泉州市某倉儲中心地基強夯處理與承載力檢測

張興華，劉清泉

（福建省建筑科學(xué)研究院有限責任公司，福建 福州 350108）

0 引 言

強夯法是由法國工程師Menard于60年代提出的一種地基加固方法，它通過重錘以一定的落距，對地基土施加一個較大動應(yīng)力，可降低土壓縮性、提高地基土強度、改善砂土的抗液能力及消除濕陷性黃土的濕陷性等。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展和工程應(yīng)用，強夯法已適用于多種地基土的加固處理。強夯法加固地基具有效果明顯、經(jīng)濟易行、設(shè)備簡單等優(yōu)點，因而得到了廣泛應(yīng)用。以某倉儲中心地基強夯處理為例，對地基處理結(jié)果進行檢測，探討強夯加固的有效性。

1 工程概況

倉儲中心項目位于泉州市惠安縣，建筑占地面積約31 227.55 m2，擬建1幢1F配送倉庫、1幢1F衛(wèi)生間和1幢地上成品消防水池。配送倉庫采用門式剛架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)基本柱網(wǎng)均為23 m×14 m，柱下最大軸力設(shè)計值約900 kN；局部帶夾層處柱下最大軸力設(shè)計值約2 000 kN；衛(wèi)生間及地上成品消防水池，采用框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)基本柱網(wǎng)為8.4 m×8.0 m，柱下最大軸力設(shè)計值約1 000 kN。場地地層巖性均勻，根據(jù)勘察孔揭露的地質(zhì)資料可知，距地表深36.50 m之上的地層除表層①素填土、①-1填石外，主要由②粉質(zhì)黏土、③淤泥、④粉質(zhì)黏土、⑤碎石、⑥粉質(zhì)黏土、⑦碎石、⑧碎塊狀強風化花崗巖，地層從上而下逐漸增強。地質(zhì)剖面如圖 1。設(shè)計要求地基承載力 150 kPa，揭露持力層承載力為 40～60 kPa，不滿足設(shè)計要求，需要進行地基處理。

圖1 地質(zhì)剖面圖Fig. 1 Geologic sections

2 強夯設(shè)計

2.1 設(shè)計要求

根據(jù)工程特性要求，經(jīng)強夯加固處理后的地基應(yīng)達到以下標準：①形成的硬殼層深度達到 5～6 m；②地基承載力≥150 kPa。

2.2 設(shè)計依據(jù)

根據(jù)設(shè)計要求及勘察報告揭示的主要工程地質(zhì)問題，現(xiàn)場主要解決表層3.7～6.7 m范圍內(nèi)回填碎石土孔隙率大、工后沉降不均的問題。為確保施工質(zhì)量，在滿足地基加固處理技術(shù)指標的條件下，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）[1]，對該層回填土采取強夯方法進行壓密夯實，為防止夯后產(chǎn)生“彈簧土”現(xiàn)象，造成土體結(jié)構(gòu)性破壞，因此強夯采用“先輕后重，少擊多遍、逐級加能”[2-4]的方法施工，采用多輪強夯法對土體夯密，特別對碎石土集中區(qū)域增加夯擊遍數(shù)，以保證夯后場地滿足設(shè)計所需的壓實度及后期沉降指標。

2.3 設(shè)計方案

（1）錘重和落距

土層加固深度H（m），按經(jīng)驗公式[5]：

式中：M為錘重，t；H為落距，m；k為經(jīng)驗系數(shù)，一般取0.4～0.7。

假定選取夯錘重M=10 t，加固深度H=6 m，k=0.5，則根據(jù)公式可以計算出落距h=14.4 m。

（2）夯擊終止條件

a）最后兩擊的平均夯沉量≤50 mm，當單擊夯擊能量較大時≤100 mm。

b）夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生較大的隆起。

c）不因夯坑過深而引起起錘困難。

（3）加固影響深度確定

a）根據(jù)1972年Menard提出的計算公式，計算強夯有效加固深度[6-7]：

b）大多數(shù)學(xué)者通過大量的實踐研究發(fā)現(xiàn)，強夯實際加固的有效深度應(yīng)是 Menard公式計算深度乘上一個不大于1的折減系數(shù)，即：

式中：k為影響深度折減系數(shù)，一般隨土中黏性含量的增大或含水量的增大而減小。Menard公式是經(jīng)驗性公式，量綱存在問題。

c）在實際施工過程中，一般采用Billam計算法計算強夯加固深度進行計算[8]：

式中：H為強夯加固深度，m；M為夯錘重量，t；h為夯錘落距，m；k為折減系數(shù)，與土的種類和初始密度有關(guān)，一般取 0.1～0.16（g為重力加速度m/s2，q為土骨架的動阻力kN/m2）；D為夯錘底面直徑，m。

對比以上計算公式與方法，Billam計算法包含了錘重、落距、錘底面直徑和折減系數(shù)多個因素，可較真實反映強夯過程的各種因素。Billam計算法主要適用于粉土、砂土、黃土和黏性土等，且計算精度相對高[9-10]。在此用Billam計算法計算該工程有效加固深度，取k=0.15。

采用MH=1 500 kN·m夯擊能、D=2.22 m，其加固深度為：

采用MH=2 000 kN·m夯擊能、D=2.22 m，其加固深度為：

根據(jù)以上計算，結(jié)合該工程軟土地基的特點，采用2 000 kN·m夯擊能，根據(jù)設(shè)計計算推測其加固影響深度約為5～6 m，可滿足工程要求。強夯采用布點為5.0 m×5.0 m，夯點布置如圖2，強夯通常采用兩遍點夯，再加一遍滿夯。采用較大的夯點間距可防止夯擊能產(chǎn)生的土體擠壓效應(yīng)對地基土產(chǎn)生破壞作用，同時可在土體內(nèi)形成一定深度的膨脹樁狀，能完成要求的加固深度范圍，同時前一遍加固深度與后一遍加固深度擠密成硬殼層[10]，以達到壓實的目的。

圖2 夯點布置示意圖Fig. 2 Schematic of the compacting spots

兩遍點夯完成后，進行場地平整，檢測標高，如因夯沉量過大，則補充土方回填至起夯面，滿夯一遍，滿夯能量為1 500 kN·m，每點夯擊1～2擊，滿夯采用一般平底錘，要求搭接1/3錘徑，滿夯主要夯擊表層松散土，如圖3。

圖3 滿夯示意圖Fig. 3 Schematic of the full ramming

3 地基承載力檢測

強夯施工完成，對施工質(zhì)量進行工程檢測。靜載荷試驗按《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340—2015）[11]的有關(guān)規(guī)定進行，試驗由安裝在載荷板上的油壓千斤頂進行逐級加荷，反力由混凝土預(yù)制塊堆重平臺承擔，載荷板沉降由對稱方向安裝的位移傳感器測讀。

試驗加荷方式為慢速維持荷載法。按設(shè)計要求，試驗土層為粉質(zhì)黏土層，采用圓形承壓板，面積為2.0 m2，直徑d=1.60 m，圓形承壓板，取b=d[8]，0.01b=16.0 mm。

1號、2號、3號、4號、5號、6號及7號試驗點的每級荷載增量均為75 kN，承壓板對地基土作用的壓應(yīng)力為37.5 kPa，最大試驗荷載均加至600 kN，承壓板對地基土作用的壓應(yīng)力為 300 kPa，以上 7個試驗點的試驗進展均順利，未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，在最大荷載作用下，試驗均未達到規(guī)范終止加載條件[11]。p-s曲線如圖4所示。

圖4 p-s曲線結(jié)果Fig. 4 p-s curve

依據(jù)《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340—2015）[11]，各試驗點載荷試驗結(jié)果如表1所示，7個試驗點的總沉降較小。按相對變形值確定地基承載力特征值時，取s/b＝0.01所對應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。同一土層參加統(tǒng)計的試驗點不應(yīng)少于3點，各試驗實測值的極差不得超過其平均值的30%，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值。

表1 試驗結(jié)果Table 1 Results of loading tests

從表2看出，取s/b＝0.01所對應(yīng)的荷載大于最大加載量的一半，即極限荷載的一半，選取極限荷載的一半作為該土層的地基承載力特征值，確定該工程參與統(tǒng)計的地基承載力特征值為150 kPa。

表2 承載力確定表Table 2 Determine the bearing capacity

4 結(jié) 論

因地基承載力不滿足設(shè)計要求，需要進行地基處理。根據(jù)擬建場地的地層特性，選擇強夯加固對地基進行處理，通過Billam方法確定夯擊能、夯點距離等。采用“先輕后重，少擊多遍、逐級加能”的方法完成施工，并采用靜載荷試驗對施工質(zhì)量進行檢測。檢測結(jié)果表明試驗點總沉降較小，地基承載力特征值滿足要求，地基處理方案可行有效。