深層柱錘強夯施工技術(shù)應用

孟凡利

【摘 要】深層柱錘強夯工法主要特征是利用高錘底靜接地壓力的柱型錘，在形成的夯孔內(nèi)夯擊，人為地降低起夯面，用較小能量達到增大加固深度的效果。通過兩例工程實踐證明，該工法具有加固深度大、效果好、工程造價低、振動影響小、適用范圍廣等突出特點。

【關(guān)鍵詞】深層柱錘強夯；柱錘；地基承載力

0 前言

強夯加固深度的大小與被加固地基土的性質(zhì)、夯遍（次）數(shù)、夯間距等參數(shù)有關(guān)，但主要影響加固深度的是單擊夯擊能。實踐表明，當單擊夯擊能量確定并達到飽和后，隨著夯擊次數(shù)或夯遍數(shù)的增加而加固深度不再增加。當工程中受到設備能力或施工環(huán)境的限制不可能提高夯擊能量，而又要求達到較大的加固深度時，可采用柱狀夯錘在夯孔內(nèi)通過反復填料夯擊，以高動能、超壓強、強擠密的機理對深部地基土進行加固處理。該方法的主要特點是：人為地降低了（在夯孔內(nèi)）起夯面，達到了增大加固深度的效果。

1 柱錘深層強夯的加固原理

普通強夯工藝所采用夯錘的錘底靜接地壓力一般為25～40kPa，當材質(zhì)為鑄鋼時呈扁平狀。設想縮小夯錘直徑使夯錘的外形特征呈柱狀，其夯錘高度≥夯錘直徑。這種柱形夯錘的靜壓力可達到100～200 kPa，是普通強夯錘錘底靜接地壓力的4～5倍。用這種夯錘夯擊時的貫入效應比較大、有聚能作用。柱錘強夯工法的加固過程分3個步驟完成。

第一步是夯擊成孔：在單擊夯能作用下，錘下土體被壓縮，同時產(chǎn)生以錘底邊緣為界限的應力擴散泡，在夯錘周圍側(cè)面產(chǎn)生很大的動態(tài)被動壓力，土體同時受到向下和四周的擠壓，連續(xù)夯擊時可形成4～5 m深的夯孔，使夯孔周圍及下部土得到第一階段的擠密加固。第二步是加固深部土體：向夯孔內(nèi)填料（碎石或土），其高度不超過1.5倍孔徑，然后再夯擊填料，在高壓強的重錘沖擊作用下填料向下及四周擠壓形成高壓縮區(qū)，如此反復夯填、控制最終錘擊貫入度達到飽和夯擊次數(shù)，使地基土深部形成葫蘆狀的強壓密區(qū)，對深部地基土進行擠密加固。第三步是處理夯孔：向夯孔內(nèi)分次填料并夯擊使其密實，在夯實孔內(nèi)填料的同時夯孔周圍的土得到進一步擠密。

2 深層柱錘強夯加固試驗及應用

工程實例

1）工程地質(zhì)概況

濟南鋼鐵集團鋼城新苑住宅小區(qū)位于歷城區(qū)飛躍大道與鳳鳴路交匯處的西北角。擬建場區(qū)地貌單元屬山前沖洪積扇前沿，原為耕地，地勢基本平坦。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，主要持力層為黃土狀粉質(zhì)粘土，該層場區(qū)普遍分布，厚度4.80～6.40m，平均5.99m；層底標高為49.41～53.32m。黃褐色～褐黃色，可塑，濕～飽和，含鐵錳氧化物、鈣質(zhì)條紋及小姜石，見蟲孔及垂直節(jié)理。平均含水量ω=22.4%，天然重度Υ=18.8kN/m3，孔隙比e=0.736，塑性指數(shù)Ip=11.5，液性指數(shù)IL=0.51。飽和度Sr=83%，壓縮模量Es=5.11MPa。濕陷系數(shù)最大為0.54，平均δs=0.012。標貫擊數(shù)N=6.3，地基承載力特征值fak=150kPa。下臥層的粉質(zhì)粘土呈褐黃色，可塑～硬塑，濕～飽和，場區(qū)普遍分布，揭露厚度為2.3～9.5m，平均6.67m；標貫擊數(shù)N=9.4，地基承載力特征值fak=180kPa，壓縮模量Es=5.88MPa，各項指標均好于上層濕陷性黃土。整個住宅小區(qū)規(guī)化11層小高層住宅樓47棟，17層高層住宅樓12棟。擬建面積約66.5萬平方平。為驗證孔內(nèi)柱錘深層強夯效果，以東區(qū)的8#高層住宅樓為例進行了加固試驗。該樓高17層、地下一層，設計要求處理后地基承載力特征值滿足280kPa，消除持力層的濕陷性，置換深度要求穿透濕陷性黃土層達到下臥層的粉質(zhì)粘土。

2）施工方案

根據(jù)東區(qū)8#樓地基的各項物理力學指標，地基土含水量偏高，液性指數(shù)IL值大于0.4，接近或達到飽和狀態(tài)。對于這種土質(zhì)采用普通強夯工藝夯擊時會發(fā)生液化、短時間內(nèi)孔隙水壓力不易消散，夯后地基承載力很難達到要求。采用深層柱錘強夯工法，向夯孔內(nèi)填入碎石置換，使形成的置換墩與墩間土組成復合地基，則是很容易達到加固設計要求的。對8#樓的地基加固采用6000kN.m能量，夯錘質(zhì)量25t、直徑1.5m，按正方形3.2m的間距布置夯點，面積置換率約23%。采取隔行兩遍點夯工藝施工。根據(jù)面積置換率和置換深度的估算，開挖基坑至設計基底以下1.4m，然后回填2.4m厚的碎石為夯前高程。具體施工過程如下：

首先在夯點位置夯出約4.0m的深孔，向孔內(nèi)填入高度不超過1.5m的碎石后再夯。反復夯填，控制最后兩擊平均貫入度不大于20cm。當總夯擊次數(shù)達到15擊，而貫入度不能滿足要求時應增加錘擊數(shù)。深孔內(nèi)夯擊完成后用填料填滿夯孔，再夯2擊。第一、二遍點夯完成后再用2000kN.m能量滿夯，每點夯擊3～4擊。壓1/4錘印。夯擊過程中發(fā)現(xiàn)有墩間土擊穿墊層出露到地面的現(xiàn)象，將其挖除運走后又補充了部分碎石料。

3）加固效果檢測

東區(qū)8#樓夯后檢測采用了淺層靜載荷板、重型動力觸探和土工試驗三種方法。檢測標準方法遵循有關(guān)規(guī)范，最終提岀夯后復合地基強度，置換墩深度及下部粉質(zhì)粘土的物理力學指標。

①淺層靜載荷板試驗：在置換墩上和墩間土各布置三個測點，采用與置換墩同直徑1.5m的載荷板。各試驗點分8級加載，第一級為140kPa，以后每級增量為140kPa，三試驗點的最大荷載均加至 1260 kPa即終止。根據(jù)試驗資料，繪制地基靜荷載試驗P～S曲線，三個試驗點沉降均穩(wěn)定，P～S曲線變化平緩，沒有出現(xiàn)比例界限，最大沉降量達到125mm，可取平均值530kPa為置換墩承載力特征值。墩間土選用0.5m2的載荷板，試驗結(jié)果表明墩間土平均特征值可取215kPa。按面積置換率0.23計算，加固后地基承載力特征值可滿足280kPa要求。

②動力觸探試驗：在九個置換墩上和三個墩間布置了重型動力觸探。檢測深度貫穿整個碎石墩。從探測結(jié)果看置換墩的一般擊數(shù)為17.66～35.76擊，說明置換墩體結(jié)構(gòu)密實，置換墩的深度達到4.6m以上。墩下粉質(zhì)粘土的動探擊數(shù)為10.6～18.5擊，在檢測深度7m以內(nèi)，其承載力特征值不低于250kPa。滿足了工程對下臥層強度設計要求。

③土工試驗：從墩間土和置換墩下取土樣經(jīng)室內(nèi)土工試驗，第二層濕陷性黃土的濕陷性全部消除。

3 結(jié)語

當夯擊能量受到施工設備或施工環(huán)境限制，而又需要達到較大的加固深度時，采用深層柱錘強夯工法以相對較低的單擊夯擊能量，可達到提高處理深度的目的。通過上述兩個工程實例表明，當利用場區(qū)表層土作為充填料回填夯孔時，由于夯點與夯間的土質(zhì)相同，而夯后檢測時的加固效果差別不明顯。但是當用碎石填料進行孔內(nèi)深層處理和對上部夯孔進行夯填處理時，實際上是采用了強夯置換的方法，這使得在地基土中形成超密實的碎石墩體，碎石墩的豎向應力遠遠大于墩間土，從而形成復合地基使地基承載力大幅度提高，可廣泛用于加固飽和軟粘土地基。深層柱錘強夯工法還有一個比較突出的優(yōu)點，就是能明顯減小對周圍環(huán)境的震動影響。深層柱錘強夯工法具有加固深度大、效果好，適用范圍廣、可處理各種類型的飽和及非飽和的軟土地基?？杀苊馐褂么笮蛷姾辉O備，即降低了工程造價，同時也降低了振動影響，推廣應用前景廣泛。

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