强夯法在加固人工填土中的应用

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

强夯法经过30多年的发展和应用，已适用于处理一般粘性土、饱和砂土、碎石土、粉土、人工填土、湿陷性黄土、淤泥质土等地基，从而提高地基强度，降低压缩性，提高土层均匀性，减小地基不均匀沉降。本文通过介绍位于南京市江宁区的某厂房地基处理的工程实例，来探讨强夯法动力密实机理在工程实际中的应用。

1、工程概况

某机电公司一期主厂房地基处理工程位于江宁科学园，工程面积约为2.58万平方米，上部结构为轻钢结构厂房，地基处理之前的原状场地为水田，回填土为素填土，含水量最大值为30.1%，最小值为22.0%，平均值为24.6%，地基土饱和度平均值74.28%，孔隙比为0.903。设计采用强夯法进行回填土地基加固处理，要求处理后场地承载力特征值fak≥120KPa。

2、地质情况

2.1拟建场地岩土层分布自上而下：①层：素填土，松散，层厚1.50～6.30m；②层：粉质粘土，灰褐～灰黄色，湿～饱和，可塑，局部软塑，呈中等压缩性，层厚0.0～2.80m；③层：粉质粘土，黄褐色，稍湿，硬塑，呈低压缩性，层厚0.00～2.80m；④层：残积土，杂色，上部含较多卵砾石，硬～坚硬。层厚2.10～5.00m；⑤-1层：强风化岩，灰白～杂色，坚硬。

2.2土层主要物理力学性质指标                                                 表2-1

岩土层序号

统计指标

含水量w

重度p

孔隙比

塑性指数

液性指数

压缩系数a1-2

压缩模量

%

KN/m3

e

Ip

Il

MPa-1

MPa

①

平均值

24.6

17.9

0.903

14.4

0.31

0.51

4.35

变异系数

0.11

0.03

0.08

0.08

0.53

0.44

0.41

②

平均值

25.3

19.5

0.758

13.8

0.49

0.30

5.9

变异系数

0.05

0.01

0.04

0.08

0.19

0.08

0.09

③

平均值

20.4

20.1

0.640

14.4

0.17

0.24

7.02

变异系数

0.05

0.01

0.05

0.04

0.38

0.09

0.07

3、设计要求

3.1地基经强夯处理后承载力特征值fak≥120KPa；Es1-2≥5.0MPa。

3.2地基处理主要技术指标：

夯点间距为3.5米，正三角形布置夯点，单点击数6～8击，单击夯击能量1800～2000KN-m；满夯能量1200 KN-m，一遍两击1/4锤径搭接；夯点最后二击平均夯沉量控制在80-100mm；填土较厚区域适当加大夯击能量；

点夯停锤标准：最后两击平均沉降量不超过10cm，夯坑深度不超过1.6m。

4、强夯施工

4.1强夯机械设备选用：起吊设备选用W200A型履带式起重机，采用自动脱钩装置；夯锤选用锤重120kN～160kN，夯锤直径取2.4m。

4.2强夯单点夯击试验：

由于该场地填土时间短，厚度不均匀（1.50m～6.30m），回填施工未实施分层填筑，土层情况比较复杂，施工前的几个月南京地区降雨量较大，受雨水浸泡土质含水量较大。如果直接采取最初确定的施工参数进行施工，加固处理效果可能不够理想。为了间接了解欲处理的地基土情况，验证设计施工参数的可行性，综合考虑施工工期比较紧、施工单位施工经验丰富等因素，决定在大面积施工前选取有代表性区域进行现场单点夯击能试验，以确定和优化设计施工参数，选取合适的夯击能量、单点夯击数、夯点布置、夯击遍数等。

4.2.1结合工程地质勘察报告，根据场地含水量大小、回填土厚度以及设计施工参数等，在场地选择A、B、C三个不同区域的进行单点夯击试验。

4.2.2通过分别布设在四个不同方向上距离夯点不同距离的观测桩在夯击过程中测量数据的变化，计算和分析夯击过程中地基土被有效压缩以及夯坑周围土体的隆起情况。

4.2.3夯机就位，夯锤中心对准夯点位置；根据设计单击夯能及锤重确定落距；

4.2.4每击夯沉量及周围土体隆起情况的观测：

a、夯前测量各组观测桩及夯锤顶平面的标高；

b、随后每夯一击均观测各组测桩及夯锤顶平面的标高；

c、根据观测数据计算每一击的夯沉量与周围土体的隆起量；

d、绘制每击的沉降量与隆起量的曲线图；

e、根据观测数据及绘制的曲线图进行分析，确定合适的夯击能及击数；

f、根据观测数据及设计相关要求确定停锤标准。

4.3单点夯试验施工中发现的问题

    场地土体含水量较大的A点，强夯时出现夯沉量大、夯坑过深，最后沉降量难以控制，不能满足预期的设计参数，并且拔锤困难；回填土含水量较小的B点，强夯时夯沉量较均匀，最后夯沉量偏大； C点试验情况与B点相类似。

4.4根据以上施工情况，补充以下施工方案：

4.4.1鉴于施工区域回填土较厚及土层多为渗透性较好的粉质粘土，在遭遇阴雨天气的情况下及时排除作业面雨水尤为重要。在未施工的作业面及场地周边沿施工区域边缘用机械开挖深约1.5～2.5m的排水沟，并与现场排水系统相贯通，排水方向服从现场总排水；施工区表面的雨水通过人工开挖浅沟排入作业区周围的主排水沟中；在已施工的区域（施工时先从排水方向逆向施工，成型工作面整形时适当形成排水坡度）边缘挖一条深50cm的排水沟将已施工区积水排向排水沟。

4.4.2为保证施工进度，在施工现场准备足够的塑料薄膜用于作业面覆盖。根据天气预报信息，准备薄膜覆盖一到二天的工作场地，雨后根据覆盖场地土的含水情况确定能否立即开展施工，以便缩短雨天影响。当30cm内的土含水率大于25%时用推土机将该层土推掉20cm再进行强夯施工。

4.4.3由于部分施工区域回填土一次虚铺厚度达6.5m，土质较松散，在能量为2000KN-m、夯6击的施工过程中已出现夯坑深度达2.5m，而且夯坑周围无隆起的现象。为保证工程质量和减少地基后期沉降，采取针对不同填土厚度采用不同的夯击能量和增加夯击遍数来处理，即对于填土厚度大于3.5m的区域，第一遍强夯时增大夯击能量到2400～2500KN-m，以坑深度不大于2.5m和拔锤不困难为停夯控制标准，如以上标准难以实现，可适当增加一遍夯击，通过本遍强夯以达到深层土体加固的目的。第二遍强夯采用设计施工参数指导施工，降低能量至设计值1800～2000KN.m，以最后两击夯沉量7～10cm和夯击数作为停夯控制标准，达到浅层加固之目的，同时加大满夯能量到1500KN-m。

4.4.4施工中根据气象数据（阴晴、气温、风力）、地基土体含水量、土体孔隙水压力消散情况等综合因素开展施工，控制好施工间歇，避免出现“弹簧土”、“橡皮土”等强夯施工质量问题。

5、夯后检测

夯后共进行了三组载荷试验，载荷板面积为1.0m×1.0m，分别为试1、试2、试3，极限加载按240kN考虑，共分8级加载，第一级加载30kN，然后按每级30kN递增直至加载240kN为止。三组荷载试验参数与试验结果见表5-11                                   表5-1

序号

荷载（Kpa）

试1沉降量（mm）

试2沉降量（mm）

试3沉降量（mm）

0

0

0.00

0.00

0.00

1

30

0.47

0.43

0.44

2

60

1.01

1.03

0.95

3

90

1.71

2.41

2.00

4

120

2.60

4.04

3.72

5

150

4.03

6.50

5.25

6

180

5.64

11.00

7.99

7

210

7.56

17.47

11.94

8

240

9.94

25.93

18.23

 

 

              

 

由5-1可知：三组载荷试验所测各点p～s曲线均无明显的比例极限，也未出现陡降段。因此所测各点极限承载力不小于240Kpa，夯后地基承载力特征值不小于120KPa。

6、结论

通过预期的强夯加固效果：使土体有效固结，减小孔隙比，降低含水量，加快地基土的前期固结沉降，提高地基承载力，加固后地基土承载力特征值达到要求的120kPa以上。

7、经验总结

7.1地基处理期间，对于降雨量较大地区时，施工时防止雨水浸泡夯坑和表层土是保证工程质量的一个重点，雨季施工的质量保证措施主要是：

坚持信息施工，积极收听天气预报，随时作好天气变化的应对措施。遇降雨天气，应在天气降雨之前及时推平夯坑，并使作业面形成一定的流水坡度，以便雨水及时流走，推平后立即进行碾压封水；降雨后根据现场情况随时增加开挖排水沟，及时排水。

合理控制强夯间隔时间。

抓住晴好天气连续施工，每块场地施工要求一次强夯完成，不留尾巴。

7.2应用数理统计技术，正确处理特殊土层变化

明确夯点的击数与最终沉降量的控制指标，但由于小范围的试验与大范围施工的地质情况及相关扰动条件略有不同，反映在强夯过程中即引起地面最终夯沉量与试验夯沉量的符合程度会有所不同。

由于现场回填土层厚度很不均匀，回填土质情况复杂多变，在强夯过程中会出现种种异常，夯坑深度及最后沉降量会随场地回填土深度及含水量和土质情况而大大不同，这直接影响到强夯后回填土的密实性、均匀性及强夯加固深度，从而影响强夯后地耐力和后期地基土的沉降。为此，在强夯过程中应拟定合理灵活的技术处理措施。