某工程強夯地基失效原因分析與探討

周春正 袁文雷 王凡勇

摘要：采用強夯法處理地基以其施工速度快、施工費用低且適用性廣等優點被廣泛應用。大量工程實例證明，強夯加固地基一般均能取得較好的效果，但如果盲目施工將會取得不良效果。本文通過某工程強夯地基失效，對其原因進行分析，探討了土的含水率及土的性質對強夯效果的影響。

關鍵詞：強夯；地基失效；粘性土

1 工程概述

1.1 工程概況

擬建某住宅樓為地上11層，地下1層，樓長為45m，寬為15.7m，局部寬約12.5m。擬建樓為框架結構，基礎埋深6m。設計采用強夯法對地基土進行加固處理。

1.2場地地質條件

場地地貌為河流沖洪積平原，地勢相對平坦，地面高程36.86－37.09m，最大高差0.32m。基坑開挖深度為6m，6m以下土層均為第四系全新統沖洪積堆積物，主要為粘性土、粉土及砂土，自上而下簡述如下：④粉質粘土：可塑～硬塑，層厚1.9～2.3m；④1粉土：中密，層厚1.5～1.8m；⑤粉質粘土：可塑～硬塑，層厚1.7～1.9m；⑤1中砂：中密，層厚1.1～1.6m；⑥粉土：中密，層厚1.4～1.8m；⑦層粉質粘土：可塑～硬塑，層厚2.1～2.6m。

場地地下水為第四系孔隙潛水，勘察期間，從鉆孔中測得地下水穩定水位埋深7.1～7.4m，水位標高29.7m。

1.3強夯設計

設計要求地基持力層經強夯處理后地基承載力特征值不小于220kPa，壓縮模量不小于12.0MPa，設計強夯的有效加固深度約7m。

強夯點布置方式為正方形，夯點間距為3.3m，排距為3.3m，基礎邊緣外加一排夯點。主夯夯擊能為3000kN?m，遍夯夯擊能為1000kN?m。

1.4強夯法的加固原理

借助于動力固結理論，即巨大的沖擊能量在土中產生很大的應力波，破壞了土體原有的結構，使土體局部發生液化并產生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利逸出，待超孔隙水壓力消散后，土體固結。由于細粒土的觸變性，強度得到提高。

2 問題的提出及原因分析

在強夯結束15天后，按有關規定做了平板載荷試驗，檢測出的地基承載力特征值為120～130kPa，不能滿足設計要求。強夯前采用平板載荷試驗檢測出的地基承載力為160～170 kPa，強夯后地基承載力沒提高反而降低了，原因何在？

經過對強夯施工及地質條件分析，我們認為造成地基承載力降低的主要原因有以下方面：

2.1施工因素

強夯施工時基坑開挖過深，地下水位較高：本工程強夯前基坑開挖深度為6m，直接挖到持力層，坑底為④層粉質粘土，水位埋深約1.4m。另外施工時選用的單擊夯擊能過大（單擊夯擊能為夯錘重與落距的乘積），不公浪費能源，相應也增加貫用，而且由于④層粉質粘土含水量較大，加上地下水位較高，強夯時破壞了土體，形成現橡皮土，降低了強度。

2.2地層因素

（1）地基土層含水率對強夯效果影響

強夯的實質是通過巨大的夯擊能量對土體進行強力夯實，使土體顆粒之間的空隙減小，干密度增加，從而提高土體強度。土體中含水率的大小決定了土體顆粒之間位移的難易程度，當含水率達到最優含水率時，擊實效果最好。有關規范規定，當強夯時含水率接近最優含水率（即塑限含水率–（1%～3%）或者0.6×液限含水率）時，強夯效果最好。強夯后在有效加固深度內采取土樣進行室內試驗，并進行標準貫入試驗，測試指標和夯前對比如下表：

層

號 項目

對比 含水率

(%) 天然密度

(g/cm3) 干密度

(g/cm3) 孔隙比

e 飽和度

(%) 液限

(%) 塑限

(%) 壓縮模量

(%) 標貫擊數

(擊)

④ 夯前 22.1 1.98 1.62 0.645 93 31.3 18.5 7.78 6.3

夯后 25.1 1.95 1.56 0.710 96 32.2 19.5 5.93 5.2

④1 夯前 21.5 1.96 16.1 0.640 91 26.4 17.1 8.66 8.5

夯后 24.7 2.01 16.1 0.652 98 30.7 18.2 7.07 7.0

⑤ 夯前 22.3 1.97 1.61 0.656 93 32.9 19.0 7.00 8.0

夯后 23.0 1.99 1.61 0.661 95 36.9 20.5 4.44 9.4

⑤1 夯前 — — — — — — — — 19.1

夯后 — — — — — — — — 20.0

⑥ 夯前 22.5 1.95 1.59 0.663 92 26.5 16.9 10.73 11.8

夯后 23.4 2.02 1.64 0.617 100 26.3 16.7 17.97 14.8

⑦ 夯前 21.3 1.99 1.64 0.627 92 29.8 17.9 6.68 7.6

夯后 26.7 1.95 1.54 0.732 99 32.1 18.7 6.66 9.1

從表中數據可以看出，上部土層初始含水率較大,強夯后土層各指標變差：④層及④1 (基坑底以下約2.8m地基土層)的壓縮模量和標貫擊數夯后有所降低；下部：⑤層夯后壓縮模量降低，標貫擊數略有提高；⑤1層標貫擊數夯后提高；⑥層、⑦層壓縮模量及標貫擊數夯后有所提高。

（2）地基土層性質對強夯效果影響

本工程直接強夯④層粉質粘土，該層土滲透性較差，孔隙水壓力消散較慢，在沖擊能作用下，地面會立即產生沉降，形成夯坑，表面形成一層橡皮土并發生隆起，土體固結后強度明顯降低。

3 結語

（1）強夯法加固地基能提高承載力,但盲目施工將會破壞土體,降低強度。

（2）采用強夯法加固地基時，應根據土層性質及有效加固深度確定合適的夯錘和落距。如果基坑已挖至持力層且為飽和粘性土，宜采用強夯置換法進行加固處理。

（3）強夯施工前應選擇有代表性的場地進行試夯，并根據試夯結果再進行強夯設計。

參 考 文 獻

[1]陳文，曾金艷，張敏.影響強夯加固效果因素的試驗研究[J].勘察科學技術,2006,(2).

[2]林宗元主編.巖土工程治理手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2005，53～64.

[3]中華人民共和國標準.建筑地基處理技術規范[M].北京：中國建筑工業出版社,2002.

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。