強夯法與分層碾壓法在深厚填土中的應用

翟振乾

（中航勘察設計研究院有限公司，北京 100000）

0 引言

隨著土地的開發，人們發現山區高填方地基可以解決建設用地的問題，緩解燃眉之急。伴隨著高填方地基問題是填土穩定性，變形沉降和工后沉降等[1-2]。目前常用的山區高填方地基處理工藝主要是加速回填土的密實，包括強夯（強夯置換）法、分層碾壓法、碎石樁、CFG 樁等方法[3-5]。侯斌等[6]通過對安康機場高填方膨脹土進行地基處理試驗，發現采用強夯和強夯置換作為地基處理方式是合理有效的。梁永輝等[7]以新疆烏魯木齊機場北區擴建項目中的高填方工程為背景，開展了原場地地基處理強夯試驗研究，表明強夯可基本消除粉土的濕陷性。劉維正等[8]基于貴陽機場三期擴建項目試驗段，提出GCCFG 組合樁對高填方紅黏土地基進行加固?？子癞叺萚9]結合工程實踐，在高填方區地基處理中發展了一種采用重錘沖擊擠密成孔分層夯填散體材料樁地基處理新技術。本文以四川省內江市Z 工程為例，通過分析常用地基處理施工工藝的優缺點，提出采用強夯法和分層碾壓法相結合的施工工藝，并對強夯與碾壓搭接區域施工工序進行了設計，深度探討強夯法與分層碾壓法在深厚填土中的應用。

1 工程概況

Z 工程位于四川省內江市東興區椑木鎮龍灣村，為丘陵地貌，場地內地形較平坦，最大高差約7.5m，場地周邊為山丘，最大高度約30.0m，場地現狀主要為荒地，局部有少量建筑。擬建建筑物包括餐廚處理廠房及卸料大廳、除臭系統平臺、柴發及鍋爐房、脫硫及發酵罐、沼渣罐等建筑，所有建筑物基礎均采用樁基礎。Z 工程東側和南側均為荒地，西側和北側有廠區道路，西側有門房、地泵等構筑物。場地內北側有已建垃圾壩，應考慮地基處理對其影響。

2 工程地質條件

根據Z 工程位置地貌進行巖土工程勘察，勘探深度（32.0m）范圍內的地層為人工填土層、第四系殘坡積層和侏羅系上統遂寧組基巖。人工填土層包含粉質黏土素填土和塊石素填土，第四系殘坡積層包含強粉質黏土②層，侏羅系上統遂寧組基巖包含強風化砂質泥巖③層、強風化砂巖③1層、中等風化砂質泥巖④層和中等風化砂巖④1層。場地內巖土層詳細描述如表1 所示。

表1 場區巖土層性質

本工程處理主要以粉質黏土素填土層、塊石素填土為主，其回填年限在1 年以內，力學性質差，人工填土成分和分布厚度不均，深度約0.0 ～20.0m。

3 項目設計方案——以Z 工程為例

3.1 地基處理目的

（1）提高填土地基承載力，地基處理完成后淺層承載力特征值不小于100kPa；

（2）減小場坪地基的不均勻性，控制工后最大沉降不超過150mm。

3.2 處理方案的選擇

常用的深厚填土地基處理方案優缺點如表2 所示。

表2 處理方案比較

本項目場地北側有較大的既有垃圾壩構筑物，此區域無法采用強夯法，且設計主要對場區表層以下10m 深度范圍填土進行密實處理形成硬殼層，考慮造價、工期以及周邊環境問題，綜合分析比較，最后采用強夯法和分層碾壓法相結合的地基處理方案。具體設計參數如下。

3.2.1 換填碾壓方案設計

針對Z 工程的地理條件，考慮到強夯施工產生的影響對垃圾壩附近區域，采用換填碾壓方式處理。設計具體如下：（1）垃圾壩區域開挖填土到垃圾壩第一級臺階位置，深度約7.0m，1:2 放坡；（2）開挖完成后，應分層回填，分層碾壓；建議每層回填厚度500 ～800mm，采用不小于12t 的振動碾壓機進行碾壓，碾壓遍數由現場試驗確定。滿足壓實系數不小于0.94；（3）施工質量檢驗應分層進行，并應在每層的干密度和壓實系數滿足設計要求后鋪填上層；（4）換填土料采用現場開挖的碎石土（最大粒徑不超過100mm），粉質粘土、粉土作填料時含水量控制在最優含水量范圍；不得使用淤泥、耕土、膨脹土以及有機質含量大于5%的土。

3.2.2 強夯方案設計

強夯設計方案包括開挖后強夯和回填完成后大面積強夯。場地下8.0m 以上填土厚度區域采用開挖后強夯，開挖深度約4.0m；之后回填再進行大面積強夯施工。設計施工參數包括：單點夯擊能、單點夯擊擊數、夯點布置、夯擊遍數以及兩遍夯擊間隔時間、處理范圍等。

（1）單點夯擊能。采用“兩遍點夯，一遍滿夯”形式。場地8.0m 以上填土厚度區域開挖后，對于填土厚度8.0 ～10.0m區域單點夯擊能量4 000kN·m，填土厚度10.0m 以上區域單點擊夯能量6 000kN·m?；靥钔瓿珊蟠竺娣e強夯施工，對于填土厚度6.0 ～8.0m 區域單點夯能量6 000kN·m，其他區域單點夯能量4 000kN·m。所有強夯施工最后均滿夯一遍，滿夯擊能1 000kN·m。

（2）單點夯擊擊數。單點夯擊隨著擊數增加，土體越來越密，此時具有一個最佳夯擊擊數，超過此擊數時，地基土不但不會加密，反而會越夯越松。本工程單點夯擊次數暫定為6～8擊，根據回填土的粒徑及厚度適當調整，具體夯擊次數應根據現場試驗確定。

夯點的夯擊次數應滿足下列條件：

①最后兩擊的平均夯沉量：4 000kN·m 能級不大于100mm，6 000kN·m 能級不大于150mm；

②夯坑周圍地面不應發生過大的隆起，有效夯實系數不宜小于0.75；

③不因夯坑過深而發生提錘困難。

（3）夯點布置。為了保證整個場地都能均勻加固不留空白，同時又要考慮到夯擊能的有效影響范圍，4 000kN·m 能級每遍單點夯擊間距為7.0m，6 000kN·m 能級每遍單點夯擊間距為8.0m，采用梅花形布置。布置示意圖如圖1、圖2 所示。

圖1 4 000kN·m 能級夯點布置大樣圖

圖2 6 000kN·m 能級夯點布置大樣圖

（4）夯擊遍數。夯擊時單點重夯應進行兩遍，兩遍布點梅花型交叉布置，最后一遍低能級滿夯。點夯能量有4 000kN·m和6 000kN·m，每個點夯6 ～8 擊，具體夯擊次數應根據現場試驗確定；滿夯能量為1 000kN·m，每個點夯2 ～3 擊，采用低落距重錘，錘印搭接1/4。

（5）兩遍夯擊之間的時間間隔。根據本工程填料特點及有關經驗，非雨季施工時，一遍點夯完成后需要間隔2 ～3d后再進行下一遍點夯。具體間隔時間需由現場試夯試驗確定。

（6）強夯施工前需試驗確定強夯對周邊道路及邊坡影響，必要時采用設置隔震溝等措施降低影響，“隔震溝剖面示意圖”如圖3 所示。

圖3 隔振溝剖面示意圖

（7）待處理填土含水量過高不能滿足強夯要求時，可以采用碎石、山皮石或者建筑磚渣等材料適當置換。

（8）強夯完成后，對淺層土需要整平處理至場坪設計標高，處理后土體壓實度不小于0.94。

3.3 現場小區試驗

施工前，應在施工現場有代表性的場地選取一個或幾個試驗區，根據設計的參數進行施工，每個試驗區面積不宜小于20m×20m，現場試驗結束一周后，對試驗場地進行檢測，并與試驗前測試數據進行對比，檢驗試驗效果，確定最終工程采用的各項施工數?，F場回填碾壓需獲取的參數包括碾壓分層厚度、碾壓遍數和有效加固深度等；試夯需獲取的強夯參數包括強夯有效加固深度、施工夯擊能、夯擊數、夯擊遍數、兩遍夯擊之間的時間間隔以及夯后地基承載力特征值、土體變形模量和夯沉量等。

4 Z 工程施工工序設計

強夯與碾壓搭接區域是較薄弱位置，處理不當會引起差異沉降，應重點控制施工質量。設計施工工序為開挖土體→強夯施工→交接處超挖填土→垃圾壩區域分層換填碾壓→回填大面積強夯→分層換填碾壓預留區域，場地整平處理設計到標高。強夯與碾壓搭接寬度8.0m，形式采用階梯狀，臺階寬度2.0m，高寬比≤1 : 2。具體施工順序如圖4 所示。

圖4 施工工序示意圖

5 沉降監測

應在工程施工完成后持續開展沉降監測，滿足沉降穩定標準后停止監測。工程完工后在場區均勻布設了7 個沉降觀測點進行長期觀測，經過3 年的觀測資料表明本場最大沉降量約為110mm，沉降變形逐漸趨于穩定，總沉降量在設計要求的150mm 范圍內。

6 地基檢測

為了詳細評價地基處理施工效果，施工完成后應進行地基承載力檢測和地基均勻性檢測，要求強夯完成后淺層地基承載力特征值fak 不小于100kPa。

6.1 換填碾壓檢測

每一層碾壓施工結束后，及時進行回填土的干密度和壓實系數試驗。達到要求后，再進行上一層的鋪土。檢測點數量為每100m2不應少于1 個點，且每層不少于3 個點。施工完成后應進行承載力檢測，采用圓錐動力觸探試驗每400m2不少于1個點且不少于3 點檢測；根據動力觸探試驗結果選擇相對較差和有代表性的點進行載荷試驗，每1 000m2不少于1 個檢測點且不應少于3 個點檢測。

6.2 強夯區域檢測

地基承載力檢驗應在施工結束后間隔14 ～28d 后進行。有建筑物區域靜載荷試驗按照每個建筑物或每個小型建（構）筑物群不小于3 個檢測點進行檢測，無建（構）筑物區域按每1 000m2不少于1 個檢測點進行檢測。重型動力觸探試驗N63.5按照每400m2不少于1 個檢測點且不少于3 點進行檢驗，現場重型動力觸探平均擊數不小于7 擊。

7 結論

綜上所述，以Z 工程為例的施工工程，采用強夯法和分層碾壓法相結合進行深厚填土處理，檢測結果表明地基土的力學特性和均勻性均有提高，地基承載力特征值大于100 kPa，場區工后沉降在150mm 范圍內，滿足設計要求。（1）本工程采用強夯和分層碾壓相結合的方案恰當合理，取得了較好的社會和經濟效益，為處理深厚填土非均勻地基提供了一定經驗。（2）應重視不同施工工藝搭接區域處理，防止出現差異沉降。（3）在工程建設中，不是最成熟的施工工藝就是最好的，須因地制宜，選取適合本項目的方法才是最優的。