強夯法在高回填土地基加固施工中的應用

謝鴻衛 唐光暹 孫富達

廣西建工集團第一建筑工程有限責任公司 南寧 530001

1 工程概況

三江世紀城項目位于廣西壯族自治區三江侗族自治縣城河東新區中心位置，該工程地貌形態為V形天然沖溝，整個場地地勢起伏較大。土層分布大致為5 層，其中第①、②層為雜填土，回填時間為2～5 年；第③層為原狀土層；第④層為強風化巖層；第⑤層為輕、中風化巖層。①、②層雜填土的土層厚度為1.80～39.80 m，該土層結構主要由強-全風化砂質泥巖、黏性土組成，為松散-稍密狀，屬中壓縮性土，力學強度較低、密實程度不均勻、遇水易松軟，對基礎施工過程中基坑坑壁的穩定性有不利影響。

場地內有2 層地下水，第1層地下水為上層滯水，初見水位1.20～25.00 m，主要賦存于填土層中，由地表水及大氣降水滲入補給。第2層地下水主要賦存于砂質泥巖裂隙中，屬裂隙水，受周邊河水影響。局部富水性較大，對深基礎施工有一定的影響。經方案對比后，確定采用強夯法對回填土進行處理，要求處理后的地基土承載力標準值不小于150 kPa，變形模量不小于12 MPa。

2 施工方案

2.1 施工機具

根據工程特點、填料種類、設計壓實系數、施工條件等選擇機械設備[1]。本工程采用176 kN夯錘，夯錘底面為圓形，錘底Φ2.0 m。夯錘中設2 個Φ250 mm左右貫通的排氣孔，以減少錘底與土面間因形成真空而產生的強吸附力和夯錘下落時的空氣阻力。起重設備采用350 kN的履帶式起重機。通過自動脫鉤裝置來起落夯錘，同時控制每次夯擊落距一致。

2.2 夯擊方案設計

2.2.1 夯擊能量

本工程場區平均填土厚度20 m，參考范維恒教授[2]推薦的經驗公式：

式中：H——影響深度；

W——夯擊能量，

C——土的特性系數，本工程黏性土取0.5。

考慮強夯振動對周邊建筑物的影響，在鄰近場地周邊建筑物或高邊坡5 m范圍時采取降低夯擊能的方式來進行強夯施工，此時選擇提升高度為8 m，則單點夯擊能為1 408 kN·m，因該區域回填土厚度較小，單點夯擊能滿足相應要求。

滿夯時選擇提升高度為6 m，則單點夯擊能為1 056 kN·m。

2.2.2 夯擊遍數

根據現場回填土的實質情況，本次夯擊初定2 遍點夯、1 遍滿夯，每遍10～14 擊，按設計圖紙順序號夯擊（順序號中注明插夯點）。當把插夯點在內的夯點夯完后，間歇一段時間，讓加固土層中的孔隙水壓力消散后，再續夯第2遍，最后滿夯第3遍。

2.2.3 布點間距

夯點采用正方形布設，第1遍夯點為5 m×5 m，第2遍夯點位于第1遍夯點正方形的形心，強夯區第1、2遍夯點平面布置如圖1所示。滿夯的夯錘搭接部分不應小于面積的1/4，具體如圖2所示。

圖1 強夯區第1、2遍夯點平面布置

圖2 強夯區滿夯點平面布置

2.2.4 其他因素

方案設計時還需要考慮的其他因素有：

（a）間歇時間：根據土類物理力學性質，設計間歇時間為7～10 d。

（b）點夯最后2 擊平均夯沉量不大于5 cm，夯坑周圍地面不發生過大的隆起，且不致夯坑過深而提錘困難。

（c）大規模施工前應選取具有代表性試夯區進行試夯，試夯時根據初步設計的參數進行[3]。通過試夯數據確定施工的參數，試夯區的評價內容由每擊夯沉量、夯擊次數、總夯沉量、最后2 擊夯沉量、孔隙比等。

2.3 施工步驟

（a）清理并平整施工場地。

（b）標出第1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。而該過程中，若發現因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，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）換夯點，重復步驟（c）～（f），完成第1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第2遍全部夯點的夯擊。

（j）最后用低能量滿夯，將場地表層松土夯實，場地整平碾壓，并測量夯后場地高程。

3 振動測試

本次通過強夯時的振動測試，采集土體對沖擊荷載的響應來判斷土體的動力性能，并為回填土地基處理方案的確定提供依據[4]。

本次采用日本的INV602U型動態信號采集系統、S326型抗混濾波放大器、891-II型速度傳感器。每個測點布置豎向、水平的891-II速度傳感器測得測點處的振動加速度時域信號，再用模態分析專用設備進一步求得地基土的振型、自振頻率和阻尼比。現選取2 個典型工況進行測試分析，工況1中的錘重17.6 t，起重高度17 m；工況2中的錘重17.6 t，起重高度8 m。每個測點布置豎向、水平加速度傳感器各1 個。測點布置如圖3所示，測試結果如表1、表2所示。

表1 工況1各測點振動速度試驗結果（單位：mm/s）

表2 工況2各測點振動速度試驗結果（單位：mm/s）

圖3 測點布置

根據所測數據，用準牛頓法進行非線性回歸分析得到回填土振動速度衰減公式。

豎向振動速度為：

水平徑向振動速度為：

式（2）、（3）中：v——測點振動速度（mm/s）；

R——測點距夯擊點水平距離（m）；

Q——夯擊能（kN·m）。

由各工況所測數據及公式（2）、（3）可知，夯擊能越大、距離越長衰減越明顯；在振動波的傳播路徑上遇到上升斜坡時，豎向振動速度增大，水平徑向速度減小。根據上述衰減關系可知，本次采用的強夯施工方案，其周邊建筑物的混凝土基礎和回填土所形成的高邊坡的安全不會受到影響。

4 加固效果

根據規范規定，完成強夯施工后應對地基承載力進行檢測，以作為設計的依據[5-7]。本次采用輕型動力觸探確定地基承載力，共對3 處地基進行檢測試驗，試驗結果分別為597 kPa、647 kPa、509 kPa，其平均值為584 kPa，完全滿足設計地基承載力150 kPa的要求，表明本次強夯后的地基加固效果良好。

5 結語

通過對本工程采用強夯法處理回填土地基的施工、振動測試及加固后地基效果的測試，得出以下結論：

（a）本次采用強夯法處理回填土地基的施工設備簡單，加固后地基效果良好，對于處理本工程地質條件是有效的；

（b）強夯時充分考慮了振動對周圍建筑物的影響。在近建筑物處采取較低夯擊能進行夯擊，能起到對建筑物的保護作用，本次強夯施工未發現周邊建筑物和高邊坡出現異常情況；

（c）對3 處加固后地基進行承載力檢測，檢測結果均大于150 kPa，滿足設計要求，表明本工程的強夯加固方法效果明顯，加固后的回填土可作為后續主體基礎的施工。