張興華，劉清泉

（福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，福建 福州 350108）

0 引 言

強(qiáng)夯法是由法國工程師Menard于60年代提出的一種地基加固方法，它通過重錘以一定的落距，對地基土施加一個較大動應(yīng)力，可降低土壓縮性、提高地基土強(qiáng)度、改善砂土的抗液能力及消除濕陷性黃土的濕陷性等。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展和工程應(yīng)用，強(qiáng)夯法已適用于多種地基土的加固處理。強(qiáng)夯法加固地基具有效果明顯、經(jīng)濟(jì)易行、設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。以某倉儲中心地基強(qiáng)夯處理為例，對地基處理結(jié)果進(jìn)行檢測，探討強(qiáng)夯加固的有效性。

1 工程概況

倉儲中心項(xiàng)目位于泉州市惠安縣，建筑占地面積約31 227.55 m2，擬建1幢1F配送倉庫、1幢1F衛(wèi)生間和1幢地上成品消防水池。配送倉庫采用門式剛架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)基本柱網(wǎng)均為23 m×14 m，柱下最大軸力設(shè)計(jì)值約900 kN；局部帶夾層處柱下最大軸力設(shè)計(jì)值約2 000 kN；衛(wèi)生間及地上成品消防水池，采用框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)基本柱網(wǎng)為8.4 m×8.0 m，柱下最大軸力設(shè)計(jì)值約1 000 kN。場地地層巖性均勻，根據(jù)勘察孔揭露的地質(zhì)資料可知，距地表深36.50 m之上的地層除表層①素填土、①-1填石外，主要由②粉質(zhì)黏土、③淤泥、④粉質(zhì)黏土、⑤碎石、⑥粉質(zhì)黏土、⑦碎石、⑧碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，地層從上而下逐漸增強(qiáng)。地質(zhì)剖面如圖 1。設(shè)計(jì)要求地基承載力 150 kPa，揭露持力層承載力為 40～60 kPa，不滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行地基處理。

圖1 地質(zhì)剖面圖Fig. 1 Geologic sections

2 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)工程特性要求，經(jīng)強(qiáng)夯加固處理后的地基應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：①形成的硬殼層深度達(dá)到 5～6 m；②地基承載力≥150 kPa。

2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及勘察報告揭示的主要工程地質(zhì)問題，現(xiàn)場主要解決表層3.7～6.7 m范圍內(nèi)回填碎石土孔隙率大、工后沉降不均的問題。為確保施工質(zhì)量，在滿足地基加固處理技術(shù)指標(biāo)的條件下，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）[1]，對該層回填土采取強(qiáng)夯方法進(jìn)行壓密夯實(shí)，為防止夯后產(chǎn)生“彈簧土”現(xiàn)象，造成土體結(jié)構(gòu)性破壞，因此強(qiáng)夯采用“先輕后重，少擊多遍、逐級加能”[2-4]的方法施工，采用多輪強(qiáng)夯法對土體夯密，特別對碎石土集中區(qū)域增加夯擊遍數(shù)，以保證夯后場地滿足設(shè)計(jì)所需的壓實(shí)度及后期沉降指標(biāo)。

2.3 設(shè)計(jì)方案

（1）錘重和落距

土層加固深度H（m），按經(jīng)驗(yàn)公式[5]：

式中：M為錘重，t；H為落距，m；k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.4～0.7。

假定選取夯錘重M=10 t，加固深度H=6 m，k=0.5，則根據(jù)公式可以計(jì)算出落距h=14.4 m。

（2）夯擊終止條件

a）最后兩擊的平均夯沉量≤50 mm，當(dāng)單擊夯擊能量較大時≤100 mm。

b）夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生較大的隆起。

c）不因夯坑過深而引起起錘困難。

（3）加固影響深度確定

a）根據(jù)1972年Menard提出的計(jì)算公式，計(jì)算強(qiáng)夯有效加固深度[6-7]：

b）大多數(shù)學(xué)者通過大量的實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)夯實(shí)際加固的有效深度應(yīng)是 Menard公式計(jì)算深度乘上一個不大于1的折減系數(shù)，即：

式中：k為影響深度折減系數(shù)，一般隨土中黏性含量的增大或含水量的增大而減小。Menard公式是經(jīng)驗(yàn)性公式，量綱存在問題。

c）在實(shí)際施工過程中，一般采用Billam計(jì)算法計(jì)算強(qiáng)夯加固深度進(jìn)行計(jì)算[8]：

式中：H為強(qiáng)夯加固深度，m；M為夯錘重量，t；h為夯錘落距，m；k為折減系數(shù)，與土的種類和初始密度有關(guān)，一般取 0.1～0.16（g為重力加速度m/s2，q為土骨架的動阻力kN/m2）；D為夯錘底面直徑，m。

對比以上計(jì)算公式與方法，Billam計(jì)算法包含了錘重、落距、錘底面直徑和折減系數(shù)多個因素，可較真實(shí)反映強(qiáng)夯過程的各種因素。Billam計(jì)算法主要適用于粉土、砂土、黃土和黏性土等，且計(jì)算精度相對高[9-10]。在此用Billam計(jì)算法計(jì)算該工程有效加固深度，取k=0.15。

采用MH=1 500 kN·m夯擊能、D=2.22 m，其加固深度為：

采用MH=2 000 kN·m夯擊能、D=2.22 m，其加固深度為：

根據(jù)以上計(jì)算，結(jié)合該工程軟土地基的特點(diǎn)，采用2 000 kN·m夯擊能，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算推測其加固影響深度約為5～6 m，可滿足工程要求。強(qiáng)夯采用布點(diǎn)為5.0 m×5.0 m，夯點(diǎn)布置如圖2，強(qiáng)夯通常采用兩遍點(diǎn)夯，再加一遍滿夯。采用較大的夯點(diǎn)間距可防止夯擊能產(chǎn)生的土體擠壓效應(yīng)對地基土產(chǎn)生破壞作用，同時可在土體內(nèi)形成一定深度的膨脹樁狀，能完成要求的加固深度范圍，同時前一遍加固深度與后一遍加固深度擠密成硬殼層[10]，以達(dá)到壓實(shí)的目的。

圖2 夯點(diǎn)布置示意圖Fig. 2 Schematic of the compacting spots

兩遍點(diǎn)夯完成后，進(jìn)行場地平整，檢測標(biāo)高，如因夯沉量過大，則補(bǔ)充土方回填至起夯面，滿夯一遍，滿夯能量為1 500 kN·m，每點(diǎn)夯擊1～2擊，滿夯采用一般平底錘，要求搭接1/3錘徑，滿夯主要夯擊表層松散土，如圖3。

圖3 滿夯示意圖Fig. 3 Schematic of the full ramming

3 地基承載力檢測

強(qiáng)夯施工完成，對施工質(zhì)量進(jìn)行工程檢測。靜載荷試驗(yàn)按《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340—2015）[11]的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)由安裝在載荷板上的油壓千斤頂進(jìn)行逐級加荷，反力由混凝土預(yù)制塊堆重平臺承擔(dān)，載荷板沉降由對稱方向安裝的位移傳感器測讀。

試驗(yàn)加荷方式為慢速維持荷載法。按設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)土層為粉質(zhì)黏土層，采用圓形承壓板，面積為2.0 m2，直徑d=1.60 m，圓形承壓板，取b=d[8]，0.01b=16.0 mm。

1號、2號、3號、4號、5號、6號及7號試驗(yàn)點(diǎn)的每級荷載增量均為75 kN，承壓板對地基土作用的壓應(yīng)力為37.5 kPa，最大試驗(yàn)荷載均加至600 kN，承壓板對地基土作用的壓應(yīng)力為 300 kPa，以上 7個試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)進(jìn)展均順利，未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，在最大荷載作用下，試驗(yàn)均未達(dá)到規(guī)范終止加載條件[11]。p-s曲線如圖4所示。

圖4 p-s曲線結(jié)果Fig. 4 p-s curve

依據(jù)《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340—2015）[11]，各試驗(yàn)點(diǎn)載荷試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，7個試驗(yàn)點(diǎn)的總沉降較小。按相對變形值確定地基承載力特征值時，取s/b＝0.01所對應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3點(diǎn)，各試驗(yàn)實(shí)測值的極差不得超過其平均值的30%，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值。

表1 試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of loading tests

從表2看出，取s/b＝0.01所對應(yīng)的荷載大于最大加載量的一半，即極限荷載的一半，選取極限荷載的一半作為該土層的地基承載力特征值，確定該工程參與統(tǒng)計(jì)的地基承載力特征值為150 kPa。

表2 承載力確定表Table 2 Determine the bearing capacity

4 結(jié) 論

因地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行地基處理。根據(jù)擬建場地的地層特性，選擇強(qiáng)夯加固對地基進(jìn)行處理，通過Billam方法確定夯擊能、夯點(diǎn)距離等。采用“先輕后重，少擊多遍、逐級加能”的方法完成施工，并采用靜載荷試驗(yàn)對施工質(zhì)量進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果表明試驗(yàn)點(diǎn)總沉降較小，地基承載力特征值滿足要求，地基處理方案可行有效。