XX工程强夯法地基处理方案

XX工程强夯法地基处理方案1.1工程概况xx国际城A组团位于xx市xx工业区，用地面积61874m2，总建筑面积88387m2，其中住宅84770.5m2，商业3617m2。xx国际城A组团，共22幢多层建筑与1F商业用房及场地平地区或景观地带。A组团22幢建筑物中，第A-01~A-04幢为11F的小高层，上部为异型柱框架结构，基础采用桩基础；其余为5+1F的多层与1F商业用房，上部结构采用砖混结构。地基经强夯处理后，基础采用钢筋混凝土条形基础。工程所在场地大部分区域经人工填筑，填土为厚度0.10（ZX117附近）~15.69（ZX150附近），分布于整个场地，为新近随机抛填，抛填时间1~2年左右。该部分填土地基为欠固结状态，应该进行处理。同时，A组团原地基经过处理后，按照室外设计标高要求，大部分场地还需要填土，填土厚度不等，大部分填土层厚度为5m左右，在西边靠近公路侧最大填土厚度约为10m。为了区分，我们把现在已经形成的地基称为原地基，原地基必须经过处理才能填土。把现有地基经过处理后再要填筑的地基称为填筑体地基。填筑体地基同样是需要处理的。所以A组团地基处理分二阶段进行：即原地基处理与填筑体地基处理。现分别对原地基处理和填筑体地基处理进行分析：1.2原地基处理：1.2.1原地基工程地质条件：拟建场地地貌单元属构造剥蚀丘陵山坡地貌，根据现场钻探揭露，原地大致西北高东南低，现场地已经人工随机堆填，地面标高最低249.92m，最高263.80m，高差约14.0m，大致可以分为两个平台。东北侧平台地面标高在260~263m之间，西南侧平台地面标高在250~253m之间，地势平坦。场地地层结构为：上覆第四纪全新统人工填土层、坡残积粉质粘土层，下伏侏罗系中统沙溪庙组砂质泥岩、砂岩互层，由新到老分述如下：1、素填土（Q4ml）：）：杂色，成分由强风化～中等风化砂质泥岩、碎岩碎块石及可塑状粘性土等组成，粒径绝大部分在5~350mm之间，最大超过500mm，，硬质含量大部分超过50%，，其中碎块石含量接近，稍湿，松散～稍密。厚度0.10（ZX117附近）~15.69m（ZX150附近），分布于整个场地，为新近随机抛填，堆填时间1~2年左右。经勘察单位分析，人工填土上部松散、下部稍密，天然重度γ可取18kN∕m3,综合内摩擦角Φ可取，承载力特征值可取。2、粉质粘土（Q4dl+el）:灰褐色，质较纯，可塑状，表层为耕土，摇震反映中等，无光泽，干强度中等，韧性中等。分布于场地大部分地带，一般厚度0.00~6.40m(ZX101附近)，一般厚度1.0~3.0m。3、砂质泥岩（J2S）：紫褐色，由粘土矿物组成，粉砂泥质结构，局部含灰绿色砂质团斑，局部相变为粉砂岩，薄层～中厚层状构造。4、砂岩（J2S）灰褐色，成分主要为石英、长石，次为岩屑，见少量白云母，粗粒结构，钙质胶结，中厚层～厚层状。结合A组团详勘报告，可总结物理力学指标如表1.1所示：按《建筑地基基础设计规范》公式对原地面土基进行了地基最终沉降量计算;按《岩土工程勘察规范》公式对地基不同时间的固结沉降量也进行了计算。其计算结果表明,A组团原地面土基最终沉降量不能满足地基设计要求,因此,应对原地面土基进行处理,以满足设计要求的地基变形值,并达到控制整体(原地面土基沉降量加填筑体自身变形量)建筑地基沉降量和差异沉降量的要求。针对原地基的工程地质条件，设计方采用下述方法对原地基进行加固：①换填强夯对场内的软土、淤泥、土洞、溶洞、溶沟、溶槽(宽度大于夯锤直径的)，采用挖除清底、换填块碎石料进行强夯处理。强夯参数根据换填层的厚度和填料的粒径来确定。②直接强夯对于场地的其他部分，采用直接强夯法处理。表1.1各土（岩）层主要物理力学及工程特性指标表表1.1各土（岩）层主要物理力学及工程特性指标表土层号11234土名2人工素填土粉质粘土砂质泥岩砂岩土层厚度/m30.10~15.691.0~3.00.20~8.95—样品个数4111817778天然状态物理指标含水量%5—23.7——天然密度g/cm361.82.01——干密度g/cm37—1.63——比重8—2.71——孔隙比9—0.67——孔隙度10—40——饱和度%11—92.7——稠性限度液限%12—31.5——塑限%13—18.3——塑性指数14—13.2——液性指数15—0.41——三轴剪切C（kPa)16—12.81.276.47Φ(°)1722~2610.432.0850.3固结试验压缩系数18—0.31——压缩模量194.0~8.05.6——单轴抗压饱和/天然样本数20—17778平均值21—9.05/5.7142.96/33.38标准差22—2.17/1.646.15/5.71变异系数23—0.24/0.290.14/0.17修正系数24—0.932/0.9190.97/0.97标准值25—8.4/5.241.8/32.3承载力特征值2670~100200——备注27未经夯实———1.2.2强夯下地基沉降量的控制机理土体在外力作用下的变形主要来自于四个方面，第一是在接触面压应力的作用下，土颗粒点发生弹性和塑性变形。，从而使土颗粒靠得更近。如果接触应力很大，超过土颗粒的极限强度，也有可能局部压碎;第二是如果有片状颗粒，片状矿物颗粒可能受弯而挠曲，使相邻土颗粒发生相对位移;第三是作用于土颗粒接触位置的剪应力如果超过接触面上的抗剪强度，颗粒之间将发生滑动。此外，除剪切变形外，还有可能体积缩小;第四是结合水膜在接触应力下发生变形，使土颗粒之间的距离发生变化;最后是由于粘土矿物的不稳定结构受剪切后发生改变，使土的孔隙减少。对于粘性土地基，在外荷载作用下，总沉降量可以认为是由三个分量组成的[18]。即：（5.1）式中：—瞬时沉降(畸变沉降)；—固结沉降（主固结沉降）；一次压缩沉降(次固结沉降)。瞬时沉降是指加载后地基瞬时发生的沉降。由于基础加载面积为有限尺寸，加载后地基中会有剪应变产生，特别是在靠近基础边缘应力集中部位。对于饱和或接近饱和的粘性土，加载瞬间土中水来不及排除，在不排水和恒体积情况下，剪应变引起侧向变形而造成瞬时沉降。固结沉降是由于在荷载作用下随着土中孔隙水压力的消散，有效应力的增长而完成的。固结沉降的速率取决于孔隙水的排出速率。次固结沉是指在主固结过程结束后，在有效应力不变的情况下，上体骨架仍随时间继续发生变形。这种变形的速率己经与孔隙水排出的速率无关，而是取决于上体骨架本身的蠕变性质。次固结沉降既包括剪应变，也包括体积变化。强夯处理原地基的过程是把欠固结土处理成超固结土的过程。经过冲击荷载的作用，强夯施工完成后，土体达到超固结状态，其固结沉降己完成。可以认为，通过冲击荷载的作用，瞬时沉降在总沉降量中占了很大的比例。待强夯施工完成后，土体不但完成了固结沉降，而且次固结沉降也己基本完成，固结沉降和次固结沉降量都为零。1.2.3瞬时沉降对沉降量的控制瞬时沉降是紧随加压之后地基即时发生的沉降，地基土在外荷载作用下体积还来不及发生变化，主要是地基土的畸曲变形。斯肯普顿提出粘性土地基沉降可采用如下弹性力学公式计算：（5.2）式中——竖向集中力作用下地基表面任意点的沉降；——地基表面任意点到竖向集中力作用点的距离，；——地基土的变形模量；——地基土的泊松比。可以参考表12选取。表1.2表1.2的经验值参考表土的种类状态碎石土砂土粉土粉质粘土坚硬状态粉质粘土可塑状态粉质粘土软塑流塑粘土坚硬状态粘土可塑状态粘土软塑流塑0.15~0.250.25~0.300.300.250.300.350.250.350.42我们可以根据式（4.2）对单点夯击沉降量进行试算，以对整个场地在受到夯击后的下沉量有个大致的了解。现场夯击的数据是采用20t锤，落距为15m，夯击能为3000。在此，对计算过程采用如下规定：1从实际出发，将夯锤下压力简化为均匀分布。根据表3.2所示，可以取锤底最大动应力为2850kPa；2查上表，可以近似取原地基填土泊松比为0.30；3变形模量和压缩模量之间存在理论关系如下[18]（4.3）式中：查表1.1，取。计算得：将以上数据代入式中，计算得单点首次夯击沉降量为0.23。现场实测的单点夯首击沉降量一般在0.3—0.4m之间。计算结果偏小。除了岩土力学参数在精确取值上的困难之外，以下几个因素的影响也是值得考虑的：1由于强夯作用瞬时的冲击荷载可以达到10000kN以上，土中产生的塑性区会很大，瞬时沉降就会很大，而上述瞬时沉降公式中地基均作为弹性体考虑，这样就会给计算带来较大误差，必须进行较大的修正才能符合实际情况；2经过现场测试，强夯冲击作用下夯锤下动应力为三角形脉冲，本计算例中简化为均匀荷载造成结果偏小；3采用计算原地基变形模量。实际上，该式只不过是与之间的理论关系式。常受到一些外部因素的影响，使得上式不能准确的反映与的实际关系。如压缩试验的土样容易受到搅动；载荷试验与压缩试验的加荷速率、压缩稳定的标准都不一样；不容易精确确定等。1.2.4原地基处理结果比较原地基经处理后，除去基岩出露和局部有暗沟的特殊情况。收锤时原地基的最大沉降量为1.98m，最小沉降量为0.77m。平均沉降量在1.3m~1.6m之间。对原地基进行了重型动力触探试验、静载荷试验和土体物理力学指标检测，所得结果如下所示。=1\*GB3①原地基物理力学指标对比，如表1.3所示。将地基土的夯前、夯后物理力学指标汇总于表1.3。由表1.3可知:夯后土的大部分指标比夯前土都有所改善,。说明强夯法处理地基的效果明显。表1.3原地基处理前后土层物理力学指标对比表1.3原地基处理前后土层物理力学指标对比土名测试编号取土深度/m含水量/%湿密度g/cm3干密度g/cm3饱和度/%天然孔隙比Φ(°)C（kPa)压缩模量夯前原地基10.625.51.891.51890.7617.171.17.6921.220.51.841.53740.7336.312.36.1231.837.21.711.25871.1413.236.24.5342.434.11.741.32851.1119.723.77.69夯后原地基10.622.91.841.5800.7631.274.114.521.221.91.851.59780.7428.362.813.231.822.71.951.52910.6529.870.59.842.423.11.941.58910.6634.965.79.6=2\*GB3②重型动力触探试验结果比较，如图4.1所示。图1.1原地基动力触探结果比较夯前、夯后分别进行了重型动力触探试验,根据打入的难易程度来判断土基在夯前和夯后的工程性质变化情况。将夯前和夯后动力触探孔在同一位置的数据绘制成曲线对比图,如图1.1所示。从动力触探结果知道,夯后动力触探锤击数都有不同程度的提高图1.1原地基动力触探结果比较=3\*GB3③施工参数及静载荷结果比较，如表1.4所示表1.4原地基处理施工参数及处理效果表1.4原地基处理施工参数及处理效果强夯施工工艺参数区域原地基遍次2夯击能（kN.m)3000击数12点行距5×5布点方式方型布点地基检测承载力fk(kPa)275变形模量E0(MPa)10.8沉降量s(m)1.3~1.5干密度（g/cm3)2.15由上述比较结果可知，原地基经过强夯，承载力和沉降量得到了预先控制，这就为下一步块石回填强夯加固打下了坚实的基础。1.3填筑体地基处理1.3.1地基处理方案的比选A组团原地基经过处理后，整个场地平均沉降达1.4m。按照室外设计标高要求，大部分场地还需要填土，填土厚度不等，大部分填土层厚度为5m左右，在西边靠近公路侧最大填土厚度约为10m。对于这部分平均厚度为6~7m的人工填土，采取哪种地基处理方式处理，设计方对此进行了周密的论证。xx地区处理山区回填土有这几种方法[19]：①碾压加固②沉管灌注桩；③挖孔桩；④强夯法加固。现结合本工程的特点，对地基处理方案做一个简单比较，以期选择最佳的地基处理方案。=1\*GB3①施工工艺比选1）桩基础。桩基础是xx地区常见的基础模式，在xx这样一个地质灾害频发的山地城市，桩基础凭借其承载力高，沉降量小，可靠性好的优点，在高层建筑中得到了广泛的运用。其缺点是：施工困难，工程造价高。施工困难来自于人工挖孔的效率低下。结合本工程而言，填筑体地基的回填石料来自于山后的采石场，粒径大小不均。最大的有2.0m以上，如果采用人工挖掘，势必费时费力。而且填筑体5m以上的深度，挖的孔越深施工难度也越大。若采用钻孔，此类地基的孔隙比大，由于块石的架空作用，大的贯通性的孔隙较多，用泥浆护壁流失太大，施工不易。采用沉管灌注桩同样面临这个问题。工程造价高主要是由于：填筑体地基是新近填土，固结尚未完成，在桩身上会有很大的负磨阻力，因此只能设计成端承桩，将其嵌入下部基岩。从前述地质条件报告可以看出，填筑体连同原地基的填土，在某些场地深度可达到20m以上，而建筑物本身产生的荷载并不大，如本次工程上部结构就仅仅为6层高的砖混住宅结构。设计成桩基的话势必造成很大的浪费。从机理上分析，该法是通过桩基将上部荷载传递给下伏基岩，以达到设计承载力要求和变形控制要求。没有利用现有地基土性能，故其造价高。2）碾压法当对填方土层进行碾压时，产生的物理现象如下[20]：=1\*alphabetica.使大小土块重新排列和相互靠近；=2\*alphabeticb.使单个土颗粒重新排列和相互靠近；=3\*alphabeticc.使土块内部的土颗粒重新排列和相互靠近；=4\*alphabeticd.使小颗粒进入大颗粒的孔隙中。产生这些物理过程的结果是增加了单位体积内固体颗粒的数量，从而减少孔隙率，提高填土的密实度。根据统计回归分析，可以得到粘性土变形模量与其含水量、干密度之间的回归关系：（1.4）与此同时的试验表明：在实际地基施工中，碾压过两遍的地基上，承载板试验测得其变形模量为63.7MPa，在碾压过五遍的地基上，变形模量可以达到82.3MPa。可见，碾压对于地基的强度影响是非常大的。碾压的缺点是：影响深度小，施工工况要求严格。在我国，常用的碾压方法包括一般碾压和振动碾压。振动碾压的影响深度约1.0m左右，一般碾压的影响深度更小，规范规定，每层铺设厚度不宜超过0.3m[21]。因此，对于平均深度5、6m的填筑体地基，采用碾压加固显然是行不同的。同时，规范规定以砾石、卵石或块石作填料时，分层压实的最大粒径不宜大于200mm，且其含水量宜控制在Wop±2%（其中Wop是最优含水量）。由于填筑体地基回填土粒径大小不一，最大粒径在2.0m以上，因此采用碾压方法也是不适当的。3）强夯法强夯法是利用反复从高处自由下落的重锤能量给地基以冲击波和动应力，从而起到使地基土密实，提高承载力和降低不均匀沉降的目的。对于山区填土，起到了动力压密的作用。强夯法适用于加固山区填土地基，是由其自身技术特点决定的。它具有能级高、冲击力大、影响深度大、加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便快捷、节省劳力、工期短、节约三材等特点。且强夯对填料粒径适应性广，因此施工较易控制。缺点是强夯对环境的影响：强夯时，夯击波对夯点附近的人而后建筑物都会引起有害作用，能引起房屋的裂缝，影响到使用安全。当选用强夯加固地基时，应充分考虑施工现场条件和上述震害。=2\*GB3②施工成本比选A组团西南角有一块面积为的场地，因为地表以下m处有市政排洪沟，强夯会使沟顶产生裂缝。此处加固只得改成阀板基础浇注。现对可供选择的方法做一比较：如果该场地采用强夯法处理，按照设计要求，要用的能量进行两遍点夯，用的能量进行一遍满夯。按照定额，点夯的单价为，满夯的单价为。则场地的总处理费用为：如果该场地采用人工挖孔灌注桩，按照上部结构，一共要布置21根桩。桩深为，以孔径为800mm为例，单根桩的体积即。按照定额，人工挖孔灌注桩为750元/m3，则这块场地按照人工挖孔灌注桩处理的话，总造价为：万元。阀板采用混凝土浇注，厚度为mm。总共造价为万。由此可见，回填地基如果采用强夯法加固，成本还不到其他处理方式的%。本工程仅一期开发用地A组团就有61874，仅此一项就可以节省投资数百万元。与其他方案相比，强夯法又可大大缩短工期。因此，强夯法是较为经济合理的地基处理方案。=3\*GB3③比选结果：对比上述方案，可见：若采用碾压加固，则加固深度不够；若采用人工挖孔桩，虽然质量和施工有保证，但造价太高；若采用沉管灌注桩，因填筑体内含有较大粒径的石块，存在沉桩施工难度大，桩尖难以进入碎石层内等技术问题；只有强夯法加固，因设备简便，工艺要求不高，工期短，在所有地基处理方案中成本最低，施工最为方便快捷。至于噪音和振动对环境的影响，因为建设场地位于南岸待开发区，周边足够范围内没有建筑物。因此，在本工程中选用强夯法处理填筑体地基是最经济、适用和安全的。14.3.2填料对地基强夯加固效果的影响：前已论及，填筑体地基的特点是填料颗粒粒径大小可以人为控制，填筑方式也可灵活选用。实际上，填料粒径的控制和填筑方式的选用对强夯加固效果的影响很大，现在此做一个简单的比较：=1\*GB3①填料级配不同对地基处理效果的影响山区填土的填料，一般来自于挖山得到的山皮土,多为碎石填土,石块大小不一，甚至有的直径达几米。这样填土本身的均匀性是无法保证的，显然加固效果也不会理想。对于回填石料粒径大小应该如何控制，我们用一个同类工程的数据作为参考，见表1.5表1.5填料粒径对地基处理效果的影响填料强夯施工参数（能量)地基检测结果填料含碎石比例（%）最大粒径（cm)不均匀系数Cu曲率系数Cc主夯能量/夯击次数满夯能量/夯击次数夯点间距（m)变形模量（E0）干密度(g/cm3)50.0＜4019.81.53000/131000/34.013.82.070.0＜6014.02.33000/121000/34.039.32.1100.0＜8010.91.82800/81000/24.542.42.2由表4.5可见,在强夯施工参数基本相同的条件下,其地基处理效果随着填料中含碎石比例的增加而增加。但是碎石含量过大，会造成不均匀系数的下降，影响到地基的密实度。上表数据是在某山区高填方修建机场时试验得出的，对地基的沉降和不均匀沉降有严格的控制。具体到本工程，上部结构为民用建筑，对填土颗粒级配的要求可以适当放宽。按照设计要求，填筑体填土施工时，选用最大粒径小于80cm级配良好的中风化石料作为填料，要求Cu＞5.0，Cc在1~3之间。但是在实际工程中，对此标准并没有得到严格的控制，主要原因在于工期的紧迫和取石点块石粒径过大。在现场，对于粒径过大的块石，用推土机堆填时可用铲子将块石从足够高度抛下，砸碎，起到分解的效果。当没有条件将大块石分解时,在填土施工时尽量将大块石填在地基深处。因为如果地基表面有大量的块石,将引起强夯施工困难。强夯机具移动困难,容易翻车,而且夯锤在夯击时碰到坚硬的块石,夯锤容易砸弯,造成施工事故。另外,表面块石的存在也将使夯击后场地平整困难。=2\*GB3②土石填料方法不同对地基加固效果的影响填筑体的地基处理设计要求采用分亚层回填，每亚层的厚度不超过1m。在实际操作的时候，每层堆填高度控制在1.5m~2m。在这个高度内，土料和石料基本上是一起混合堆填，不存在混合填料和分开填料的区别。同时，在处理一般建筑的地基时，对地基的承载力和变形模量要求不是很高，也不存在讨论填料方法的问题。但是，当对处理后的地基的变形控制有非常严格的要求时，讨论混合填料和分开填料的影响就很有必要，恰当的工艺能起到事半功倍的效果。在此，分析一个加固山区块石填方用做机场跑道的工程实例[22],可以看出填料方式的重要性。某机场工程要求填筑层松铺厚度为4.0m，对填料中含70%石料和30%土料,采用了两种填筑施工方法:方法1是将土石料混合分层填筑,即将30%的土料和70%的石料混合后分层填筑；方法2是将土、石料分开分层填筑,即按30cm土料、70cm石料分开分层填筑。对两种填筑地基的施工方法,采用同样的强夯施工参数,进行填筑层的地基处理效果对比试验，检测结果如表1.6所示：表1.6两种填筑地基施工方法对比试验检测结果表1.6两种填筑地基施工方法对比试验检测结果填筑施工方法干密度承载力fk(kPa)变形模量E0(Mpa)夯点下夯点间平均值方法12.1422.0872.14942047.2方法2土料石料1.6802.0851.7412.0901.92930014.3由表1.6可以看出,在相同的填料和相同的地基处理强夯施工参数条件下,混合料填筑施工的干密度值,比土、石料分开分层填筑施工的高11.14%，地基承载力比土、石料分开分层填筑施工的高40%左右。地基处理效果试验,混合料填筑好于土、石分开填筑。A组团填筑体回填施工时，一般是尽可能的将大的块石和砂土一起填筑,这样可以形成级配较好地基填料,避免大量块石堆积造成孔隙很大的填土地基。同时孔隙很大的填土地基可能导致强夯施工时地基沉陷。如果是遇水软化的岩石,还可能在后期使用过程中产生地基沉陷。现场施工人员充分把握了上述技术要求，在地基加固效果检测时取得了满意的结果。=3\*GB3③填筑方法对地基加固效果的影响填筑体土层厚度为5m以上，如何填料，一般存在两种方法[23]：1)堆填法：对某一厚度确定的填筑层，分若干亚层（控制亚层厚度小于1.5m），逐层堆填而成；2)抛填法：对某一厚度确定的填筑层，填料一次性的由后向前推进而成。表1.7抛填与堆填检测结果对比填筑方法抛填法堆填法深度（m)0~11~22~33~40~11~22~3表1.7抛填与堆填检测结果对比填筑方法抛填法堆填法深度（m)0~11~22~33~40~11~22~33~4取样数（n）55555555（g/cm3)最大值2.262.362.191.962.302.302.272.25最小值2.132.071.711.632.022.122.142.18平均值2.192.151.971.872.172.212.202.20标准差（）0.050.120.180.120.100.070.090.04变异系数（）0.020.060.090.070.050.030.040.02由表1.7可见堆填法处理的地基密实度比起抛填法有明显的提高。从现场颗粒的整体均匀性也可以看出：抛填而成的大块石填筑层，在同一填筑层的竖直方向，颗粒组成是上细下粗，粒径相差很大；堆填而成的大块石填筑层相比之下粒径的整体均匀性要好的多。综合以上检测结果可以看出：在填筑厚度及填筑粒料相近的条件下，采用堆填法效果比起抛填法更佳。设计方最终采用堆填法，分亚层堆填，每亚层厚度不超过1m。1.3.4夯击能的选用夯击能可分为单击夯击能和单位夯击能。单击夯击能即锤重与落距的乘积，一般根据工程要求的加固深度来确定。单位夯击能是指施工场地单位面积上所施加的总夯击能。单位夯击能过小难以达到预期的加固效果，过大则造成能量浪费。我国根据大量的工程检验，在一般情况下，对粗颗粒土夯击能可1000~3000／m2，细颗粒土可取1500~4000／m2.=1\*GB3①从加固效果进行比选估算强夯加固深度的经验公式为：（1.5）式中——加固深度（m）——修正系数，整理我国四十项强夯工程修正系数，基本在0.4~0.7之间——夯锤重量（kN） ——夯锤落距（m）令地基有效加固深度为8m，取修正系数为0.5，可得单点夯击能2560。实际工程中可保守取为3000。在缺乏试验资料或经验时也可参考表1.8填筑体地基深度在6~7m之间，考虑到现场强夯操作时的能量折减，如夯锤提升高度不到位，夯击次数不够等实际情况，采用3000的夯击能是合理的。表1.8强夯法的有效加固深度表1.8强夯法的有效加固深度单击夯击能（KN·m）碎石土、砂土等粉土、粘性土、湿陷性黄土10005.0~6.04.0~5.020006.0~7.05.0~6.030007.0~8.06.0~7.040008.0~9.07.0~8.050009.0~9.58.0~8.560009.5~10.08.5~9.0800010.0~10.59.0~9.5注：强夯的有效加固深度应从起夯面算起。=2\*GB3②从施工费用进行比选从降低工程费和强夯处理地基的施工费用来分析，强夯法处理地基的施工费用随单击夯击能大小而定。在此，分别参考2001年北京市建委编制的地基强夯施工综合价格表，2000年深圳市强夯施工综合价格和中化公司强夯施工预算定额[1]。如图1.2;1.3；1.4所示：比较后可见：北京是以强夯夯击能3000KN·m为分界线，强夯施工超过3000KN·m，施工单价增加近一倍。深圳市也是以强夯夯击能300t·m（3000KN·m）为变化点，超过3000KN·m夯击能强夯单价增加2.5倍；从中化公司强夯单价表可见：从3000KN·m到8000KN·m能级，当采用5击夯击时，从27.8元/m2增加到65.8元/m2增加了2.37倍。当采用15击强击时，单价从59.89元/m2增加到112.99元/m2增加了1.88倍，相当于强夯费用翻了一翻。这主要是因为超过3000KN·m一般要搭辅助龙门架，劳动量将大大增加，由于龙门架在现场移动缓慢。施工的周期也会随之延长。比较可得：从目前的强夯施工现状出发，选用能级不超过3000KN·m是最经济的。同时，本工程的填筑体高度在6~7m之间，在3000KN·m能级的有效加固深度范围以内。经过比较，最后决定3000KN·m的能级对填筑体进行点夯加固。图1.2北京市地基强夯单价分析图图1.3深圳市地基强夯单价分析图图1.4中化公司地基强夯单价分析图1.4单点夯击试验在山区填土地基施工前，一般都要进行单点夯击试验。目的是通过观测土体在强夯作用下的变形特征，并根据对其变形特征的分析，以确定强夯地基处理设计的有关参数。在本次试验中，采用夯锤直径为2.5m，重量为20T。填筑最大粒径小于80cm级配良好的中风化石料5m厚。按照设计要求，呈十字型离夯锤中心点外2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.5m处分别埋设小木桩，每进行一次夯击，测量小木桩的竖向位移及夯坑夯沉量，并计算夯坑周围隆起量，根据夯坑夯沉量和坑周隆起量，确定有效夯击数及施工夯击数。1.4.1夯坑沉降量分析由良好级配组成的大块石料堆填而成的填筑地基,在强夯冲击荷载的反复作用下,其变形特征有:块碎石骨架受到强制压缩所产生夯坑底面以下的竖向压缩变形；夯坑边缘受冲切后所产生的侧向挤密变形。同时,因冲击荷载所产生的振动,使夯坑周围地面一定范围内的松散填筑体,产生了振动填隙的竖向振密形。现场夯坑的单击沉降数据和累计沉降观测如表1.9，图1.5所示：表1.9夯坑沉降数据观测夯击数表1.9夯坑沉降数据观测夯击数12345678910111213141516每击沉降量（m）0.410.500.180.060.080.110.130.060.180.060.070.030.030.040.030.02累计沉降量（m）0.410.911.091.151.231.341.471.531.711.771.841.871.91.941.971.99由表1.9可计算得出表1.10：表1.10每阵击竖向压缩量的平均增长幅度单击夯击能量(kN.m)夯击次数与压缩量平均增长幅度0~5次5~10次10~15次15~20次30008.043.621.901.17从表1.10可见，随着夯击次数的增加，被夯击地面的竖向沉降量也增加。但是，观察累计沉降量可见，随着次数的增加，其竖向压缩量的增长幅度也随之减小。当夯击数目超过某一次数后，曲线开始趋近于平行夯击坐标轴。这是因为土体结构已逐渐致密，锤下的土体已形成泡形（或截头圆锥形）弹性核，如果继续夯击，损耗的能量越来越大，经济效益也越来越差。因此，单点的夯击次数存在一个最佳夯击值，即要选择一个加固的效果即佳次数又比较少的参数。设计，监理，施工三方根据现场试夯结果，决定选择12击为最佳夯击次数。但是，需要强调的是，12击这个次数并不是一成不变的，因为现场的地质状况不一，有些地方存在基岩埋藏较浅的情况，而有些地方下部是由农田沼泽填筑而成。因此，收锤标准除了要参照最佳夯击次数以外，还要参考以下两个标准：最后两击的平均夯沉量小于50mm时；夯坑周围发生过大隆起时。1.4.2夯坑体积压缩量分析把夯坑简化为一夯锤直径为底、夯坑沉降量为高的圆柱形，按照夯锤底面积乘以夯沉量可得夯坑体积压缩量。现场实测量如表1.11所示：表1.11实测夯坑体积压缩量表1.11实测夯坑体积压缩量夯击数12345678910111213141516每击体积压缩量（m3）2.052.500.900.300.400.550.650.300.900.300.350.150.150.200.150.10累计体积压缩量（m3）2.054.555.455.756.156.77.357.658.558.859.29.359.59.79.859.95：体积压缩量如图1.6所示。从图1.6可以看到，强夯对填筑地基的体积压缩量是明显的，本试验中，夯锤底面积为5m2，在12击的时候夯坑沉降达到了1.87m，体积压缩量为9.35m3。直接的反映了强夯对土体的加密效果。图1.5单点夯试验夯坑沉降变化图图1.6单点夯试验夯坑体积压缩图图1.7单点夯试验夯坑周围体积隆起图图1.8单点夯试验有效夯实系数变化图1.4.3夯坑周边隆起量分析强夯作用下，山区填土的隆起与饱和软土地基的隆起存在本质的不同。在对饱和软土地基的强夯施工中，夯坑四周往往会产生隆起现象，一般认为那是因为夯击时夯锤对土体产生的挤出效应。因为饱和软土不易排出孔隙水，很难被压缩；但是强度低，很容易出现剪切变形，当土体中的剪切变形连成一个面时就会产生滑动现象，也就是土体在夯锤的冲击与挤压卜产生滑动并且向四周被挤出，从而造成了夯坑周围土体的隆起。但是山区填土是碎石夹土、碎石夹砂,孔隙度大，渗透性好，不存在孔隙水排出困难的问题。而且研究表明山区填土在强夯时主要发生冲切变形，侧向变形挤出量是很小的。土体隆起的现象从能量传播规律解释更为贴切些。[24]强夯使得上部土体发生很大的塑性变形，随着夯击次数的增加，夯坑的沉降量逐渐减小，土体转变为以弹性压缩变形为主。从而使得一定深度范围内的土体得到加固，并使地基在浅部形成一硬壳层。随着夯击次数增加，夯击能量越来越大，超出饱和夯击能的那一部分能量会在硬壳层和地表之间来回反射，直到被吸收完全。由于下部的土体已经被加固得差不多了，所以对能量吸收得很少。能量主要扰动到地表的土体，使其接受到一个向上的冲击能量，逐渐就产生隆起现象。试验对夯坑隆起现象的度量，主要采用隆起体积这一参数。既在在单点试夯的过程中，在每次夯击后分别测量夯锤中心点外2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.5m处隆起高度，然后按照不同范围的圆环面积乘以相应位置的隆起量的平均值，再将各圆环的隆起体积累加，既为总的隆起体积。现场实测夯坑周围体积隆起量如表1.12所示：表1.12单点夯试验夯坑周围体积隆起量夯击数12345678910111213141516每击隆起量（m3）0.200.100.070.070.050.030.080.030.010.000.000.030.030.040.010.03累计隆起量（m3）0.20.30.370.440.490.520.60.630.640.640.650.680.710.750.760.79隆起体积变化图如图1.7所示。由图1.7可见，夯坑周围的隆起量是非常小的，在夯击数达到12击时，隆起量也只有0.68m3，与此相应的夯坑沉降量达到了9.35m3。我们用有效夯实系数来反映强夯的加固效果：（1.6）式中——夯坑体积；——夯坑周围地面隆起体积；——压缩体积有效夯实系数表示反映了地基土在某种夯击能作用下的夯实效率。有效夯实系数越高，说明夯实效果越好，越低则说明夯实效果越差。在3000kN.m能级下，随着夯击数变化如表1.13所示：表1.13有效夯实系数变化表夯击数12345678910111213141516有效夯实系数（%）0.900.930.930.920.920.920.910.920.930.930.930.930.930.920.920.93变化图如图1.8所示。由图1.8可见，除了第一击以外，有效夯实系数基本上维持在0.92~0.93之间，这说明3000kN.m能级对填土良好的压实效果，与此对应的是，饱和土的有效夯实系数常在0.4~0.7之间。与此同时，对山区填土进行强夯时的土体侧向变形观测也表明其数量较小。夯前曾在夯点中心一定范围内预先垂直钻孔，放入生石灰形成石灰柱。夯后开挖剖视可见：侧向变形区发生在离地面1.5倍夯锤直径的深度和离夯坑中心一倍夯锤直径的范围内，最大位移仅8cm，为竖向变形的1/15。由此可见，当粗粒、多孔、低含水量的山区填土含水量不超过塑限时，强夯不会引起夯点周围地面的过大隆起和过大的侧向变形。夯击的能量主要消耗在土体的竖向压缩变形上，因此能起到深层压密的效果。1.4.4强夯后地面沉降量分析强夯后地基的地面变形与场地平均沉降量大小是强夯效果的一项间接指示。同时知道了夯后场地平均沉降量就可以决定下一次强夯前是否还要填土及决定填土量的分配或者强夯后还需要碾压多少的土方量，以便于工程的整体规划和把握，同时也便于更精确地确定基础的标高。由前面测试数据可知，当按照最佳夯击次数来收锤时，山区填土的隆起量是很小的。一般来说地基压密量就很接近夯坑体积。同时，填筑体强夯施工时，在两遍强夯之间不填土，直到达到收锤标准再一起回填。因此，可以采用一个简单的方法来大概预测场地在强夯后的沉降量。（1.7）式中——场地平均夯沉量；——第个夯坑的体积；——夯坑总数；——夯区总面积A组团南边为一矩形区域，夯点按照中心间距为3.5m布置。共有夯点66个。夯锤直径为2.5m，落距为15m，夯击能为3000KN·m。在强夯施工过程中夯前夯后，按照方格网测量标高。实测夯前平均标高为256.172m，夯后平均标高为255.534m。实测沉降量为0.638m。夯点夯沉体积经统计，平均为9.3m3。则按照上式，可计算夯沉量：（1.8）实际测得的夯沉量比计算结果要小，那主要是因为理论值计算出来的是刚夯完情况下的沉降值;但是夯完后把夯坑推平然后来实际测量整个场地的平均夯沉量时，由于推平夯坑时松动了表面地基土，所以测出来的平均沉降一般要偏小。1.4.5强夯加固的有效深度强夯法处理地基的影响深度与有效加固深度是具有不同的内涵。影响深度是指强夯后地表下土体物理力学性质发生变化的某一深度，有效加固深度是与加固目标值紧密相连的，是指地基土经强夯加固后能够满足特定工程要求的深度。对于大块石的回填地基，在现场深度方向的评价是一个难题。深度方向的评价常用的是动力触探试验，对于土体地基是方便的，但是对于大块石回填地基而言，经过强夯处理后的块石回填地基，动力触探试验因为表层为致密层，不太容易进尺，深层又有未被击碎的大块石，也使得检测工作很难进行下去。如图1.8所示：山区回填土粒径很大，级配不好图1.8强夯现场块石粒径相差很大图1.8强夯现场块石粒径相差很大为了评价强夯对地基的加固效果，夯前选择一块级配良好的区域，在堆填厚度为6m的填筑体中依竖向方向每隔50cm埋设一测量点，以3000kN.m能级按照最佳夯击能夯击。测点埋设深度与竖向位移量变化如表1.13所示：表1.13不同埋深的标点竖向位移量标点编号012345678910埋深（m）01.1501.8202.6453.1303.5983.9804.4954.9855.4805.90竖向位移量（cm）187.0136.0105.282.869.054.231.614.64.93.11.8由表1.13可见：单点夯击区在深度接近6m处的变形值达到了1.8cm，说明强夯的有效加固深度可以满足工程需要。1.5强夯设计参数场地在原地基的基础上按照5m回填并初步碾压整平。对于填筑后的地基进行分区处理，如图1.8、1.9所示：：填筑体地面标高达到设计标高时，在房屋及房屋影响区（Ⅰ区），采用2遍点夯加2满夯加固；填筑体地基标高已达到设计标高的平地区或景观地带（Ⅱ区），采用1遍点夯加1遍满夯加固；填筑体地基地面标高未达到设计标高时（Ⅲ区），采用2遍点夯加1遍满夯的方法加固处理填筑体地基，处理后再进行填筑体施工，当填土地基标高达到设计标高后，再按照达到设计标高后的填土地基处理方法处理。=1\*GB3①夯击能填筑体填土厚度大部分区域为5m，在西侧由于工程需要，填土层厚度为8~10m。按照设计要求：Ⅰ区以3000KN·m进行2遍点夯，1500KN·m，1000KN·m进行2遍满夯；Ⅱ区以1500KN·m进行1遍点夯，1000KN·m进行1遍满夯；Ⅲ区以3000KN·m进行2遍点夯，1500KN·m进行1遍满夯。场区划分如图4.8、4.9所示。=2\*GB3②夯击击数单击夯击能确定后如何合理选择夯击击数是关于最佳夯击能设计问题，它也是与有效加固深度密切相关的一个施工参数。其确定原则是土体竖向压缩量最大，而侧向位移最小，即土体得到充分压缩而不产生明显的地面隆起。夯击数一般以最后三击的平均夯沉量小于5-10cm控制。本工程按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，并同时满足下列条件:=1\*alphabetica最后两击平均夯沉量小于50mm；=2\*alphabeticb夯坑周围地面不发生过大隆起。图1.8填筑体达到设计标高时分区图（Ⅰ图1.8填筑体达到设计标高时分区图（Ⅰ、Ⅱ区）图1.9填筑体一次填筑、二次填筑处理分区图（图1.9填筑体一次填筑、二次填筑处理分区图（Ⅰ、Ⅲ区）=3\*GB3③夯击遍数夯击遍数应根据地基土的性质确定。一般来说，由粗颗粒土组成的渗透性强的地基，夯击遍数可少些；反之，由细颗粒土组成的渗透性差的地基，夯击遍数应多些。根据工程实践经验，一般可采用店夯2~3遍，最后再以低能量满夯2遍，即可取得较好的夯击效果；对于渗透性较小的细颗粒土地基，必要时夯击遍数可适当增加。=4\*GB3④夯点布置：夯点布置形式以满足加固要求和施工方便为原则，一般为三角形或正方形。夯点间距应小于各点夯的影响范围(由试夯时夯点周围的隆起量控制)，但不应过小，以免影响加固效率。满夯时“锤印”要相切或彼此搭接。因此，Ⅰ区点夯布置成方型，点行距为5×5，满夯为1/3搭接；Ⅱ区点夯布置成等边三角形，点行距为3×3，，满夯为1/3搭接。夯点布置形状如图1.10、1.11所示：图1.10图1.10Ⅰ区点夯夯点布置图图1.11Ⅱ区点夯夯点布置图=5\*GB3⑤间歇时间间歇时间是指相邻两遍之间的停夯时间，其目的是使强夯时产生的超孔隙水压力得以消散。间歇时间理论上取决于夯击后土中孔隙水压力的消散时间，但在实际工程中，一般是根据地基土的渗透性参照规范确定的。由于填筑体回填土孔隙较大，颗粒较粗，渗透性好，夯击时产生的超孔隙水压力消散较快，为施工方便，可连续夯击。但是当夯坑内有积水时，间歇时间要延长，直到孔隙水压力基本消散。结合现场单点夯击实验，强夯施工参数确定如表1.14所示：1.6施工工艺流程=1\*GB3①强夯施工机具根据设计能力，分别选用17t—30t夯锤，锤底面积为5m2，夯锤4个。起重机的起重能力为25t的履带式起重机4台，满足夯锤起吊重量和提升高度的要求，并均设安全装置，防止夯击时臂杆后仰：现场机具如表1.15，图1.10所示：表1.14强夯施工工艺参数区域遍次夯击能（kNm)击数点行距布点方式Ⅰ第一遍3000125×5方型布点第二遍3000125×5方型布点第三遍15003相切满夯第四遍100021/3搭接满夯Ⅱ第一遍150083×3等边三角形第二遍100021/3搭接满夯Ⅲ第一遍3000125×5方型布点第二遍3000125×5方型布点第三遍15003相切满夯表1.15强夯主要机具表1.15强夯主要机具序号名称单位数量备注1波兰1207台1夯锤重17T，2.2m2波兰1207台1夯锤重22T，2.3m3抚顺1001台1夯锤重23T，2.5m4抚顺1001台1夯锤重18T，2.3m图1.10强夯现场机具图1.10强夯现场机具=2\*GB3②施工顺序场地平整,测量层面标高；夯点定位放线；机械夯锤就位对点开夯；第一遍夯完验收后场地整平；第二遍夯点定位放线；机械夯锤就位对点开夯；第二遍夯完验收后场地整平；满夯后整平、测量夯后标高;地基检测;强夯施工质量验收。=3\*GB3③夯击施工路线与锤击方法开夯前应根据现场情况考虑夯机进出场顺序,并根据夯机性能和提高施工效率,夯机行走路线为两排夯点的中心线,夯机每就位一次以夯击两点为宜。锤击方法采取退着夯的施工顺序。对于整个场地遵循从低向高的施工顺序。=4\*GB3④强夯施工流程清理并平整施工场地——测量放点——设备检测——平整场地,并测量垫层标高,同时标出第一遍夯点位置——夯机就位,使夯锤对准夯点位置——测量夯前锤顶高程——将夯锤起吊到预定高度,待夯锤脱钩自由下落后,放下吊钩,测量锤顶高程;——重复上个步骤,按设计规定的夯击击数及控制标准,完成一个夯点夯击——重复上述步骤——完成第一遍全部夯点的施工——在达到规定时间后,用推土机将夯坑填平——标出第二遍夯点位置——重复上述步骤,完成第二遍全部夯点的施工——在满足间隔时间后,用推土机进行平整,进行满夯——在满足间隔时间后,用推土机进行平整,并测量标高——在到规定间隔时间后,现场进行压实度检测等试验——提交竣工资料。=5\*GB3⑤质量管理措施(1)夯点测放准确,放线误差不超过5cm,用白灰或小木桩定出夯点位置,不得遗漏。(2)详细记录施工过程中的各项参数及特殊情况。(3)夯坑周围地面不应发生过大的隆起。(4)夯锺中心偏移应控制在15厘米以内,施工中如发生偏锤应重新对点。(5)夯击过程中如出现歪锤,应分析原因并及时调整,坑底垫平后才能继续施工。(6)及时排除夯坑及场地的积水。(7)每遍点夯和满夯施工结束时,按20m×20m方格网测量推平地面的高程。2.1山区填土地基质量检测标准强夯施工现场的测试工作是强夯施工的一个重要组成部分，包括施工过程中的质量监测以及夯后地基的质量检测。其目的是为了检验强夯施工是否达到了预定的加固地基的目的，以及设计参数是否合理，以便及时修正参数和检测实际的施工质量。目前国内外基本上都用原位勘察测试方法进行，采用的方法主要有动力触探、荷载试验和波速试验等，且检验的深度应该不小于设计处理的深度。按照设计委托书、勘察报告及有关规范，填筑体完工后检测标准如下：①Ⅰ、Ⅲ区强夯后地基承载力特征值达到220kPa,变形模量不小于15MPa；②Ⅱ区强夯后地基压实系数：0~150cm≥0.93;150~400cm≥0.90。2.2地基检测试验：夯后的检测时间必须根据土性作出选择，对于饱和土甚至含水量较大的土，考虑到夯击振动引起的土的触变现象，不能在夯完后马上进行。对于饱和软土或者土层较厚的要在夯后两个月才能进行检测，否则结果不能代表真实效果。对于非饱和土，由于含水量低，渗透性好，因此检验时间可以提前。对碎石土和砂土地基一般为夯后1--2周;对低饱和度的粉土和粘性土地基可取2-4周。本次工程是在施工完毕后第2周进行的，检测内容包含静载荷试验、地基密实度试验、有效加固深度范围内的重型触探试验。2.2.1地基静载试验按照设计要求，对Ⅰ、Ⅲ区强夯填筑体地基采用静载荷试验检验地基承载力特征值和变形模量。在场地随机选取10个点进行试验。本文选用3个代表性测点进行分析。试验采用堆载法。用千斤顶进行加载，通过活塞面积换算每级所需油压值以控制加荷值，采用4个百分表测读承压板的沉降量。试验采用慢速维持荷载法。根据设计要求处理后的地基承载力特征值达到220kPa，变形模量不小于15MPa。地基的极限荷载按地基承载力特征值的2倍考虑，即440kPa。因此，试验时最大加载为500kPa。地基静载试验载荷板尺寸为0.707m×0.707m，载荷板面积为0.5m2。试验分十级加载，变形稳定后加下级荷载。分级情况如表2.2所示。表2.2加荷分级表（kN）一二三四五六七八九十50100150200250300350400450500各试验点的试验结果见表2.3表2.3地基土静载荷试验汇总表试验组号试验日期终止荷载（kN）累计沉降A-16/7~6/85009.12A-26/8~6/95009.47A-36/9~6/1050010.76各测点的浅层平板载荷试验测验数据见表2.1，表2.2，表2.3：根据规范GB50007-2002，地基承载力特征值可采用相对变形法判断，即取p~s曲线上沉降量所对应的荷载值为地基承载力特征值。（S-为承压板沉降值，b-为承压板宽度）。按照相对变形法确定的地基承载力特征值见表2.4。与荷载对应的填土地基变形模量值见表2.5。由载荷试验得到的地基力学指标统计见表2.6。以上载荷试验结果表明:=1\*GB3①对P-S曲线无明显拐点的低压缩性土，其地基承载力可按相对变形值确定，10点的平均值为fo=385kPa,最大值为475kPa，最小值为285kPa，标准差32.035，达到地基基本承载力要求=2\*GB3②强夯后加固的地基土表层结构紧密，强度高，变形量小，水平向均匀性好。其力学指标离散性较小，在容许范围内。变形模量平均值为31.3MPa，满足回填土地基的设计要求。表2.1表2.1A-1点测试数据序号荷载历时沉降本级累计本级累计0000001501201200.450.4521001202400.480.9331501203600.491.4242001204800.912.3352501206000.943.2763001207201.014.2873501208401.095.3784001209601.156.52945012010801.247.761050012012001.369.12表2.2A-2点测试数据序号荷载历时沉降本级累计本级累计0000001501201200.380.3821001202400.540.9231501203600.591.5142001204800.962.4752501206000.883.3563001207201.374.7273501208401.155.8784001209601.126.99945012010801.248.231050012012001.249.47表2.3A-3点测试数据序号荷载历时沉降本级累计本级累计0000001501201200.840.8421001202401.031.8731501203601.843.7142001204800.994.7052501206000.104.8063001207203.007.8073501208401.329.1284001209600.439.55945012010800.9310.481050012012000.2810.76表2.4地基承载力特征值承载力基本值A-1点A-2点A-3点相对变形s/b=0.01420≥440300s/b=0.015≥440≥440≥300表2.5填筑体地基变形模量组别A-1点A-2点A-3点s/b=0.01s/b=0.01s/b=0.01变形模量34.551.432.9表2.6载荷试验地基回填土力学指标统计表统计数最大值最小值平均值标准差变异系数承载力(Kpa)104752