淺議強夯法處理地基在石山口水庫防汛調(diào)度中心1號樓中的應(yīng)用

魏剛

（羅山縣石山口水庫灌區(qū)管理局 464200）

1 強夯法概述

強夯是法國Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，它通過一般8～30t的重錘（最重可達200t）和8～20m的落距（最高可達40m），對地基土施加很大的沖擊能，一般能量為500～8000kN·m。在地基土中所出現(xiàn)的沖擊波和動應(yīng)力，可提高地基土的強度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時，夯擊能還可提高土層的均勻程度，減少將來可能出現(xiàn)的差異沉降。我國于1978年首次開始強夯法試驗研究，經(jīng)過多次試驗研究及實際工程的應(yīng)用，總結(jié)出一套適合我國情況的強夯工藝，在我國地基加固領(lǐng)域里填補了一項空白。繼后，在全國各地對各類土強夯處理都取得了十分良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。

2 強夯法機理

強夯法雖然在實踐中已被證實是一種較好的地基處理方法，他是利用強大的夯擊能給地基一沖擊力，并在地基中產(chǎn)生沖擊波，在沖擊力作用下，夯錘對上部土體進行沖切，土體結(jié)構(gòu)破壞，形成夯坑，并對周圍土進行動力擠壓。

目前，強夯法加固地基有三種不同的加固機理：動力密實、動力固結(jié)和動力置換，它取決于地基土的類別和強夯施工工藝。

3 強夯法處理地基的應(yīng)用

3.1 工程概況

本工程為新建防汛調(diào)度指揮中心1號樓工程，占地約1400m2。其東側(cè)為溢洪道，西側(cè)為崗丘地貌，主要分布黃褐色硬塑狀粉質(zhì)粘土及志留系砂質(zhì)、泥質(zhì)頁巖及微風化凝灰?guī)r，一般高程86.6～106.5m。指揮中心基礎(chǔ)東西長66.5m，南北寬19.7m，柱距4.2m×6.3m，主樓為3層，現(xiàn)澆坡屋頂屋面?？拐鹪O(shè)防烈度Ⅵ度。

場地地層主要為一套第四系上更新統(tǒng)沖洪積層，下伏白堊系下統(tǒng)凝灰?guī)r，不經(jīng)處理無法滿足設(shè)計要求。

原勘察報告建議采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁端持力層置入第4層微風化凝灰?guī)r中一定深度，初步估算基礎(chǔ)處理投資約86萬元，且施工難度大，質(zhì)量不易控制。

后考慮場地地質(zhì)條件，根據(jù)地質(zhì)報告揭露的地層情況，第一層為新近素填土，最大厚度達到6.5m，根據(jù)已有的地基處理經(jīng)驗及樓房總高度，特別是填土的性質(zhì)，經(jīng)多種方案對比，最后決定采用強夯法加固填土地基及其下伏部分天然地基。利用強夯在地基中產(chǎn)生沖擊波和動應(yīng)力，提高地基土的強度，降低土的壓縮性，提高土層的均勻程度，減少可能出現(xiàn)的差異沉降。

3.2 場地巖土工程特征

根據(jù)勘察揭露的地層情況由上到下敘述如：

（1）填土：黃褐色，稍濕，松散，主要組分為粘性土含碎石、植物根莖等，大孔隙，欠固結(jié)，強度分布不均，為近期填土，厚度1.8～6.5m。

（2）粉質(zhì)粘土：黃褐色，稍濕，硬塑，含鐵錳質(zhì)氧化物及結(jié)核，灰綠色粘土礦物呈斑塊狀及團塊狀分布，干強度高，韌性好，有光澤反應(yīng)，層厚1.7～6.6m。

（3）殘積土：棕紅色，稍濕，硬塑-堅硬，以粘土為主，次為礫、砂及巖石碎屑，結(jié)構(gòu)致密，層厚3.9～4.2m。

（4）微風化凝灰?guī)r：淺灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)或細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)新鮮，局部微裂隙發(fā)育，節(jié)理面灰綠色礦物浸染，完整性好，巖芯呈柱狀或短柱狀，巖體基本質(zhì)量為IV級，揭露最大層厚3.2m。

3.3 有關(guān)強夯設(shè)計參數(shù)的確定

（1）本工程設(shè)計參數(shù)為：

①單擊夯擊能采用2000kN·m；②夯點布置采用正方形插檔法布置（見圖1）；③夯點間距為2倍的錘底直徑；④夯擊次數(shù)，最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm；⑤夯擊遍數(shù)為3遍，最后以低能量滿夯2邊；⑥間歇時間：兩遍夯擊之間的間歇時間為1～2周。

圖1 插檔法布夯點（三批方格布置）

（2）根據(jù)監(jiān)理單位的批復(fù)意見，施工單位在場外試驗區(qū)進行了實驗。夯點間距4m×4m，每夯點夯3遍，每一遍夯10擊，計3遍，最后2遍以低能量搭接滿夯，夯點夯擊采用間隔跳打進行，兩遍夯擊之間的間歇時間為1周，且應(yīng)同時滿足下列條件：

①最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，中心夯點平均夯沉量不大于30mm；

②夯坑周圍地面不發(fā)生過大的隆起；

③不應(yīng)夯坑過深而發(fā)生起錘困難。

經(jīng)試驗檢測，以上參數(shù)能滿足沉降要求和設(shè)計承載力需要。

根據(jù)試驗結(jié)果得出的強夯參數(shù)為：

①單擊夯擊能為2000kN·m，錘重20t，為圓柱形錘，其底直徑2m，落距10m；

②夯擊擊數(shù)及遍數(shù)：采取10擊3遍，第一遍夯點按正方形布置，中距12m；第二遍夯點在第一遍夯點之間布置；第三遍夯點在第二遍夯點之間布置，最后以低能量滿夯2遍，其夯錘落距降低至5.5m；

③兩遍夯擊之間的間歇時間為1周。

根據(jù)以上強夯參數(shù)，在基礎(chǔ)強夯范圍內(nèi)強夯時采用的夯錘直徑為2m，夯錘重20t，為鑄鋼材料，吊環(huán)為φ50，4φ300排氣孔。40t履帶式起重機兩臺，采用自動脫鉤裝置，起重能力大于1.5倍錘重，40t＞20t×1.5=30t，最大落距為10m。

3.4 強夯施工

（1）用全站儀放線標出第一遍夯點位置，并測量場地高程；

（2）起重機就位，夯錘置于夯點位置；

（3）測量夯前錘頂高程；

（4）將夯錘起吊到預(yù)定高度，開啟脫鉤裝置，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程，若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜及時將坑底整平；

（5）重復(fù)步驟（4），按設(shè)計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準，完成一個夯點的夯擊；

（6）換夯點，重復(fù)步驟（2）～（5），完成第一遍全部夯點的夯擊；

（7）用推土機將夯坑填平，并測量場地高程；

（8）在規(guī)定的間隔時間（一周）后，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量滿堂夯將場地表層松土夯實2遍，并測量夯后場地高程。

3.5 強夯施工中注意的幾個問題

（1）強夯開始檢驗夯錘是否處于中心，若有偏心，應(yīng)采取錘邊焊鋼板或增減混凝土等辦法使其平衡，以免夯坑傾斜。

（2）夯擊時落錘保持平穩(wěn)，夯位正確。如錯位或坑底傾斜過大及時用壤土將坑底整平。

（3）強夯施工以各個夯擊點的夯擊數(shù)作為施工控制數(shù)值，也可采用試夯后確定的最后兩擊的平均沉降量小于50mm控制。夯擊后沉陷度用水準儀測量控制。

（4）強夯施工盡量避免雨雪天進行，以防止強夯場地積水，否則土質(zhì)含水量增加，土質(zhì)變軟，會產(chǎn)生擠出現(xiàn)象，降低強夯效果。

（5）強夯施工在冬季施工時將凍土擊碎，要清除大的凍土塊。夯擊能和次數(shù)適當增加。

（6）強夯后的土體強度隨夯擊后間歇時間的增加而增加，一般檢驗強夯效果在強夯之后的2～4周進行，不宜在強夯結(jié)束后立即進行檢驗，否則測得的強度偏低，不能反映實際效果。

4 技術(shù)經(jīng)濟評價

4.1 加固效果評價

強夯法可以用于加固各類砂性土、一般黏性土、人工填土等，特別適宜加固一般處理方法難以加固的大塊碎石類土以及建筑、生活垃圾或工業(yè)廢料組成的雜填土，采用置換法也可用于加固軟土地基。強夯后通過靜力觸探、靜載荷試驗等檢驗和分析，得出整體場地強夯后地基承載力滿足了設(shè)計要求，地基承載力、壓縮模量明顯提高，地基變形大大地減少。

4.2 經(jīng)濟效益

一般的強夯處理是將原狀土或者回填土方施以能量，減低建材的消耗，無需特殊的建筑材料，與樁基礎(chǔ)相比節(jié)省了建筑材料的購置、運輸、制作、打入費用，除了消耗油料和人工費用外，基本沒有其它消耗。本工程若用鉆孔灌注樁處理，施工單位報價86萬元，且回填土層夾雜有大粒徑石塊，施工難度較大，質(zhì)量不易控制。強夯處理，造價45萬元，工期縮短了一半。

5 結(jié)論

工程實踐表明，強夯法具有施工簡單、加固效果好、使用經(jīng)濟等優(yōu)點，因而被世界各國工程界所重視。對各類土強夯處理都取得了十分良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。但是需要注意的是，雖然強夯法有很多的優(yōu)點，但并不一定適用于所有情況。目前，在施工過程中，由于強夯法施工存在的諸多優(yōu)點，設(shè)計院、建設(shè)單位、施工單位等在大規(guī)模的地基處理時普遍傾向于采用強夯法施工，但在許多工程中，強夯處理效果不明顯，甚至比不處理時還差。因此，我們首先必須搞清楚什么地質(zhì)條件適合強夯，使強夯能真正發(fā)揮作用。