深層柱錘強夯施工技術應用

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、夯遍（次）數、夯間距等參數有關，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，隨著夯擊次數或夯遍數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）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，同時產生以錘底邊緣為界限的應力擴散泡，在夯錘周圍側面產生很大的動態被動壓力，土體同時受到向下和四周的擠壓，連續夯擊時可形成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，如此反復夯填、控制最終錘擊貫入度達到飽和夯擊次數，使地基土深部形成葫蘆狀的強壓密區，對深部地基土進行擠密加固。第三步是處理夯孔：向夯孔內分次填料并夯擊使其密實，在夯實孔內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）工程地質概況

濟南鋼鐵集團鋼城新苑住宅小區位于歷城區飛躍大道與鳳鳴路交匯處的西北角。擬建場區地貌單元屬山前沖洪積扇前沿，原為耕地，地勢基本平坦。根據工程地質勘察報告，主要持力層為黃土狀粉質粘土，該層場區普遍分布，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、鈣質條紋及小姜石，見蟲孔及垂直節理。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Ip=11.5，液性指數IL=0.51。飽和度Sr=83%，壓縮模量Es=5.11MPa。濕陷系數最大為0.54，平均δs=0.012。標貫擊數N=6.3，地基承載力特征值fak=150kPa。下臥層的粉質粘土呈褐黃色，可塑～硬塑，濕～飽和，場區普遍分布，揭露厚度為2.3～9.5m，平均6.67m；標貫擊數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。整個住宅小區規化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。為驗證孔內柱錘深層強夯效果，以東區的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粘土。

2）施工方案

根據東區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IL值大于0.4，接近或達到飽和狀態。對于這種土質采用普通強夯工藝夯擊時會發生液化、短時間內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。當總夯擊次數達到15擊，而貫入度不能滿足要求時應增加錘擊數。深孔內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。夯擊過程中發現有墩間土擊穿墊層出露到地面的現象，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規范，最終提岀夯后復合地基強度，置換墩深度及下部粉質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定，P～S曲線變化平緩，沒有出現比例界限，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。從探測結果看置換墩的一般擊數為17.66～35.76擊，說明置換墩體結構密實，置換墩的深度達到4.6m以上。墩下粉質粘土的動探擊數為10.6～18.5擊，在檢測深度7m以內，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室內土工試驗，第二層濕陷性黃土的濕陷性全部消除。

3 結語

當夯擊能量受到施工設備或施工環境限制，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，當利用場區表層土作為充填料回填夯孔時，由于夯點與夯間的土質相同，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點，就是能明顯減小對周圍環境的震動影響。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。可避免使用大型強夯設備，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。

[責任編輯：丁艷]