论文部分内容阅读
摘 要：本文结合工程实例，通过工程地质状况分析和原位测试，详细阐述工程地基采用强夯法加固处理措施，对地基强夯处理效果进行了检测分析评价，并提出具体建议。
关键词：建筑工程；强夯法；标贯试验；检测；承载力
地基强夯法处理的核心就是给地基以冲击力和振动力，提高地基土的强度并降低其压缩性，减少地基的后期沉降和不均匀沉降，达到承载和稳定的目的。该方法具有设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行、节约材料、效果显著的优点。已被广泛用于各行业。
1工程概况和地质条件分析
湖南某一大型花园小区，占地面积3万多平方米，住宅为5层～7层多栋，框架结构。由于土质松软，地基承载力较低，须采用具体措施对地基进行加固处理。
拟建场地从地貌上看该地区为丘陵地带，原场地为池塘和沼泽湿地，地面较平坦，呈现北高南低，高差小于2m。从其地质勘探情况看，场地自上而下主要土层有素填土、粉细砂、淤泥质土、粉质粘土和中粗砂等。其土层地质特征如下：
(1)素填土：主要成分为粘土，粉质粘土，碎石组成，密实度较均一；
(2)粉质粘土：褐红色，稍湿，可塑～硬塑，具网纹状结构；
(3)粉细砂：灰黑色，松散；
(4)淤泥质土：为池塘长期形成的淤泥或没有清淤干净的残留物组成；
(5)中粗砂：褐黄色，稍密～中密。
上述土层中，以粉细砂和淤泥质粘土的工程性质为最差，这也是强夯法加固的关键所在。勘探表明，该地区地下水位较高，一般地面下3～4m，即粉细砂埋深一般在5～l0m，呈松散饱和状态，地基处理的重点在于，该类地基土在振动或冲击力作用情况下发生液化，引起地基土的不稳定，造成建筑物破坏、失去作用。
由于土体呈松散和松散饱和状态，难以取得原状试样，只好采取在现场进行原位测试，进行处理后比较，从而得出结论；强夯前标贯试验结果(图1)、静力触探试验结果(图2)。
对图l和图2数据进行分析，不难看出，天然状态的标贯击数为l～4击、平均3.1击；静力触探比贯入阻力Ps=2～3.5MPa，平均3.0 MPa；动探击数为2～4击，平均3.4击。根据有关规范判别：
(1)按“建筑抗震设计规范”标贯判别式，计算该层粉细砂在Ⅶ度地震条件下的液化指数为20.5，其等级为“严重”液化。
(2)按静力触探比贯入阻力Ps值判别，抗Ⅶ度地震不液化的临界Ps为4.1MPa。实测结果低于该值，判别为“液化”。
(3)从土的颗粒组成分析，颗粒细而均匀，不均匀系数Cu=2.5～4.5(<5)，属不良级配。平均粒径dso=0.064/0.1lmm，接近一般易液化的经验值。粘粒含量虽高达8%，但未超过不液化土10%的要求。所以，仍属易液化的土。
综上所述，该层粉细砂位于地下水位以下，处于“松散”状态。按各种方法判别，它在Ⅶ度地震作用下会发生液化，因此必须对地基进行夯实加固处理。
2强夯地基处理措施
消除粉细砂地基的液化，其处理方法很多、如强夯、爆夯、挤密砂桩称振冲等，都是行之有效的方法。对于该地基、处理深度在10m以内，局部夹有薄层枯土，要求造价要低，在短时间内完成。经各种方法综合比较论证，最后论定用强夯法处理是较理想的，如前所述，强夯法加固地基的优点是能就地取材、经济合理、工法成熟。因此，该地基处理全部采用强夯法进行处理。
2.1强夯法处理地基主要技术参数
清除天然地基表层粘性土约2m，回填石渣(粒径小于50cm)至设计高程作强夯垫层；厚度为l～2m，作为强夯起夯面，设计考虑平均夯沉量为60cm。
平面夯点布置形成：按3.5～3.5m正方形布置。
夯击能量：点夯能量为2240kN·M，满夯能量为640kN·M。
夯击工艺：两遍点夯一遍满夯。点夯每点l2击，夯坑深度不小于l.6M，最后丙击沉量差平均小于5cm；满夯每点为3击，相互搭接50cm。
夯锤要求：为了加大加固深度，夯锤底静压力不小于350KPa， 即锤底直径为2.2m左右，夯锤重不少于l60kN。
表面整平碾压：滿夯结束后，对表面进行整平，碾压(激振力不小于40T)。
2.2施工技术工艺
按上述强夯参数，其施工技术详细步骤如下：
(1)清理并平整施工场地；标出第一遍夯点位置，并测量场地高程；
(2)起重机就位，使夯锤对准夯点位置；测量夯前锤项高程；
(3)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，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；
(4)按设计规定的定夯次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；重复步骤③ ～⑥ ，完成第一遍全部夯点的夯击；用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；
(5)在规定的时问间隔后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程；
(6)强夯施工过程中设专人负责下列监测工作：①开夯前检查夯锤重和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求；②在每遍夯击前，对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差和漏夯应及时纠正；③按设计要求检查每个夯点的夯击次数和夯沉量；
(7)施工过程中要对各项参数及施工情况进行详细记录；相邻机组最小安全操作距离不得小于30m，以保证安全需要。
在施工过程中，按设计要求工艺进行工艺试验，得出最佳夯击能为2240 kN·M和640 kN·M。其它工艺不变，经过施工方认真组织和现场监理的严格监督，原计划提前完成了全部強夯法地基处理工程。
3地基强夯处理检测与效果分析
强夯法处理地基的效果，在理论上一般认为，主要取决于地基土中孔隙水的消散速度和夯沉量。
3.1夯沉量
经过强夯前、强夯过程和强夯后的严格测量，实测平均夯沉量为88cm，扣除石渣层本身的压缩量29cm，则下部土基压缩量为59cm，基本达到了预期效果。实测夯坑周围地面变形见图3。
从图4分析，夯坑体积10.3～20.1m。，隆起系数16.5%~32.2%，有效压密达70~80%。隆起体积主要来源于石渣下lm左右的粘性土。夯后开挖发现，这lm厚的粘性土，除部分挤入石块问大部被隆起。
3.2原位测试成果
图1、图3分析比较显示，粉细砂层地基土通过强夯法处理后，标准贯入击数达到6～12击(平均9.4击)，平均值相比，夯后比夯前提高了6.3击，增长203%，动探击数平均达到7.6击，增长123%，均超过了抗5度地震液化临界值。静力触探Ps值也达到4～9MPa，平均5.5MPa，提高了83%，同样满足抗震临界值的要求，达到了加固的目的。
经夯后期探取样，表明在地面以下深10.5m处厚1.5m的淤泥质土也得到了一定的密实，各项指标提高一倍左右。说明强夯法处理地基，在该地质条件下，影响深度达到12m，有效加固深度8～10m。
3.3孔隙水压力观测
图5是实测的某一夯点夯击时的孔隙水压力过程线。总的来看，孔隙水压力随击数增加而不断上升，达到某一击数后则上升幅度渐缓。
(1)夯锤接地后，孔隙水压力不是瞬间上升到峰值，而是滞后，与测点距离和土的渗透性有关；
(2)在前5击，每夯1击，孔隙水压力明显上升，而5击以后，则上升缓慢，表现出有升有降，呈“振荡”的情形，其每击增量很小，如图5所示。说明最多只能夯击12击，再多夯则没有意义；
(3)TL隙水压力消散时间一般只有几小时，夯击12击后，孔压上升至58MPa，lhl0min，孔压降到31.3kPa，消散了46%，6hl8min，孔压基本消散；
(4)孔压测点埋设水平距离分别为2.3m、2.99m和5m，埋设深度5.3m～5.9m、测试结果、间距2.3m和2.9m的线型基本相同，但2.3m处大于2.9m处的孔压，峰值接近。而间距5m处的孔压，前两击孔压与2.3m和2.9m处接近，则3击以后相差较大，但其增值很小，几乎是一条平线。
以上分析说明：(1)强夯在水平方向挤密范围较小；(2)间距5m以外，NTL压与击数没有关系。
4结论和建议
实践证明，采用该方法处理后提高了地基承载力、降低了工程地基沉降量，消除了地基土内液化的可能性，取得了良好的处理效果，其地基承载力达到了本工程设计要求。
(1)对于该类粉细砂地基土，采用强夯法处理，是切实可行的。经过夯击能2240kN·M作用，用标贯、动探和静力触探检测，夯后比夯前均提高了1～2倍，在Ⅶ 度地震作用下其液化性得到消除，能满足设计要求。
(2)在粉细砂层中夹薄(1.5m以内)粘性土，强夯作用也可使密实，不影响强夯法的使用。
(3)单击能力为2240kN·M时，有效加固深度可达10.5m，该类粉细砂地基土，强夯的夯击击数6～8击，不宜超过12击。
(4)强夯夯击使粉细砂中产生的超孔隙水压力很快消散，只要合理安排施工设备，可采用不分遍施工，加快施工速度。强夯法虽然在工程实践中已被证实是一种较好的方法，但目前仍没有一套成熟的理论和计算方法，因此一些强夯参数必须从工艺试验中进行验证。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：建筑工程；强夯法；标贯试验；检测；承载力
地基强夯法处理的核心就是给地基以冲击力和振动力，提高地基土的强度并降低其压缩性，减少地基的后期沉降和不均匀沉降，达到承载和稳定的目的。该方法具有设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行、节约材料、效果显著的优点。已被广泛用于各行业。
1工程概况和地质条件分析
湖南某一大型花园小区，占地面积3万多平方米，住宅为5层～7层多栋，框架结构。由于土质松软，地基承载力较低，须采用具体措施对地基进行加固处理。
拟建场地从地貌上看该地区为丘陵地带，原场地为池塘和沼泽湿地，地面较平坦，呈现北高南低，高差小于2m。从其地质勘探情况看，场地自上而下主要土层有素填土、粉细砂、淤泥质土、粉质粘土和中粗砂等。其土层地质特征如下：
(1)素填土：主要成分为粘土，粉质粘土，碎石组成，密实度较均一；
(2)粉质粘土：褐红色，稍湿，可塑～硬塑，具网纹状结构；
(3)粉细砂：灰黑色，松散；
(4)淤泥质土：为池塘长期形成的淤泥或没有清淤干净的残留物组成；
(5)中粗砂：褐黄色，稍密～中密。
上述土层中，以粉细砂和淤泥质粘土的工程性质为最差，这也是强夯法加固的关键所在。勘探表明，该地区地下水位较高，一般地面下3～4m，即粉细砂埋深一般在5～l0m，呈松散饱和状态，地基处理的重点在于，该类地基土在振动或冲击力作用情况下发生液化，引起地基土的不稳定，造成建筑物破坏、失去作用。
由于土体呈松散和松散饱和状态，难以取得原状试样，只好采取在现场进行原位测试，进行处理后比较，从而得出结论；强夯前标贯试验结果(图1)、静力触探试验结果(图2)。
对图l和图2数据进行分析，不难看出，天然状态的标贯击数为l～4击、平均3.1击；静力触探比贯入阻力Ps=2～3.5MPa，平均3.0 MPa；动探击数为2～4击，平均3.4击。根据有关规范判别：
(1)按“建筑抗震设计规范”标贯判别式，计算该层粉细砂在Ⅶ度地震条件下的液化指数为20.5，其等级为“严重”液化。
(2)按静力触探比贯入阻力Ps值判别，抗Ⅶ度地震不液化的临界Ps为4.1MPa。实测结果低于该值，判别为“液化”。
(3)从土的颗粒组成分析，颗粒细而均匀，不均匀系数Cu=2.5～4.5(<5)，属不良级配。平均粒径dso=0.064/0.1lmm，接近一般易液化的经验值。粘粒含量虽高达8%，但未超过不液化土10%的要求。所以，仍属易液化的土。
综上所述，该层粉细砂位于地下水位以下，处于“松散”状态。按各种方法判别，它在Ⅶ度地震作用下会发生液化，因此必须对地基进行夯实加固处理。
2强夯地基处理措施
消除粉细砂地基的液化，其处理方法很多、如强夯、爆夯、挤密砂桩称振冲等，都是行之有效的方法。对于该地基、处理深度在10m以内，局部夹有薄层枯土，要求造价要低，在短时间内完成。经各种方法综合比较论证，最后论定用强夯法处理是较理想的，如前所述，强夯法加固地基的优点是能就地取材、经济合理、工法成熟。因此，该地基处理全部采用强夯法进行处理。
2.1强夯法处理地基主要技术参数
清除天然地基表层粘性土约2m，回填石渣(粒径小于50cm)至设计高程作强夯垫层；厚度为l～2m，作为强夯起夯面，设计考虑平均夯沉量为60cm。
平面夯点布置形成：按3.5～3.5m正方形布置。
夯击能量：点夯能量为2240kN·M，满夯能量为640kN·M。
夯击工艺：两遍点夯一遍满夯。点夯每点l2击，夯坑深度不小于l.6M，最后丙击沉量差平均小于5cm；满夯每点为3击，相互搭接50cm。
夯锤要求：为了加大加固深度，夯锤底静压力不小于350KPa， 即锤底直径为2.2m左右，夯锤重不少于l60kN。
表面整平碾压：滿夯结束后，对表面进行整平，碾压(激振力不小于40T)。
2.2施工技术工艺
按上述强夯参数，其施工技术详细步骤如下：
(1)清理并平整施工场地；标出第一遍夯点位置，并测量场地高程；
(2)起重机就位，使夯锤对准夯点位置；测量夯前锤项高程；
(3)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，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；
(4)按设计规定的定夯次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；重复步骤③ ～⑥ ，完成第一遍全部夯点的夯击；用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；
(5)在规定的时问间隔后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程；
(6)强夯施工过程中设专人负责下列监测工作：①开夯前检查夯锤重和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求；②在每遍夯击前，对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差和漏夯应及时纠正；③按设计要求检查每个夯点的夯击次数和夯沉量；
(7)施工过程中要对各项参数及施工情况进行详细记录；相邻机组最小安全操作距离不得小于30m，以保证安全需要。
在施工过程中，按设计要求工艺进行工艺试验，得出最佳夯击能为2240 kN·M和640 kN·M。其它工艺不变，经过施工方认真组织和现场监理的严格监督，原计划提前完成了全部強夯法地基处理工程。
3地基强夯处理检测与效果分析
强夯法处理地基的效果，在理论上一般认为，主要取决于地基土中孔隙水的消散速度和夯沉量。
3.1夯沉量
经过强夯前、强夯过程和强夯后的严格测量，实测平均夯沉量为88cm，扣除石渣层本身的压缩量29cm，则下部土基压缩量为59cm，基本达到了预期效果。实测夯坑周围地面变形见图3。
从图4分析，夯坑体积10.3～20.1m。，隆起系数16.5%~32.2%，有效压密达70~80%。隆起体积主要来源于石渣下lm左右的粘性土。夯后开挖发现，这lm厚的粘性土，除部分挤入石块问大部被隆起。
3.2原位测试成果
图1、图3分析比较显示，粉细砂层地基土通过强夯法处理后，标准贯入击数达到6～12击(平均9.4击)，平均值相比，夯后比夯前提高了6.3击，增长203%，动探击数平均达到7.6击，增长123%，均超过了抗5度地震液化临界值。静力触探Ps值也达到4～9MPa，平均5.5MPa，提高了83%，同样满足抗震临界值的要求，达到了加固的目的。
经夯后期探取样，表明在地面以下深10.5m处厚1.5m的淤泥质土也得到了一定的密实，各项指标提高一倍左右。说明强夯法处理地基，在该地质条件下，影响深度达到12m，有效加固深度8～10m。
3.3孔隙水压力观测
图5是实测的某一夯点夯击时的孔隙水压力过程线。总的来看，孔隙水压力随击数增加而不断上升，达到某一击数后则上升幅度渐缓。
(1)夯锤接地后，孔隙水压力不是瞬间上升到峰值，而是滞后，与测点距离和土的渗透性有关；
(2)在前5击，每夯1击，孔隙水压力明显上升，而5击以后，则上升缓慢，表现出有升有降，呈“振荡”的情形，其每击增量很小，如图5所示。说明最多只能夯击12击，再多夯则没有意义；
(3)TL隙水压力消散时间一般只有几小时，夯击12击后，孔压上升至58MPa，lhl0min，孔压降到31.3kPa，消散了46%，6hl8min，孔压基本消散；
(4)孔压测点埋设水平距离分别为2.3m、2.99m和5m，埋设深度5.3m～5.9m、测试结果、间距2.3m和2.9m的线型基本相同，但2.3m处大于2.9m处的孔压，峰值接近。而间距5m处的孔压，前两击孔压与2.3m和2.9m处接近，则3击以后相差较大，但其增值很小，几乎是一条平线。
以上分析说明：(1)强夯在水平方向挤密范围较小；(2)间距5m以外，NTL压与击数没有关系。
4结论和建议
实践证明，采用该方法处理后提高了地基承载力、降低了工程地基沉降量，消除了地基土内液化的可能性，取得了良好的处理效果，其地基承载力达到了本工程设计要求。
(1)对于该类粉细砂地基土，采用强夯法处理，是切实可行的。经过夯击能2240kN·M作用，用标贯、动探和静力触探检测，夯后比夯前均提高了1～2倍，在Ⅶ 度地震作用下其液化性得到消除，能满足设计要求。
(2)在粉细砂层中夹薄(1.5m以内)粘性土，强夯作用也可使密实，不影响强夯法的使用。
(3)单击能力为2240kN·M时，有效加固深度可达10.5m，该类粉细砂地基土，强夯的夯击击数6～8击，不宜超过12击。
(4)强夯夯击使粉细砂中产生的超孔隙水压力很快消散，只要合理安排施工设备，可采用不分遍施工，加快施工速度。强夯法虽然在工程实践中已被证实是一种较好的方法，但目前仍没有一套成熟的理论和计算方法，因此一些强夯参数必须从工艺试验中进行验证。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。