)綜合比較，最終決定采用方案二，即利用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理后，采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，要求基礎(chǔ)埋深不得小于0.6m，處理后的地基承載力特征值fak≥180 kPa，Es≥7 MPa。

3 強(qiáng)夯主要設(shè)計(jì)參數(shù)確定

3.1 夯擊能、夯擊次數(shù)

根據(jù)《地基處理手冊(cè)》(第2版)，H=αMh，其中，H為有效加固深度;h為落距;α為修正系數(shù)，取0.5，本工程有效加固深度按6.5m考慮，夯錘重20 t。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》表 6.2.1，強(qiáng)夯所需的單擊夯擊能取2 000 kN?m，最終要求夯錘落距不得小于10m，單位夯擊能不得小于3 500 kN?m/m2。

夯擊次數(shù)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試夯確定，應(yīng)以夯坑的壓縮量最大、夯坑周圍隆起量最小為確定的原則，但最后兩擊的平均夯沉量不得大于50mm。

3.2 夯擊遍數(shù)及夯擊點(diǎn)布置

先以2 000 kN?m的夯擊能點(diǎn)夯兩遍，最后再以1 000 kN?m的夯擊能滿夯兩遍。要求第一遍夯擊點(diǎn)間距不大于 4.0m，正方形布置，且每個(gè)框架柱下必須有夯擊點(diǎn)。第二遍夯擊點(diǎn)可取第一遍夯擊點(diǎn)之間。

點(diǎn)夯完畢后，再進(jìn)行滿夯兩遍，滿夯時(shí)要求錘重20 t，落距5m，夯擊錘印互相搭接不得小于500mm。

3.3 間隔時(shí)間

本工程場(chǎng)地滲透性好，但為徹底消散土中超靜孔隙水壓力，要求兩遍夯擊之間的間隔時(shí)間不得少于 2 d。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)試夯

強(qiáng)夯正式施工前必須進(jìn)行試夯，試夯結(jié)束一周后，對(duì)試夯場(chǎng)地進(jìn)行檢測(cè)，與夯前數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)強(qiáng)夯效果，并據(jù)此確定各項(xiàng)強(qiáng)夯參數(shù)，若與設(shè)計(jì)要求不一致，應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正。

4 結(jié)語(yǔ)

強(qiáng)夯完成 10 d后，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及載荷試驗(yàn)，其承載力特征值實(shí)測(cè)為208 kPa，Es標(biāo)準(zhǔn)值為7.3MPa。整個(gè)小區(qū)竣工驗(yàn)收 12個(gè)月后，進(jìn)行沉降觀察，其平均沉降僅為 12mm，各棟的沉降差最大值為 1.56mm，整體傾斜最大值為 2.7×10-3，均滿足設(shè)計(jì)要求。

實(shí)踐證明采用強(qiáng)夯法處理地基具有適用范圍廣、加固效果顯著、施工方便、施工工期短和施工費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。只要能根據(jù)工程的具體情況進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和施工，就能在滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的前提下，創(chuàng)造明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] DBJ 15-31-2003，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 《地基處理手冊(cè)》編寫(xiě)組.地基處理手冊(cè)[M].第 2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000:9.

[4] 《地基與基礎(chǔ)》編寫(xiě)組.地基與基礎(chǔ)[M].第 3版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003:5.