不同強夯工藝在石窟地基處理中的應用

梁朝

（廈門中平公路勘察設計院有限公司）

0 引言

強夯法是反復將夯錘提到一定高度使其自由落下，給地基以沖擊力和振動力量，從而提高地基的承載力并降低其壓縮性，達到改善地基性能的目的。強夯置換法是在利用強夯形成的夯坑內填入塊石、碎石、礦渣或建筑垃圾等堅硬粗顆粒材料，采用多次投料和重復夯擊的方法形成連續的柱墩狀的置換體即強夯置換，由墩體與墩間土組成強夯置換復合地基。堆載預壓法是排水固結法的一種，主要對天然地基設置豎向排水通道（如砂樁等），然后利用堆載物重量分級逐漸加載，使土體中孔隙水排出，逐漸固結，地基發生沉降，同時土體強度提高。海滄路頭尾石窟（滄江路以南區域）軟基處理工程中，根據石窟不同地質情況采用不同的地基處理方式，為今后大面積石窟地基處理提供了借鑒。

1 工程概述

項目位于廈門市海滄港區16～17#泊位后方，滄江路南側、港南路北側地塊，總面積約11.25萬平方米。地塊范圍內石窟深坑于2018年底回填完畢，場地將作為碼頭后方陸域，后期用于集裝箱空箱堆場。項目地基處理面積約6.78萬平方米。

2 場地地質條件

根據《工程地質勘察報告》,巖土體的分布及其特征如下：①雜填土（Qml）。成分主要由碎石、磚塊或粘性土等回填而成，局部含少量生活垃圾，土中硬雜質含量約30%～40%。②淤泥質填土（Qml）。成分主要由淤泥質土回填而成，含腐植質，有腥臭味。該層屬新近回填，且未經專門的壓實處理。屬高壓縮性軟弱土，力學強度很低。③素填土（Qml）。成分主要由粘性土夾碎石塊回填而成，土中碎、塊石含量約20%～30%。該層回填時間＜3年，尚未完成自重固結，且未經專門壓實處理。④填（拋）石（Qml）。主要由花崗巖塊石回填而成，塊徑一般約0.3～0.4m，部分大于0.5m，其間為砂土或粘性土充填。該層重型動力觸探修正擊數為5.94～7.20擊，密實度及均勻性較差，力學強度偏低。⑤淤泥（Q4m）。成份主要由粉、粘粒組成，含腐植質，有腥臭味，局部含砂較高相變為淤泥混砂。⑥粉質粘土(Q4al-pl)。呈灰白、灰黃色，可塑狀，成分主要由粉、粘粒及石英砂構成，土中含砂量約10%～20%。⑦砂礫狀強風化花崗巖（γ52（3）c）。成分主要由未盡風化的長石、石英及云母等組成。該層風化較劇烈，巖體極破碎，巖芯呈砂礫狀，為散體結構，屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。見表1、圖1。

圖1 工程地質剖面圖

表1 巖土設計參數建議值

3 地基處理設計

地基處理方案根據地質情況不同分為A、B、C、D四個分區，如圖2所示。

圖2 地基處理分區圖

地基處理設計標準：交地標高+4.321（85國家基準）；交工面復合地基承載力不小于180kPa，強夯置換單墩承載力特征值為1200KN。

3.1 表層振動碾壓（A區）

A區面積為40826m2。因早期已處理，本次不再重復考慮深層處理，僅采用表層振動碾壓。將工程場地整平，并用振動力200kN的振動壓力機碾壓6～8遍，交工標高+4.321m。

3.2 強夯（B-Ⅰ和B-Ⅱ區）

B區面積14270m2，地質揭露上部約7～8m松散雜填土層，下部為粉質黏土、強風化花崗巖等非采石坑地

塊，采用強夯處理。將工程場地整平至設計標高+5.321（暫考慮預留1m沉降，具體根據試驗區沉降調整起夯標高），采用點夯2遍+滿夯2遍，其中點夯夯能5000KN·m。點夯可采用正方形布置，第一遍夯點間距取7m，第二遍夯點應位于第一遍夯點之間（100m2夯點數為4個）。每個夯點夯擊次數不小于10擊，滿夯夯能為1000KN·m，點夯夯錘直徑采用3～3.5m。點夯和滿夯施工后，整平場地，并用振動力200kN的振動壓力機碾壓6～8遍，交工標高+4.321m。

3.3 堆載預壓+砂樁處理+強夯置換（C區）

C區面積7361m2，地質揭露上部約9～10m淤泥質填土，下部為深厚松散素填土的采石坑地塊。上部淤泥質填土含水率較高且滲透系數較低，如直接采用強夯置換，土中孔隙水壓力無法消散，容易形成“橡皮土”或掉錘等，達不到處理效果，因此采用堆載預壓+砂樁排水固結，再進行強夯置換處理。

將工程場地整平至設計標高+3.812，鋪一層1m厚的合格土，再鋪設0.5m厚中粗砂墊層，采用堆載預壓+砂樁處理。堆載預壓采用5m預壓土柱，砂樁采用樁徑50㎝，樁長9m，按等邊三角形間距1.5m布置，預壓期為8個月后（預估沉降為1m）。再采用強夯置換法處理，夯錘取30～40噸，采用點夯2遍+滿夯2遍。其中點夯夯能6000KN.m，點夯采用正方形布置，第一遍夯點間距取5m，第二遍夯點應位于第一遍夯點之間（100m2夯點數為8個）。每個夯點夯擊次數不小于12擊，滿夯夯能為1000KN·m。點夯夯錘直徑采用1.3m，置換墩深度約6～7m。整平場地，并用振動力200kN的振動壓力機碾壓6～8遍，交工標高+4.321m。

3.4 強夯置換（D區）

D區面積46208m2，地質揭露為深厚松散雜填土、素填土層采石坑地塊，采用強夯置換處理。將工程場地整平至設計標高+4.812（考慮預留0.5m沉降，具體根據試驗區沉降調整起夯標高），夯錘取30～40噸，采用點夯2遍+滿夯2遍。其中點夯夯能6000KN·m，點夯采用正方形布置，第一遍夯點間距取5m，第二遍夯點應位于第一遍夯點之間（100m2夯點數為8個）。每個夯點夯擊次數不小于12擊，滿夯夯能為1000KN·m。點夯夯錘直徑采用1.3m，置換墩深度約6～7m。點夯和滿夯施工后，整平場地，并用振動力200kN的振動壓力機碾壓6～8遍，交工標高+4.321m。

4 施工檢測分析

施工前應檢查夯錘的質量和尺寸、落距控制法、排水設施及被強夯地基的土質；施工中應檢查夯錘落距、夯點位置、夯擊次數、夯擊遍數、最后兩擊的平均夯沉量、總夯沉量和夯點施工起止時間等；施工結束后應進行地基承載力、置換墩著底情況檢測。以D區施工為例：

⑴強夯收錘標準：D區采用夯錘錘底直徑1.3m，錘重430KN，落距14m，累計夯沉量60～70㎝，最后兩擊平均夯沉量5～7㎝，滿足設計要求。夯擊次數15～19擊。

⑵地基承載力檢測：D區強夯置換墩共3528根，對其36根（不少于總數1%）進行單墩靜載荷試驗。最大試驗荷載為2400KN，最大試驗荷載下墩頂變形為7.74～16.15mm，殘余變形為4.79～8.99mm。單獨極限承載力為2400KN，單墩承載力特征值為1200KN。見圖3、表2。根據復核地基承載力計算：fck=mRa/Ap+λ(1-m)fsk=181.54kpa（其中fck為復合地基承載力（kpa），m為復核地基置換率，Ra為單樁樁體承載力（kN），Ap為單樁截面面積（m2），λ為樁間土承載力發揮系數，fsk為樁間土承載力），滿足交工面復合地基承載力不小于180kPa。

圖3 單墩靜載荷試驗曲線圖

表2

⑶置換墩著底情況檢測：D區對其106（不少于總數3%）強夯置換墩點進行重型動力觸探試驗，試驗深度為6.5m，根據檢測結果表明置換墩著底情況及密實度滿足設計要求。見圖4。

圖4 置換墩重型動力觸探試驗圖

5 建議

因石窟地質情況復雜，設計采用“動態設計”原則，根據強夯、強夯置換試驗結果適當調整設計參數，強夯置換墩單點夯擊次數結合收錘標準由原設計的不少于12擊調整為15～19擊；采用強夯或強夯置換場地，夯擊面直接作為后續堆場交工面容易因表層土體擾動及成分復雜導致壓實度無法滿足要求，建議在夯擊面上鋪設50～80cm厚的山皮土，分層碾壓以控制表層壓實度。

6 結論

對于石窟地基具體采用何種方案來加固軟土，取決于土層的性質、工期要求和工程造價等，本項目通過采用不同的強夯工藝處理地基，取得較好的實施效果，地基處理達到設計標準。