强夯法在粉砂土地基处理中的试验研究

强夯法在粉砂土地基处理中的试验研究

张志浩 周志扬

航天建筑设计研究院有限公司 北京    100162  

摘要：结合上海某道路工程大面积冲填粉砂土地基处理项目，针对项目特点及难点，选择强夯法进行地基加固。通过对三个试验区不同夯击能的现场试验，利用双桥静力触探试验对强夯前后土层处理深度进行对比，得到适合本项目的最佳夯击能，缩短了工期，节约了成本。强夯法对于冲填粉砂土处理效果较好，可推广使用，为类似项目提供参考。

关键词：冲填土、强夯、夯击能、落距

1概述

随着我国经济和城市的迅速发展，为满足城市建设用地的需求，围海造地项目风起云涌，沿海城市均在向海洋方向发展，每年陆地面积均在以数百上千平方米扩张。但是冲填土成份较复杂，结构松散，均匀性差，高压缩性、强度低、含水率高，负摩阻大；按照部分地区经验，再不处理的情况下，吹填土地基承载力一般小于80kPa，含水率大于40%，基本无法满足一般工程的需求，更不必说是沿海开发的大型港口及重型工业厂房。因此，对于冲填土地基进行必要的地基处理，提高其地基承载力，改善地基的均匀性，降低压缩性，减小负摩阻力，从而可以作为建筑物或道路的基础持力层。

目前，处理此类冲填土地基的方法主要有换填法、桩基处理法、振冲法、强夯法等，振冲法及强夯法又可分为填料或不填料两种情况。对于以粉砂土为主的冲填土地基而言，强夯法具有施工方便、设备简单、机械设备多、节省材料、降低成本、缩短工期的有点，不仅可以提高冲填土地基的地基承载力，降低压缩性，还可以改善其抵抗振动液化的能力和减小负摩阻力对桩基的影响，因而被广泛应用于沿海地区冲填土基础处理施工中。

2强夯法处理冲填土地基项目概述

2.1强夯法概述

强夯法是法国Menard技术公司于1969年首次采用的一种地基加固方法，发展至今已有50多年的历史，近年来在我国得到了广泛的推广，效果较好。强夯法是指通过吊机将夯锤吊至一定高度后（落距8-20m），放开夯锤，使其自由落体，从而对地基施加很大的冲击力和振动，提高土体的密实度及地基承载力，降低压缩性。

2.2项目概述

拟建场地位于上海洋山港区，地处杭州湾东北口，港区陆域原始地形和工程地质条件极为复杂，分布有较厚的冲填粉砂土层，一般厚度约25.0m，局部最深处可达40.0m。本工程为城市次干路，道路长度798m，路宽约35m，根据前期提交的地质勘查报告，表层为粉砂土地层，主要成份以粉砂为主，含细砂及粉土，局部夹淤泥质粉质黏土，层厚度为17.80m~23.50m不等，地下水位位于现状地面标高下2.41m左右，表层土具有均匀性差、含水率大、孔隙比大、压缩性高等不良工程特性，无法作为道路路基的持力层，需进行适当的地基处理以改善其物理力学特性，提高土体强度，满足道路建设需要。根据设计要求，道路处理宽度需两侧向外沿深3m，处理后路基下土的承载力特征值不小于100KPa。为保证强夯法的处理效果，在正式施工前，在场地内分别选择了3个地质条件相似的位置，进行了不同夯击条件下处理效果的试验，以求利用最小的代价达到最理想的效果，以节约工期及人力材料成本。

2.3不同夯击能下地基处理效果的研究

根据Menard及后人的研究成果，强夯法的夯击能主要与所选取的锤重（W）及落距（H）有关，单击夯击能（E）可以表示为：

E=W*H

由于场地投入的强夯机械型号较为单一，本次研究内容选择相同的锤重，不同的落距进行研究，试验区尺寸为40.0m*40.0m，根据土层特性及周边工程经验，采用点夯3遍，满夯1遍的施工工艺，夯锤底直径约为2.50m，重量为25.0t，前三遍夯击高度分别选择12.0m、14.0m及18.0m，对应的夯击能分别为3000kN·m、3500kN·m及4500kN·m，夯点按正方形布置，加固深度为6.0m，选择点夯间距为6.0m，点夯夯击停锤标准为最后两击夯沉量之差小于5cm或者最后两击夯沉量之和小于15cm。两遍夯击之间的间隔时间主要取决于土体内超孔隙水压力的消散情况，可通过现场试验来确定消散时间，根据工程经验，粉砂土中超孔隙水压力消散时间约为7天。强夯法夯点平面布置图见图1。

图1:强夯点平面布置图

2.4处理效果检测

根据三个试验段的试夯效果来看，三个试验段夯点位置土层均出现较为明显的夯坑，且夯坑四周土体隆起，对第一遍夯点处的夯坑深度进行测量统计后发现，落距越大，夯坑深度越大，夯坑周边的土体隆起也越明显。为更好的评价强夯后处理的效果及选择更为合适的夯击能，分别对3个试验区进行了双桥静力触探试验，与处理前的进行对比，见图2~图4。

图2落锤落距12.0m强夯处理效果

图3落锤落距14.0m强夯处理效果

图4落锤落距18.0m强夯处理效果

通过强夯前后同一试验段的静力触探试验结果对比我们不难发现，夯击能越大，处理深度越大，具体数值见表1。

根据上表中的试验结果可知，夯锤质量一定的情况下，随着落距的增加，夯击能增加，处理深度亦增大，针对本项目而言，根据设计单位要求的路基荷载，需要处理值路基下6.5m左右可满足道路荷载的要求，因此，选择落距12.0m左右比较合适，这样既满足了设计对荷载的要求，也不至于造成人力物力的浪费，节约了成本，节省了工期。

2.5关于夯击能选择的思考

根据三个试验段的试验结果可以看出，在锤重相同的情况下，落距越高，夯击能越大，处理深度也越大，但这种增加并非线性增加。夯击能（E）与处理深度（H）的关系具体可以表述为：

;

试验结果与Menard等人的研究成果基本一致。夯击能的大小主要有锤重及落距决定，若一味的增加锤重，则对施工机械的要求较高，若增加落距，易造成安全事故，因此，选择合适的锤重及落距是保证施工质量及安全的前提。

3结论

强夯法在处理粉砂土地基可明显提高土的地基承载力，一般可满足市政道路及多层建筑浅基础的地基承载力要求；

粉砂土地基强夯施工技术含量较高，本文针对实际项目，分三个试验段分别研究了不同夯击能条件下粉砂土的地基处理深度，为本工程选择既节省工期又节约成本的施工方法，可为类似项目的地基处理提供宝贵经验。

参考文献：

1. 叶书麟.地基处理[M].北京.中国建筑工程出版社,1997.

2. 林宗元.岩土工程治理手册[M].北京.建筑工业出版社,1998.

3. 卢廷浩.高等土力学[M].南京.河海大学出版社,2006.