強(qiáng)夯法加固技術(shù)在回填土地基中的應(yīng)用分析

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(太原太工天昊土木工程檢測(cè)有限公司，山西 太原 030024)

引言

強(qiáng)夯法作為北方地區(qū)提高軟地基承載力常用的地基加固方法之一，目前主要應(yīng)用于砂土、非飽和性黏土和雜填土地基中。強(qiáng)夯法是將重錘提升至一定高度，由重錘自由落體落至土層上，使軟地基土層達(dá)到迅速固結(jié)的一種方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用范圍廣，施工工藝簡(jiǎn)單，施工成本低，施工質(zhì)量好；缺點(diǎn)是噪聲大、振動(dòng)大、夯實(shí)深度較淺，對(duì)周邊環(huán)境影響較大。

1 工程概況

某地?cái)M建服裝廠廠房為大型鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房，總長(zhǎng)約為600 m，寬約為160 m，檐高為13 m，結(jié)構(gòu)形式為排架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，柱為預(yù)制鋼筋混凝土柱，其他構(gòu)件均為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。該廠房橫向柱間距為18 m，縱向柱間距為10 m。由于廠房柱間距較大，且高度較高，因此柱基礎(chǔ)所承受上部結(jié)構(gòu)荷載較大，需對(duì)柱下地基進(jìn)行加固處理才能滿足相應(yīng)的承載力要求。據(jù)設(shè)計(jì)資料要求，柱下地基要求承載力≮120 kPa，土體壓縮模量需達(dá)到8 MPa；地坪處理后承載力≮50 kPa，土體壓縮彈性模量為6 MPa。

2 地質(zhì)勘查情況

該廠房所在場(chǎng)地西高東低，呈緩坡狀，地下水主要為孔隙型潛水，主要分布在第一層土層，即素填土中，地下水具有輕微腐蝕性。進(jìn)行地質(zhì)勘查時(shí)，根據(jù)場(chǎng)地情況將探孔深度分別設(shè)置為8～28 m范圍，土層自上而下分別為：①素填土、②-1粉質(zhì)黏土、②-2粉質(zhì)黏土、③層粉質(zhì)黏土、④殘積土和強(qiáng)、中風(fēng)化砂巖。

由于該廠房場(chǎng)地不平，且場(chǎng)地標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高，因此，需在場(chǎng)地上方堆載回填土，西側(cè)需回填1～3 m回填土，東側(cè)需回填6～9 m回填土，回填后需對(duì)回填土進(jìn)行壓實(shí)處理，使土體的壓實(shí)系數(shù)達(dá)到0.95及以上。

3 回填土地基加固處理方法的選擇

對(duì)回填土地基進(jìn)行加固處理的方法較多，有砂石樁、水泥混凝土攪拌樁和強(qiáng)夯法。砂石樁和水泥混凝土攪拌樁施工時(shí)噪聲較小、振動(dòng)小，對(duì)周邊環(huán)境影響較小，但施工成本較高，若在該工程中使用砂石樁，則地基加固總成本約為940萬元；若使用水泥混凝土攪拌樁，則地基加固總成本約為770萬元。

強(qiáng)夯法作為最為常見的地基加固處理方法，具有噪聲大、振動(dòng)大，對(duì)周邊環(huán)境影響較大，但施工成本較低。該工程位于郊區(qū)，周邊2 km范圍內(nèi)并無較大小區(qū)，因此，經(jīng)專家論證和環(huán)保部門的批準(zhǔn)，最終使用強(qiáng)夯法對(duì)該場(chǎng)地基地進(jìn)行加固處理，施工總成本約為640萬元。

4 強(qiáng)夯法加固地基的設(shè)計(jì)

4.1 強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)要求

由于回填土及原地基的承載力不能滿足上部結(jié)構(gòu)承載及抗震荷載要求，因此需對(duì)地基進(jìn)行加固處理方能滿足相應(yīng)的要求。

(1)柱下地基要求承載力≮120 kPa，土體壓縮模量需達(dá)到8 MPa。經(jīng)地基加固處理后，需使設(shè)計(jì)標(biāo)高-1～3 m范圍土體地基承載力特征值達(dá)到180 kPa及以上，地基土地的壓縮模量需達(dá)到10 MPa及以上，瑞雷波波速應(yīng)達(dá)到180 m/s；-3～9 m范圍土體地基承載力特征值達(dá)到120 kPa及以上，地基土地的壓縮模量需達(dá)到8 MPa及以上，瑞雷波波速應(yīng)達(dá)到150 m/s，強(qiáng)夯法加固后的地基土體深度達(dá)到8～9 m。

(2)地坪下地基處理后承載力≮50 kPa，土體壓縮彈性模量為6 MPa。經(jīng)地基加固處理后，需使設(shè)計(jì)標(biāo)高-1～3 m范圍土體地基承載力特征值達(dá)到80 kPa及以上，地基土地的壓縮模量需達(dá)到6 MPa及以上，瑞雷波波速應(yīng)達(dá)到100 m/s；-3～9 m范圍土體地基承載力特征值達(dá)到50 kPa及以上，地基土地的壓縮模量需達(dá)到5 MPa及以上，瑞雷波波速應(yīng)達(dá)到50 m/s，強(qiáng)夯法加固后的地基土體深度達(dá)到8～9 m。

(3)強(qiáng)夯后地基總沉降量不應(yīng)超過120 mm。

4.2 強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)方案

由于該場(chǎng)地東西兩側(cè)需回填的土厚不同，在進(jìn)行強(qiáng)夯施工時(shí)，東西兩側(cè)的強(qiáng)夯擊能不同，應(yīng)根據(jù)回填高度確定強(qiáng)夯擊能。如在東側(cè)施工時(shí)，應(yīng)將柱基礎(chǔ)附近的強(qiáng)夯擊能設(shè)置為4 000 kN·m；在中部施工時(shí)，應(yīng)將柱基礎(chǔ)附近的強(qiáng)夯擊能設(shè)置為3 000 kN·m；在東側(cè)施工時(shí)，應(yīng)將柱基礎(chǔ)附近的強(qiáng)夯擊能設(shè)置為2 000 kN·m。

對(duì)場(chǎng)地內(nèi)地坪進(jìn)行強(qiáng)夯時(shí)，應(yīng)采用3遍夯擊的方式進(jìn)行，其中前2遍為點(diǎn)夯，第3遍為滿夯。點(diǎn)夯時(shí)擊能設(shè)置為3 000 kN·m，滿夯時(shí)擊能設(shè)置為1 500 kN·m。強(qiáng)夯時(shí)應(yīng)按照?qǐng)D1～3方式進(jìn)行夯實(shí)。

圖1 柱基夯點(diǎn)大樣

5 試夯施工

在進(jìn)行正式強(qiáng)夯時(shí)，應(yīng)首先對(duì)場(chǎng)地地基進(jìn)行試夯，以確定地基土體的最佳夯實(shí)次數(shù)、夯擊遍數(shù)、單擊夯擊能、總夯擊能、單位夯擊能、有效的加固深度、地基承載力特征值等。

試夯時(shí)選擇場(chǎng)地中部地坪處，便于后期處理施工，且對(duì)場(chǎng)地內(nèi)地基影響較小。試夯時(shí)共在該范圍內(nèi)試夯5遍，其中進(jìn)行第1～3遍點(diǎn)夯時(shí)選取25個(gè)點(diǎn)，第4遍點(diǎn)夯時(shí)選取50個(gè)點(diǎn)，第5遍點(diǎn)夯時(shí)共選取256個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)夯擊能從第1～5遍依次為4 000 kN·m、4 000 kN·m、3 000 kN·m、3 000 kN·m、1 000 kN·m。

圖2 地坪點(diǎn)夯夯點(diǎn)布置示意圖

圖3 地坪滿夯夯點(diǎn)布置示意圖

6 試夯施工

6.1 試夯施工

(1)正式施工前，應(yīng)首先將場(chǎng)地內(nèi)積水進(jìn)行清排，對(duì)場(chǎng)地內(nèi)回填土進(jìn)行找平，以便于施工機(jī)械行走。

(2)平整場(chǎng)地后對(duì)場(chǎng)地內(nèi)地面高程進(jìn)行復(fù)測(cè)，并使用白灰將夯點(diǎn)位置進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

(3)將強(qiáng)夯機(jī)和夯錘就位，安裝完成后對(duì)夯錘與地面距離進(jìn)行測(cè)量，確保每次落錘時(shí)夯錘與地面間距不變，使擊能滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)第1遍夯實(shí)完畢，應(yīng)測(cè)試夯實(shí)前與夯實(shí)后地基土體沉降量，若沉降量滿足設(shè)計(jì)要求則第1遍夯實(shí)結(jié)束，再繼續(xù)進(jìn)行第2遍夯實(shí)。

(5)第2遍夯實(shí)前，應(yīng)將夯點(diǎn)沉降的土體回填，回填時(shí)所采用的回填料應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，之后再將夯點(diǎn)位置土體進(jìn)行平整，采用同樣的方法進(jìn)行夯實(shí)施工，直至夯實(shí)完畢。

(6)進(jìn)行滿夯施工時(shí)，應(yīng)對(duì)錘擊數(shù)、錘落距和錘印搭接情況進(jìn)行控制，并進(jìn)行記錄，確保實(shí)際施工與設(shè)計(jì)相符。

6.2 施工質(zhì)量保證措施

在進(jìn)行強(qiáng)夯施工時(shí)，應(yīng)使用孔徑尺寸為300 mm左右的圓柱形夯錘進(jìn)行施工，夯錘底部應(yīng)有泄氣凹槽及孔洞。泄氣孔的存在使得夯錘落地時(shí)，夯錘底面與地面接觸后不會(huì)因?yàn)樨?fù)壓作用而將表面土層吸起，從而可提高強(qiáng)夯的施工質(zhì)量；選擇夯錘時(shí)，不得使用錘底磨損較為嚴(yán)重的夯錘，同時(shí)還嚴(yán)禁使用梨形和錘底呈鍋底狀的夯錘，確保夯錘的表面平整，提高強(qiáng)夯時(shí)的施工質(zhì)量。

強(qiáng)夯時(shí)禁止在坑底或存在淤泥的地表進(jìn)行施工，若必須進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)將坑填平、將淤泥置換，之后方可進(jìn)行強(qiáng)夯施工；強(qiáng)夯時(shí)，若發(fā)現(xiàn)夯點(diǎn)四周土體隆起，應(yīng)將隆起部位的土體挖平，填至夯點(diǎn)內(nèi)。強(qiáng)夯置換點(diǎn)時(shí)，應(yīng)采用跳打法進(jìn)行施工，避免強(qiáng)夯時(shí)地面向某一方向隆起。

6.3 施工質(zhì)量保證措施

在強(qiáng)夯施工時(shí)，應(yīng)使用明顯的警示線或鋼絲網(wǎng)將強(qiáng)夯施工區(qū)域進(jìn)行圍擋，并有專人看守，避免非操作人員誤入施工區(qū)域而產(chǎn)生人身傷害；強(qiáng)夯施工前，應(yīng)對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的地下管線情況進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)施工場(chǎng)地內(nèi)的障礙物和雜物等清除；夯錘起吊后禁止一切人員從夯錘下方經(jīng)過；在進(jìn)行強(qiáng)夯施工時(shí)，拉錘人員應(yīng)與夯錘保持15 m之外的距離，禁止將拉繩捆綁至拉錘人員身上，確保施工人員的安全；每天開工前，施工人員應(yīng)對(duì)起重機(jī)及鋼絲繩等起重設(shè)施的磨損情況進(jìn)行檢查，確保安全施工；施工單位應(yīng)派專門安全員管理施工現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)工作，確保強(qiáng)夯施工安全、穩(wěn)定的進(jìn)行。

6.4 監(jiān)測(cè)檢測(cè)工作

6.4.1 孔隙水壓力值監(jiān)測(cè)

該工程總占地面積大，在進(jìn)行強(qiáng)夯施工過程中，場(chǎng)地內(nèi)孔隙水壓力不均等，因此應(yīng)在場(chǎng)地內(nèi)共設(shè)置3個(gè)孔對(duì)該場(chǎng)地內(nèi)的孔隙水壓力值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)分別在場(chǎng)地東西兩側(cè)和中部各布置1個(gè)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并根據(jù)孔隙水壓力值的變化進(jìn)行施工調(diào)整。

6.4.2 載荷試驗(yàn)

該工程在進(jìn)行載荷試驗(yàn)時(shí)，采用抽樣檢測(cè)的方法進(jìn)行載荷試驗(yàn)，每3 000 m2布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，該場(chǎng)地內(nèi)共計(jì)布置32個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行載荷試驗(yàn)。進(jìn)行載荷試驗(yàn)時(shí)，將極限荷載設(shè)置為240 kN，每一級(jí)荷載為30 kN，逐級(jí)加載，共計(jì)加載八級(jí)，即240 kN時(shí)停止繼續(xù)加載。某一測(cè)點(diǎn)沉降量與荷載關(guān)系如圖4(a)所示，沉降量與時(shí)間關(guān)系如圖4(b)所示。從圖中可知，試驗(yàn)曲線并未出現(xiàn)斜率變化較大的點(diǎn)，經(jīng)過相應(yīng)計(jì)算后得到該點(diǎn)處的壓縮模量滿足設(shè)計(jì)要求。同樣計(jì)算其他測(cè)點(diǎn)的壓縮模量，均滿足設(shè)計(jì)要求。

(a) 某一測(cè)點(diǎn)沉降量與荷載關(guān)系

(b) 某一測(cè)點(diǎn)沉降量與時(shí)間關(guān)系圖4 某一測(cè)點(diǎn)載荷試驗(yàn)曲線圖

7 結(jié)語(yǔ)

本文以某地服裝廠廠房施工中使用強(qiáng)夯法進(jìn)行回填土加固為依據(jù)，分析其采用的施工方法、施工質(zhì)量控制措施，以及進(jìn)行強(qiáng)夯施工時(shí)應(yīng)采取的安全措施，經(jīng)相關(guān)監(jiān)測(cè)顯示，加固工程滿足驗(yàn)收規(guī)范和相關(guān)設(shè)計(jì)文件要求。