強夯法處理某辦公樓濕陷性黃土地基實例分析

李 昊

1 工程概況

本工程為一框架結構的教學樓，6層，建筑面積3 488.6 m2，首層建筑面積582 m2，位于山西省大同市，基礎為筏片基礎，基礎傳給基底的壓力為165 kPa。根據巖土勘察公司提供的地質報告，本工程的地質構成如下:

①雜填土:由磚塊、雜土、矸石、灰渣等組成，無結構，分布無規律，土質不均勻，力學性質差，標貫擊數2擊。土層厚度的分布大體為從西北往東南逐漸增厚，厚1.5 m～2.0 m。②黃土狀粉質粘土:褐黃色、灰黃色、灰褐色等;孔隙發育;具多量鈣質斑點;稍濕～濕;韌性低;干強度中等;具有濕陷性，濕陷系數δs=0.024～0.104，無自重濕陷，濕陷的起始壓力Psh=120 kPa～130 kPa，濕陷性強烈，層厚7.0 m～7.5 m，本層土的地基承載力特征值為110 kPa。③粉質粘土:褐色、褐黃色，中段為灰綠色;飽和，可塑;韌性中～高;干強度中等;中壓縮性土，場地分布均勻，厚度較大，約10 m～12 m，本層土的地基承載力特征值為170 kPa。

同時距離本場地東邊12 m左右，為學校舊的教學樓，4層，混凝土框架結構。

2 地基處理方案

根據地質報告提供的地質條件和設計條件，基礎的持力層為第②層，而第②層的黃土狀粉質粘土既具有濕陷性，同時承載力又達不到要求，因此設計上必須采取相應的處理措施。本工程可采取的措施包括兩種:第一種為地基處理，最常用的就是基底土換填，將濕陷性黃土全部換填成承載力較高的灰土;第二種為采用樁基，通過樁基，跨越濕陷性黃土層，將持力層放在第③層粉質粘土上。采用第一種方案，工程量較大，一般換填厚度在3 m～4 m以內是比較經濟的，而本工程為7 m～7.5 m，同時本工程周圍場地有限，無法大開挖。采用第二種樁基方案，本工程基礎部分的造價較高，不經濟，樁基一般用在要求地基承載力較高的高層或承載力較大的工業建筑中比較經濟，而用在多層中很不經濟。以上兩種方案都不予考慮，還有一種地基處理方案就是強夯法，即對濕陷性黃土層進行強夯:1)消除濕陷性;2)可以提高地基承載力，同時強夯法工程量小，經濟效益比換填和樁基礎好。

強夯法就是將夯錘反復提高到高處使其自由落下，給地基以沖擊和振動能量，將地基土夯實的地基處理方法。

由于強夯置換法尚無理論計算公式，因此在設計前必須通過現場試驗確定其適用性和處理效果。本工程在施工設計前，在施工現場的西北角進行了試夯，試夯時，各個參數進行如下確定:

1)強夯處理范圍。根據JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范規定，夯擊處理范圍應大于建筑物基礎范圍，每邊超出基礎外緣的寬度宜為基底下設計處理深度的1/2～2/3，并不宜小于3 m。本工程濕陷性黃土處理深度為7 m，因此處理范圍為每邊擴出基礎邊緣4 m。

2)強夯能級的選擇。強夯是以消除濕陷為主要目的，使用的能級取決于預期消除濕陷的深度，深度越大，使用的能級就越大，但目前使用的能級與消除濕陷的深度還沒有精確的理論公式，根據JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范第6.2.1規定，強夯法的有效加固深度應根據現場試夯或當地經驗確定。在缺少試驗資料或經驗時可按表1預估。

表1 強夯法的有效加固深度 m

本工程是以消除濕陷性為目的，同時要求提高土的承載力，降低地基土的壓縮性。結合本工程的地質條件及處理深度，參考表1，初步選用4 000 kN·m的夯擊能。

3)夯擊點的布置。夯擊點位置可根據基底平面形狀，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯擊點間距可取夯錘直徑的2.5倍～3.5倍，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間。結合本工程，夯擊點位置采用等邊三角形布置，夯點間距10 m。夯點布置如圖1所示。

4)夯擊次數。恰當選用擊數也是取得好效果的一個重要方面，擊數少，達不到加密深度的目的，夯擊數多，部分夯擊次無效，經濟上也不合理，又影響工期。結合本工程，夯擊遍數應根據地基采用點夯2遍～3遍，夯點的夯擊次數，按最后兩擊的平均夯沉量不宜大于50 mm作為控制條件。

5)施工方法。本工程強夯施工按下列步驟進行:a.清理并平整施工場地;b.標出第一遍夯點位置，并測量場地高程;c.起重機就位，夯錘置于夯點位置;d.測量夯前錘頂高程;e.將夯錘起吊到預定高度，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，若發現因坑底傾斜而造成夯錘傾斜時，應及時將坑底整平;f.重復步驟e.，按設計規定的夯擊次數及控制標準，完成一個夯點的夯擊;g.換夯擊點，重復步驟c.～f.，完成第一遍全部夯點的夯擊;h.用推土機將夯坑填平，并測量場地高程;i.在規定的間隔時間后，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數，最后用低能量滿夯，將場地表層松土夯實，并測量夯實后場地高程。

圖1 夯擊點平面布置圖

3 處理結果分析

根據JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范，強夯處理后的地基竣工驗收承載力檢驗，應在施工結束后間隔一定時間方能進行，粉土和粘性土地基可取14 d～28 d。本工程是在施工完畢后20 d進行原位測試和室內土工試驗。根據巖土勘察公司的檢測報告，本試夯點處理范圍內的地基已全部消除濕陷性，地基承載力達到173 kPa，完全滿足本工程基礎設計的要求，此處理方法完全適用。試夯結束后，在本工程的基礎范圍內的地基進行大面積的強夯處理。強夯處理后的地基竣工驗收時，承載力檢驗應采用原位測試和室內土工試驗，竣工驗收承載力檢驗的數量為5個，經檢測處理結果滿足相關規范要求。

4 結語

1)強夯具有設備簡單、施工方便、速度快，應用范圍廣，經濟效益顯著等特點，強夯法處理濕陷性黃土地基可以一勞永逸。2)強夯法處理地基比采用灌注樁、換土墊層既省錢又節約工期，經濟效益非常顯著。3)強夯振動對周圍環境有一定影響，當強夯施工所產生的振動對鄰近建筑物或設備會產生有害影響時，應設置監測點，并采取挖隔振溝等隔振或防振措施。4)在地下水位較淺的場地使用時，要考慮出現橡皮土的可能，并盡量避開雨季。

[1]JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范[S］.

[2]GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范[S］.

[3]《地基處理經驗集萃》編寫組.地基處理經驗集萃[M］.北京:中國電力出版社，1996.

[4]牛志榮，李 宏.復合地基處理及其工程實例[M］.北京:中國建材工業出版社，2000.