不同强夯工艺在石窟地基处理中的应用

梁朝

（厦门中平公路勘察设计院有限公司）

0 引言

强夯法是反复将夯锤提到一定高度使其自由落下，给地基以冲击力和振动力量，从而提高地基的承载力并降低其压缩性，达到改善地基性能的目的。强夯置换法是在利用强夯形成的夯坑内填入块石、碎石、矿渣或建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，采用多次投料和重复夯击的方法形成连续的柱墩状的置换体即强夯置换，由墩体与墩间土组成强夯置换复合地基。堆载预压法是排水固结法的一种，主要对天然地基设置竖向排水通道（如砂桩等），然后利用堆载物重量分级逐渐加载，使土体中孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时土体强度提高。海沧路头尾石窟（沧江路以南区域）软基处理工程中，根据石窟不同地质情况采用不同的地基处理方式，为今后大面积石窟地基处理提供了借鉴。

1 工程概述

项目位于厦门市海沧港区16～17#泊位后方，沧江路南侧、港南路北侧地块，总面积约11.25万平方米。地块范围内石窟深坑于2018年底回填完毕，场地将作为码头后方陆域，后期用于集装箱空箱堆场。项目地基处理面积约6.78万平方米。

2 场地地质条件

根据《工程地质勘察报告》,岩土体的分布及其特征如下：①杂填土（Qml）。成分主要由碎石、砖块或粘性土等回填而成，局部含少量生活垃圾，土中硬杂质含量约30%～40%。②淤泥质填土（Qml）。成分主要由淤泥质土回填而成，含腐植质，有腥臭味。该层属新近回填，且未经专门的压实处理。属高压缩性软弱土，力学强度很低。③素填土（Qml）。成分主要由粘性土夹碎石块回填而成，土中碎、块石含量约20%～30%。该层回填时间＜3年，尚未完成自重固结，且未经专门压实处理。④填（抛）石（Qml）。主要由花岗岩块石回填而成，块径一般约0.3～0.4m，部分大于0.5m，其间为砂土或粘性土充填。该层重型动力触探修正击数为5.94～7.20击，密实度及均匀性较差，力学强度偏低。⑤淤泥（Q4m）。成份主要由粉、粘粒组成，含腐植质，有腥臭味，局部含砂较高相变为淤泥混砂。⑥粉质粘土(Q4al-pl)。呈灰白、灰黄色，可塑状，成分主要由粉、粘粒及石英砂构成，土中含砂量约10%～20%。⑦砂砾状强风化花岗岩（γ52（3）c）。成分主要由未尽风化的长石、石英及云母等组成。该层风化较剧烈，岩体极破碎，岩芯呈砂砾状，为散体结构，属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。见表1、图1。

图1 工程地质剖面图

表1 岩土设计参数建议值

3 地基处理设计

地基处理方案根据地质情况不同分为A、B、C、D四个分区，如图2所示。

图2 地基处理分区图

地基处理设计标准：交地标高+4.321（85国家基准）；交工面复合地基承载力不小于180kPa，强夯置换单墩承载力特征值为1200KN。

3.1 表层振动碾压（A区）

A区面积为40826m2。因早期已处理，本次不再重复考虑深层处理，仅采用表层振动碾压。将工程场地整平，并用振动力200kN的振动压力机碾压6～8遍，交工标高+4.321m。

3.2 强夯（B-Ⅰ和B-Ⅱ区）

B区面积14270m2，地质揭露上部约7～8m松散杂填土层，下部为粉质黏土、强风化花岗岩等非采石坑地

块，采用强夯处理。将工程场地整平至设计标高+5.321（暂考虑预留1m沉降，具体根据试验区沉降调整起夯标高），采用点夯2遍+满夯2遍，其中点夯夯能5000KN·m。点夯可采用正方形布置，第一遍夯点间距取7m，第二遍夯点应位于第一遍夯点之间（100m2夯点数为4个）。每个夯点夯击次数不小于10击，满夯夯能为1000KN·m，点夯夯锤直径采用3～3.5m。点夯和满夯施工后，整平场地，并用振动力200kN的振动压力机碾压6～8遍，交工标高+4.321m。

3.3 堆载预压+砂桩处理+强夯置换（C区）

C区面积7361m2，地质揭露上部约9～10m淤泥质填土，下部为深厚松散素填土的采石坑地块。上部淤泥质填土含水率较高且渗透系数较低，如直接采用强夯置换，土中孔隙水压力无法消散，容易形成“橡皮土”或掉锤等，达不到处理效果，因此采用堆载预压+砂桩排水固结，再进行强夯置换处理。

将工程场地整平至设计标高+3.812，铺一层1m厚的合格土，再铺设0.5m厚中粗砂垫层，采用堆载预压+砂桩处理。堆载预压采用5m预压土柱，砂桩采用桩径50㎝，桩长9m，按等边三角形间距1.5m布置，预压期为8个月后（预估沉降为1m）。再采用强夯置换法处理，夯锤取30～40吨，采用点夯2遍+满夯2遍。其中点夯夯能6000KN.m，点夯采用正方形布置，第一遍夯点间距取5m，第二遍夯点应位于第一遍夯点之间（100m2夯点数为8个）。每个夯点夯击次数不小于12击，满夯夯能为1000KN·m。点夯夯锤直径采用1.3m，置换墩深度约6～7m。整平场地，并用振动力200kN的振动压力机碾压6～8遍，交工标高+4.321m。

3.4 强夯置换（D区）

D区面积46208m2，地质揭露为深厚松散杂填土、素填土层采石坑地块，采用强夯置换处理。将工程场地整平至设计标高+4.812（考虑预留0.5m沉降，具体根据试验区沉降调整起夯标高），夯锤取30～40吨，采用点夯2遍+满夯2遍。其中点夯夯能6000KN·m，点夯采用正方形布置，第一遍夯点间距取5m，第二遍夯点应位于第一遍夯点之间（100m2夯点数为8个）。每个夯点夯击次数不小于12击，满夯夯能为1000KN·m。点夯夯锤直径采用1.3m，置换墩深度约6～7m。点夯和满夯施工后，整平场地，并用振动力200kN的振动压力机碾压6～8遍，交工标高+4.321m。

4 施工检测分析

施工前应检查夯锤的质量和尺寸、落距控制法、排水设施及被强夯地基的土质；施工中应检查夯锤落距、夯点位置、夯击次数、夯击遍数、最后两击的平均夯沉量、总夯沉量和夯点施工起止时间等；施工结束后应进行地基承载力、置换墩着底情况检测。以D区施工为例：

⑴强夯收锤标准：D区采用夯锤锤底直径1.3m，锤重430KN，落距14m，累计夯沉量60～70㎝，最后两击平均夯沉量5～7㎝，满足设计要求。夯击次数15～19击。

⑵地基承载力检测：D区强夯置换墩共3528根，对其36根（不少于总数1%）进行单墩静载荷试验。最大试验荷载为2400KN，最大试验荷载下墩顶变形为7.74～16.15mm，残余变形为4.79～8.99mm。单独极限承载力为2400KN，单墩承载力特征值为1200KN。见图3、表2。根据复核地基承载力计算：fck=mRa/Ap+λ(1-m)fsk=181.54kpa（其中fck为复合地基承载力（kpa），m为复核地基置换率，Ra为单桩桩体承载力（kN），Ap为单桩截面面积（m2），λ为桩间土承载力发挥系数，fsk为桩间土承载力），满足交工面复合地基承载力不小于180kPa。

图3 单墩静载荷试验曲线图

表2

⑶置换墩着底情况检测：D区对其106（不少于总数3%）强夯置换墩点进行重型动力触探试验，试验深度为6.5m，根据检测结果表明置换墩着底情况及密实度满足设计要求。见图4。

图4 置换墩重型动力触探试验图

5 建议

因石窟地质情况复杂，设计采用“动态设计”原则，根据强夯、强夯置换试验结果适当调整设计参数，强夯置换墩单点夯击次数结合收锤标准由原设计的不少于12击调整为15～19击；采用强夯或强夯置换场地，夯击面直接作为后续堆场交工面容易因表层土体扰动及成分复杂导致压实度无法满足要求，建议在夯击面上铺设50～80cm厚的山皮土，分层碾压以控制表层压实度。

6 结论

对于石窟地基具体采用何种方案来加固软土，取决于土层的性质、工期要求和工程造价等，本项目通过采用不同的强夯工艺处理地基，取得较好的实施效果，地基处理达到设计标准。