强夯法地基处理方法在素填土、风积粉土、粉砂地层中的应用

强夯法地基处理方法在素填土、风积粉土、粉砂地层中的应用

王健邱玲智

(化工部郑州地质工程勘察院王健邱玲智450011)

摘要：本文通过郑州航空港区某厂区的强夯法地基处理实例，对强夯法地基处理方法在素填土、风积粉土、粉砂地层中的实施效果进行了分析和研究，其结论对类似工程具有一定参考价值。

关键词：强夯，填土，风积粉土，粉砂，湿陷性

引言：强夯法在国际上称为动力压实法或动力固结法，这种方法是利用夯锤自由落下产生的冲击波使地基密实，从而提高地基承载力，降低压缩性，改善地基性能。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粉质黏土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。这种地基处理方法具有加固效果显著、使用土类广、设备简单、施工方便、施工期短、节约材料和使用费用低等优点，目前在房屋建筑、堆场、机场、公路等工程领域得到了广泛应用。

1.工程概况

某工厂厂区位于郑州市航空港区，建筑物主要为厂房、附属用房和综合餐厅，均为地上3层，框架结构，基本柱距9.0m×12.8m，上部结构单柱荷载最大值约9000kN，单柱荷载很大，设计要求地基承载力设计值不小于150kPa。拟建工程场地地层主要为素填土、第四纪风积粉土、粉砂，承载力较低，且均Ⅰ级轻微湿陷性，不适宜采用天然地基。并且场地地面有起伏，地面高差最大约9.0m，部分场地因地势低，需要进行回填。综合考虑地基处理方法的适用性、工程造价、工期等方面影响，最终确定采用强夯法进行地基加固处理。

2.工程地质条件

拟建工程场地地基基础设计影响范围内，主要土层为新近堆积素填土、第四纪风积形成粉土、粉砂，地层特征分述如下：

⑴素填土(Q4ml)：层底埋深0.5~3.0m。地层呈黄褐色，局部为杂色，主要为新近堆填粉土、粉砂，稍湿，结构松散，力学性质不均匀。浅部多为耕土。地基承载力特征值100kPa。

⑵粉土夹粉砂(Q4eol)：层底埋深3.2~7.5m。地层呈褐黄色，稍湿，中密。无光泽，干强度低，韧性低，触摸有砂感。局部夹粉砂薄层，稍湿，中密，主要成份为石英、长石。地基承载力特征值120kPa。

⑶粉土夹粉砂（Q4al）：层底埋深10.5~13.5m。地层呈褐黄色，稍湿，中密-密实。无光泽，干强度低，韧性低，触摸有砂感。局部为粉砂，稍湿，中密。含少量钙质结核，粒径约5-15mm。地基承载力特征值170kPa。

本场地第（1）~（3）层具有Ⅰ级轻微湿陷性。地下水位埋深约10.5m~16.0m，对浅基础设计无影响。

3.方案设计选择

强夯法加固地基土是用冲击动力荷载，使土体中的孔隙体积减小，土体变密实，从而提高强度，适用于非饱和素填土、粉土、粉砂等土层。拟建工程场地主要为农田和荒地，场地开阔，强夯施工不会对周围环境造成不利影响，地层主要为素填土、粉土、粉砂，地下水位埋藏深，地基承载要求为150kPa，地基承载力要求不高，且强夯法较其他地基处理方法具有使用速度快、节省材料、造价低等优点，因此本工程强夯处理法是可行的。

根据场地工程地质条件，试夯试验成果及地基承载力要求，确定点夯夯击能为3000kN•m，满夯夯击能1500kN•m。按正方形布置夯击点，先采用3000kN•m的夯击能点夯两遍，夯点间距5m×10m，每点夯击6次。再用1500kN•m的小能量满夯一遍，夯点间距5m×5m。每遍夯击时间间隔为3天。

4地基加固效果分析

4.1地基土物理性质指标

按《岩土工程勘察规范》第14.2.2条岩土参数统计的要求，对强夯前后地基土的主要物理性质指标进行对比，分析。见表4.1。

地基土物理性质指标对比表表4.1

从表4.1可以看出，强夯处理后地基土的孔隙比和压缩系数大部分都有所降低，说明强夯处理对提高地基土的密实度和降低压缩性是有一定效果的，特别是第（1）层素填土层a0.1-0.2=0.09，Es0.1-0.2=19.40MPa，说明该层在强夯处理后为低压缩性土，强夯处理效果较好。

4.2标准贯入试验

由于室内土工试验受环境及人为因素影响较大，所以主要是以现场原位测试方法对强夯处理前后地基土的性质进行对比、分析。强夯处理前后地基土的标贯锤击数平均值见表4.2。

标准贯入锤击数对比表表4.2

从表4.2可以看出，第（1）层素填土标准贯入标准值达到8击，中密～密实状态；第（2）、第（3）层标准贯入值均比强夯前有所提高。

4.3静力触探试验

强夯处理前后地基土的静力触探比贯入阻力平均值见表4.3。

标准贯入锤击数对比表表4.2

从表4.3可以看出，第（1）层素填土的比贯入阻力得到了大幅度提高，提高幅度达147%，第（2）、第（3）层的比贯入阻力均比强夯前有一定提高，但提高幅随深度的增加呈减小趋势。

4.4静载荷试验

试验过程中未发现压板土被挤出,周围土无明显的裂缝,在最大荷载作用下,压板沉降无明显的增大趋势,说明压板下土体尚未出现破坏现象.试验最大加载量306kPa，大于设计地基承载力的2倍，地基承载力特征值fak≥153kPa。静载荷试验p-s曲线如下：

4.5地基土湿陷性

强夯处理前地基土具Ⅰ轻微湿陷，最大湿陷量为102mm，强夯处理后地基土的最大湿陷量为40mm<50mm，湿陷量较处理前明显减小，可不考虑地基土湿陷性对地基、基础设计的影响。

5.结论

（1）通过对强夯前后地基土物理、力学性质指标的分析、对比，地基土的承载力和压缩性均得到了明显改善，地基承载力提高幅度约为处理前的1.5倍。在地基承载力要求不太高的条件下，采用强夯法处理素填土，风积形成粉土、粉砂地层是可行的。

（2）强夯法对于消除地基土的湿陷性效果是比较明显的。

（3）随着深度的增加，强夯法处理地基土的效果逐渐变差，对于素填土，风积形成粉土、粉砂地层，强夯法的有效加固深度为6m~7m。

（4）强夯后现地表下约0.5m深度范围内受施工影响较大，存在明显的不均匀性。应注意采用低夯击能进行满夯，适当增加满夯夯击数，减小夯点间距，并注意夯坑对表层土夯实效果的影响。

参考文献

[1]JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范[S]

[2]龚晓南.地基处理手册（第三版）[M].北京:中国建筑工业出版社,2002

[3]叶书麟.地基处理（第二版）[M].北京:中国建筑工业出版社,2004

作者姓名：

王健（1981-）男河南郑州汉族工程师化工部郑州地质工程勘察院13503459327主要从事岩土工程勘察设计工作

邱玲智（1980-）女河南郑州汉族工程师化工部郑州地质工程勘察院13949062732主要从事岩土工程勘察设计工作