強夯法在實際工程中的應用

李洪印 王煒敏 張川莎

中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司,四川 成都 610041

0 前言

土庫曼斯坦某天然氣處理廠以固定壟崗沙地地形為主，局部地形為丘狀沙地地形。場地位于沙漠腹地，沙丘起伏較大（約15～30 m）。預計平整場地后，回填土深度小于5 m 的區域占廠區面積的35%左右，回填土深度5～7 m 的區域占廠區面積的15%左右，約10%的局部地區回填土深度7～12 m，在456 變電所和空氮站附近，回填土最大深度約15 m。由于場地內大面積填土厚度大，分布不均勻，新近回填土極為松散，其承載力和沉降均不滿足設計要求,因此建筑物的地基需要處理。

1 地基處理方案的確定

根據上述情況，對于大面積填土的處理，僅以壓路機作表面碾壓，影響深度太淺，不能滿足工程要求，應對不同深度的填土進行處理。由于整個廠區面積大，回填土所占區域較大，而廠區的基礎分散，如果采取樁基處理，存在一些難以解決的問題，主要有：

a） 打樁數量巨大，大量打樁機械在土庫曼斯坦難以獲取，工期和費用難以控制。

b）若采用振沖碎石樁或水泥攪拌樁復合地基處理方案，因填土松散，尚未完成自重固結，需要的置換率和費用較高，施工所需碎石等原材料在土庫曼斯坦當地很難獲得。

經過分析比較，采用強夯法［1］進行處理，基礎采用淺基礎地基，具有較好的適應性和顯著的技術經濟效益，是本工程最優的地基處理方案。

2 強夯法的加固原理和優越性

2.1 強夯法的加固原理

強夯法在國際上稱動力壓實法（Dynamic Compaction Method） 或稱動力固結法（Dynamic Consolidation Method），這種方法的加固原理是利用夯錘自由落下產生的沖擊波，給地基以沖擊和振動能量，將地基土夯實，從而提高地基的承載力，降低其壓縮性，改善地基性能［2］。強夯法適用于處理碎石、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。

2.2 強夯法的優越性

強夯法地基處理技術是20 世紀60 年代末由法國梅那（Menard）技術公司首先創用的。我國于1978 年開始先后在天津新港、河北廊坊、山西白羊墅、河北秦皇島等地進行強夯法的試驗研究和工程實踐，取得了較好的加固效果。20 世紀80 年代中國建筑科學研究院和中國石化北京設計院等采用強夯法處理填海地基建造重要工業建筑獲得成功，并在沿海地區推廣應用，為我國廣大沿海地區進行大規模“填海造地”工程提供了經濟有效的地基處理方法和經驗，并解決了建設與農業爭地的問題。工程實踐證明，將質地堅硬、性能穩定和無侵蝕性的工業廢渣作為地基回填料，采用強夯法處理，能取得較好的效果，解決長期存在的廢渣占地和環境污染問題，為廢渣利用開辟了新途徑。因此，強夯法在工程中的應用具有重大的經濟和社會效益。

強夯法由于具有加固效果顯著、適用土類廣、設備簡單、施工方便、節省勞力、節約材料、工期短和費用低等優點，在世界各地迅速傳播。強夯法引入我國30 多年來已被應用于大量工程，工程數量之多，居世界第一。強夯法在某種程度上比其他處理方法應用更廣泛，更有效和更經濟，已成為我國最常用的地基處理方法之一［3］。

3 強夯法地基處理方案的設計

3.1 目標、區域劃分及夯擊能的確定

強夯地基的加固深度常用有效加固深度來表示，對強夯法地基處理設計來說，主要是根據工程要求的加固深度和主要技術指標來確定有效加固深度，所以有效加固深度是選擇強夯施工采用的夯擊能的主要依據，地基強夯處理時的有關參數在JGJ 79-2012《建筑地基處理技術規范》［1］中已有明確規定，但是強夯處理后地基能達到的承載力和變形性能如何確定，尚缺乏成熟的理論和方法，目前主要依靠經驗和夯后的檢測、靜載試驗等手段來解決夯后地基的承載力問題，本次設計時參照規范中對砂土的要求，根據土層厚度、松軟程度、夯沉量大小不同而作適當調控，部分區域采用分層回填分層強夯方案［4］，分為一次強夯區、二次強夯區和三次強夯區三個處理類型，以取得較為均勻的地基剛度。在設計文件中，對承載力、壓縮模量、分層壓實等作如下要求： a）強夯處理后地基承載力特征值不低于180 kPa，壓縮模量不低于13 MPa，強夯有效加固深度達到中密細砂層頂面。

b）當主裝置區和建筑單體地基部分為挖方區，部分為回填土區時，需對整個區域進行強夯［5］。

c）回填土深度小于7 m，一次回填土至設計場地標高。回填土深度小于5 m 的區域采用2 000 kN·m 能級強夯，回填土深度5～6 m 的區域采用4 000 kN·m 能級強夯，回填土深度6～7 m 的區域將標高降低1 m 后采用4 000 kN·m 能級點夯，再回填至設計場地標高遍夯。 d）回填土深度7～12 m 區域，分兩次回填兩次強夯。一次回填土深度不大于5 m，采用3 000 kN·m 能級強夯，再回填至設計的場地標高后采用3 000 kN·m 能級強夯。 e）回填土深度大于12 m 區域，分三次回填三次強夯。每次回填土深度不大于5 m，強夯能級3 000 kN·m。

表1 強夯地基處理各區域面積及地基檢測試驗點統計表

f）強夯地基處理前需要進行試夯，并進行靜載荷實驗和標準貫入度實驗，強夯施工參數應根據試夯結果進行調整。

根據以上原則，對廠區內各區域處理面積、檢測試驗點進行詳細設計，具體內容詳見表1。

3.2 夯擊次數、遍數及夯點的布置

夯點的夯擊次數可通過現場試夯得到的夯擊次數與夯沉量的關系曲線確定，以夯坑的壓縮模量最大、周圍隆起量最小為原則，同時滿足下列要求：

a) 最后兩擊的平均夯沉量不大于50 mm。

b) 夯坑周圍地面不應發生過大隆起。

c) 不因夯坑過深而發生起錘困難的情況。

d) 按照設計要求，每點夯擊6～9 次。

根據場地地基處理的目標及地基土的性質，場地處理區域被分為一次強夯區、二次強夯區和三次強夯區三個處理類型，不同的夯擊區域采用不同的夯擊遍數，每層的具體夯擊遍數見表2，兩遍夯擊之間，應有一定時間間隔，間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。根據勘察報告，砂土的滲透性很好，因此采取連續夯擊。

本次強夯的夯點采用正方形或梅花形布置，每遍點夯間距為3.25 m×3.25 m,后一遍主夯點位于前一遍主要夯點圍成的正方形或梅花形的中心，夯印搭接為錘印的1/5～1/3。夯擊次數、遍數及夯點布置參數見表2。

3.3 試驗與檢測

根據工程需要，主要進行兩方面檢測：靜載荷試驗的檢驗點數量為131 個；標準貫入度試驗。

根據工程需要，在夯前、夯后進行標準貫入度實驗，針對不同地基處理區域，按每300 m2不少于1 個實驗點，每鉆進1 m 作1 次標準貫入度實驗，鉆探深度不淺于強夯處理深度。標貫實驗點為1 477 個。

3.4 強夯法設計過程注意事項

a）必須根據工程實際情況采用強夯法與其他地基處理方法相結合的綜合處理方案，有更多選擇性和較好經濟性。

b）現場試夯是一個重要環節，應加以重視。

c）合理布置夯點，如夯點布置欠妥，不僅會影響夯實效果，甚至會發生工程事故。

d）重視表層土的壓實。當進行夯后質量檢驗時，常發現表層土的密實程度比下層土的差，其原因主要是選用的滿夯方法與夯擊遍數不當。

4 結論

強夯法作為一種成熟的地基處理方法在本工程得到合理利用，縮短了工期，節約了大量資金，地基處理效果顯著，為后續工程提供了寶貴的工程經驗。

［1］JGJ: 79-2002, 建筑地基處理技術規范［S］.JGJ: 79-2002, Technical Code for Ground Treatment of Buildings［S］.

［2］王伏鵬，王 軍. 簡析強夯法加固機理和設計方法［J］. 建筑知識（學術刊），2013, (B07): 40-41. Wang Fupeng, Wang Jun. Analyses the Reinforcement Mechanism and Design Method of the Dynamic Compaction Method［J］. Architectural Knowledge (Academic Publication), 2013, (B07): 40-41.

［3］龔曉南. 地基處理手冊（第三版）［M］. 北京：中國建筑工業出版社，2008. 312-364. Gong Xiaonan. Foundation Treatment Manual (3rd Edition) [M]. Beijing: China & Architecture Building Press, 2008. 312-364.

［4］陳華平.強夯法在厚人工填土層加固中的應用［J］. 城市建筑，2013，（B14）：141-142.Chen Huaping. Dynamic Consolidation in the Application of Thick Artificial Filling Soil Reinforcement［J］. Urbanism and Architecture, 2013, (B14): 141-142.

［5］魏 瑩.強夯法地基處理在某化工項目中的應用［J］. 工程建設與設計，2013，（B8）：75-77.Wei Ying. The Application of Dynamic Consolidation in a Petrochemical Project［J］. Construction & Design for Project, 2013, (B8): 75-77.