强夯置换法在处理厚层素填土中的应用

鲍德松 刘艳军 于洪刚

大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116023

强夯置换法在处理厚层素填土中的应用

鲍德松 刘艳军 于洪刚

大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116023

某地下车库地基存在较厚素填土层，其承载力不能满足设计要求， 本工程采用强夯置换方法对地基进行加固处理，共布置强夯置换点1398个，强夯置换处理深度为7.0m，强夯处理面积38500m2。根据场地的不同使用功能和处理要求，分别采用强夯法和强夯置换法进行地基处理,并采取不同的强夯参数,达到了最优化设计。采用强夯置换加固素填土地基，其地基承载力明显提高，同时又加快了施工进度,节省了工程造价。

强夯置换；地基承载力；地基处理

1 工程概况

某地下车库工程位于大连市开发区，地下车库为地下一层，基础形式为独立基础，独立基础轴力为3000kN，柱距为8.4×8.4m。根据该场地勘察资料，该场地自上而下主要分布有以下地层：①素填土：黄褐、灰褐色，稍湿-饱和，松散，主要由碎石、粘性土及少量建筑垃圾组成；回填龄小于5年。②淤泥：灰黑色，流塑状态。③红黏土：棕褐～棕红色，可塑～软塑状。④中风化石灰岩：灰色，岩体较完整。

场地内地下水与海水相连，水位变幅在1～2m，水位埋藏深度为1.7～4.6m，标高为-1.80～1.10m。

由于承载力不能满足设计要求，故需对地基进行加固处理，要求处理后的地基承载力fspk≥200kPa。根据工程实际情况和场地的地质条件，本工程采用强夯置换法+点夯+满夯方式对地基进行加固处理，独立基础范围内采用强夯置换的方式，地下室独立基础范围外采用点夯的方式。

2 强夯置换法加固地基设计

2.1 处理深度的确定

强夯置换墩的深度由土质条件确定，但不宜超过7.0m。因本工程软弱土层的厚度较大，同时又受当地施工条件的限制，故本工程加固处理深度为7.0m。

2.2 夯击能的确定

独立基础范围内采用强夯置换的方式，夯击能为3000kN·m；地下室独立基础范围外采用点夯的方式，夯击能为2000kN·m；满夯的夯击能为1000kN·m。

2.3 墩体材料选择

利用当地廉价的开山碎石，粒径大于300mm的颗粒含量不超过全重30%。

2.4 夯点设计

2.4.1.布点原则

根据设计要求及工程实际情况，选取单个独立基础为单位进行布点设计，取独立基础面积S=4.4×4.4=19.36m2为例计算。

2.4.2.布点设计

（1）设计参数

墩体承载力 fpk=400kPa

墩间土承载力 fsk=140kPa

夯锤直径 d=1.2m

墩体计算直径 dd＝1.5m

（2）计算置换率

（3）布点设计

在独立基础内布点，独立基础面积S=4.4×4.4=19.36m2，设每个独立基础需用n个墩（点），则：

式中：

n—为每个独立基础下墩体个数

m—面积置换率

S—独立基础面积

S1—墩体计算面积

2.4.3 承载力验算

（1）实际置换率

（2）承载力验算

满足设计要求。

2.4.4.下卧层承载力验算

根据桩长计算，墩端进入素填土层内，强夯处理后墩间土承载力为140kPa。

（1）设计参数

基础底板底标高：1.10～1.50m

地下水位高程：-1.80～1.10m，计算取0.5m

现地面高程：2.90 m

各土层参数详见表1。

（2）计算公式

pz＋pcz≤faz

式中：

pz—相当于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值；

pcz—软弱下卧层顶面处土的自重应力值；

faz—软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。

（3）自重应力pcz

（4）附加应力值pz

式中：

b—正方形基础底边的宽度；b=4.4m

pk—正方形基础底面处的平均压力值；pk=200kPa

pc—基础底面处土的自重应力值；

z—基础底面至软弱下卧层顶面的距离；z=5.2m

θ—地基压力扩散线与垂直线的夹角。

（5）地基压力扩散角θ

a）软弱下卧土层上面土层的压缩模量

式中：

Ep—桩体压缩模量，Ep=35MPa

Es—桩间土压缩模量，Es=5MPa

Esp=0. 274×35＋(1－0. 274)×5=13.22(MPa)

b）软弱下卧土层下面土层的压缩模量为5MPa

c）查表计算

根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）查表：

z/b=5.2/4.4=1.18

计算约得：θ=20.8°

（6）附加应力值

（7）软弱下卧层顶面处深度修正后土层的承载力特征值faz

计算公式

式中：

faz—修正后的土层承载力特征值；fak—第1层土未经修正的承载力特征值，取140 kPa；

ηd—下卧软层埋深的承载力修正系数，取ηd=1.0；

γm—验算土层面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度。

γm=pcz/z=80/7=11.4kN/m3；

d—深度，从室外地面算起，至下卧层顶面为：7.0m；

软弱下卧层顶面处深度修正后土层的承载力特征值faz

（8）软弱下卧层承载力验算

满足设计要求。

3 施工

3.1.施工工序

（1）清理并平整施工场地。（2）标出夯点位置，并测量场地高程。（3）起重机就位，夯锤置于夯点位置。（4）测量夯前锤顶高程。（5）夯击并逐击记录夯坑深度。6）推平场地，用低能量满夯，将场地表层土夯实，并测量夯后场地高程。

3.2 施工要点

（1）本工程采用强夯置换+点夯+满夯的处理方式。独立基础范围内采用强夯置换的方式，夯击能为3000kN·m；地下室独立基础范围外采用点夯的方式，夯击能为2000kN·m。强夯置换和点夯的施工应分三遍间隔进行，第一遍先打1/4，第二遍再打1/4，第三遍完成剩余夯点。

（2）强夯置换的夯击数由试夯确定，第一阵从原地面夯起，当夯坑达到1.5m深时，填满置换料，第一阵结束；第二阵对填入的置换料进行夯击，当再次达到1.5m左右的夯坑深度时候，再次填满置换料，第二阵结束；以此类推。最后一阵当出现相邻两夯的夯沉量均不超过50mm时，夯击结束，并以此作为终夯标准。

4 处理效果检验

4.1 地基承载力检测

采用平板载荷试验对加固处理后的地基承载力进行检测，共进行3个点的试验，根据载荷试验确定的地基承载力特征值为218.7kpa。

试验结果表明，经强夯置换+点夯+满夯处理后，地基承载力完全满足设计要求。

4.2 墩体检测

对墩体采用重型动力触探进行检测，按不同地段、墩数进行抽检，抽检率1%。

经检测墩体长度7.0～7.5m，动力触探实测击数13～22击，平均击数为16.5击/10cm，根据《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002），墩体为中密～密实状态，满足设计要求。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.021

鲍德松 男 工程师 主要从事岩土工程勘察与设计工作。