人为不良地基的强夯处理（改）.doc

人为不良地基的强夯处理 近三十年来，我国经济高速发展，基本建设规模不断扩大，再加上基本农田保护政策的强化，我国的建筑用地日趋紧张，这就导致不适宜作为建筑用地的不良地质作用的场地被用来作为建筑用地。同时，大量的人工建造地基，如挖山填沟、搬山填海地基，也成为解决建筑用地的重要途径。人们在大量建造人工地基的时候，也形成了数量不小的人工不良地基 一、人工不良地基的几种情况 1.1不排水、不清淤、不清基的回填地基 湖北某厂整体搬迁的新厂址地基，位于技术开发区内，建筑场地由技术开发区提供，场地由开发区负责回填。场址原为农田和村庄。原场区分布有民居、农田、水塘和灌木等。在回填时，只将房屋拆除，而宅基未予清理，水塘也未予排水，农田和灌木等均未清淤和清除耕植土，大片的灌木林被埋在回填土下。回填材料为高处挖方的红粘土。在人工建造地基的同时，又形成了极难处理，地基土构成复杂的人工不良地基。红粘土中裹挟了大量的水体，地基高度饱和，而地基土掩埋的灌木丛等更是难以清除的隐患。在这样的地基上建造对沉降极为敏感的厂房地基，地基处理的难度可想而知。 1.2在未经处理的湿陷性黄土地基上建造填土地基 某水泥厂场址位于Ⅲ级自重湿陷性黄土地基上，该水泥厂在建设过程中在未对原场地地基处理的情况下，对场地进行了回填，回填厚度在2－10m之间，使原本16m左右的湿陷性土层厚度又增加2－10m大的处理深度，使场地处理难度加大。 1.3不考虑颗粒级配，随意抛填的易风化、大块石回填地基 江西某电厂输煤系统构筑物位于填方场地内，填方地基主要填料为大颗粒风化岩组成，填方区厚度最深达9m，块石直径大部分为1m之内，个别直径达2m。 由于填方材料为易风化砂岩，填方地基内为大孔隙架空结构，在地面下渗水的冲刷和侵蚀下，极易风化，导致很大的工后沉降。 我国南方某工厂工程，新厂址位于开山填谷地基的人工填土上，填方材料为极易风化的泥岩与砂岩，整个场地占地面积数平方公里，土方回填量达数千万m3.虽然采用了分层碾压，但由于工程规模浩大，工期短，施工质量难以控制，根本达不到所要求的密实度。 1.4有地下迳流出露，不采取引流排泄措施就回填的填方地基 四川某厂东区地基，位于一山沟中，山沟坡面上有一出露的地下迳流，在场地回填前，施工单位曾提出专题报告，建议对该迳流构筑排水盲沟，将水流引出回填场地之外，但业主未予采纳，场地回填后不久，回填场地内地下水位较高，在强夯时，夯坑中有大量水涌出，无法施工。最终将场地重新开挖，构筑了排水盲沟后，才重新施工。 二、人工不良地基的形成原因 2.1建设程序不规范 以上所述的人工不良地基，在选址规划阶段，未经过勘察设计单位的勘察和规划，由开发区或建设单位自行确定，自行组织回填场平后，才经设计单位进行勘察设计，对于已经形成的人为不良地质现象已经是生米做成熟饭的状况。 2.2主持场地开发、回填场平的人员不具备专业技术知识 现在主持场地开发、回填场平的管理人员，不具备最基本的土木工程基础知识，因此在场地建造中凭想当然办事，未能按有关规范操作。 2.3建设规模宏大，管理施工经验不足 改革开放以来，我国基本建设超常规发展，工程建设规模浩大，面临着前所未有的形势，新问题、新课题层出不穷。无论是技术、管理人员的配备，还是专业知识经验的准备，都非常不够。在工期紧、规模大的情况下，出现人为的失误在所难免。像大规模的开山填谷、分层碾压工程，对粒径的控制、颗粒级配的组成，在大规模施工的情况下，施工质量已经很难控制。 2.4传统的施工方法的局限性 我国在强夯法出现以前，传统的回填压实地基多采用分层碾压，碾压法对碎石填料的粒径、颗粒级配有着很严格的要求。目前很多人工建造地基采用这种传统的方法，进行回填处理，形成了新的不良地基。 传统的分层碾压压实的方法，有着很大的局限。 1首先对填料有很高的要求，填料的性能和稳定性要求很高，性能不稳定的填料不宜铺在上层。 2对填料的级配、粒径控制很严格，铺填起来很费事，同时增大了爆破成本。 3分层回填的厚度很薄，最大不超过1m。 4填土的压实完全靠振密压实，即使是强度较低的泥岩、砂岩也很难将其压碎，所以，分层填筑碾压的填土材料必须有良好的级配，避免土层中形成架空结构。 从以上几点我们不难意识到，在当前建筑规模宏大，动辄数百万上千万方，数平方公里的填筑规模，采用传统的分层碾压方法，很难达到设计的密实度要求。 三、人工不良地基的危害 3.1人工不良地基极大地增加了地基处理的难度 1.不排水、不清淤、不清基的回填地基，不但形成了高饱和度的软土地基，同时极大地增加了地基的不均匀性，而且在填土与原土基之间，形成了极不易清除的软弱结构面，更增加了地基的不稳定性。 2.粒径级配控制不严的分层压实回填地基，因压实度不良，可能造成很大的工后沉降。当采用桩基时，会产生负摩擦力，同时在采用桩基础时，对桩基施工产生很大的难度。 3.2地基处理费用加大 人为不良地基的处理费用，高出正常地基处理费用的数倍。 3.3延长了地基处理建设工期 许多人工不良地基的形成，原本是为了加快进度，其结果不但没有加快工程建设进度，反而极大地拖延了工期。由于地基处理难度加大，地基处理施工工艺变得复杂。 3.4降低了使用标准 闻喜海天水泥厂，经过处理的湿陷性黄土地基，也只能用于建设丙类、丁类建筑，甲乙类建筑根本不能使用。 四、不良地基的强夯处理 4.1强夯加固地基的作用 强夯法1965年由法国梅纳尔首先创用，一开始能级只有不到1000KN.m，现在国内最高能级提高到了10000KN.m，国外已发展到40000KN.m。 4.2强夯加固机理的分类 4.2.1建筑地基处理技术规范将强夯分为两类 1）强夯法（我们也称为直接强夯法），适用于碎石土，砂类土，低饱和度的粉土与粘性土，湿陷性黄土，素填土和杂填土等地基。 2）强夯置换法，适用于高饱和度、软塑-流塑状的淤泥、淤泥质土、粉土、粘性土等对变形控制要求不严的工程。 4.2.2我国高等学校土木工程专业基础工程对强夯加固机理分为三类 1）动力密实 强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载使土中的孔隙体积减小，土体变得密实，从而提高地基土的强度，非饱和土的夯实过程，就是土中的气相被挤出的过程。 2）动力固结 动力固结理论就是梅纳本人提出的，梅纳认为 由于土中存在微小气泡，孔隙水具有压缩性； 由于冲击力的反复作用，孔隙水压力上升，地基发生液化； 由于裂隙土接近液化或处于液化状态，还由于细粒土的薄膜水有一部分变为自由水，土的透水性增大； 由于静置，孔隙水压力降低，土的触变性恢复。 强夯法处理细颗粒饱和土，即高饱和度的粘性土、湿陷性黄土就是借助于这一固结理论。动力固结原本就是强夯的一个理论基础，这一原理只有理论意义，没有实际意义。 3）动力置换 动力置换可分为整体置换和桩式置换。整体置换是采用强夯将碎石整体挤入淤泥中，其作用机理类似于换土垫层法；桩式置换是通过强夯将碎石土填筑土体中，部分碎石墩间隔地夯入土中，形成桩式或墩式的碎石桩（墩）。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩，他主要靠碎石摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡，并与墩间土起复合地基的作用。 4.2.3我公司对强夯机理及施工方法的分类 我公司在多年的工程实践中也形成了自己的一套打法，也分为三类。 1）直接强夯法 相当于动力密实法 2）动力置换法 动力置换，由我公司上世纪80年代末首创，在武钢四烧结地基处理试验中首先应用，由我国著名土力学专家刘惠珊总结，并写入地基处理规范中。 3）强夯半置换法（即动力固结法） 由于单纯的动力固结法，只有理论意义，在实践中行不通，固结时间过长，大面积施工时，排水通道被封死。我们利用这一原理，将它发展为在夯坑中填料的打法，它的原理介于动力固结和强夯置换之间，加填料的目的主要不是置换软土，而是建立排水通道。这一办法对动力固结的原理赋予了很大的实际意义。 4.3湖北某厂地基处理（红粘土填方地基） 场地回填前未抽水，未清淤，未清基，未清除植物层，回填材料为红粘土。 4.3.1地基概况 场地主要为红粘土回填地基，回填厚度3－11m。 4.3.2地基处理要求 厂房内一般地坪承载力特征值fak≥150KPa，压缩模量Es≥10MPa。 设备基础，厂房基础承载力特征值fak≥200KPa，压缩模量Es≥10MPa。 4.3.3处理方法 1、处理深度＜6m。 （1）设计要求fak≥200KPa，压缩模量Es≥10MPa时，采用直接强夯法。 处理深度＜3m时，采用3000KN.m。处理深度3－5m时，采用4000KN.m，处理深度＞5m时，采用5000KN.m。当含水量较高时，可在夯坑中回填干土或配合降水措施。 （2）设计要求为fak≥200KPa，压缩模量Es≥10MPa时，采用直接强夯置换法。 处理深度＜4m时，采用3000KN.m强夯置换。处理深度4－6m时，采用4000KN.m强夯置换。 2处理深度6－8m 下层采用强夯置换，能级3000KN.m，起夯面标高34m，上层采用直接起夯法。 3处理深度≥8m 下层采用强夯置换法，能级4000KN.m，上层采用直接起夯法，能级4000KN.m。 4.3.4处理效果 在直接强夯区，尽管采用辅助降水措施，仍然达不到压缩模量10MPa的要求，只达到了8MPa。还有一部分场地，改为强夯置换和分层强夯置换，基本达到了设计要求。 4.4江西某电厂风化砂岩块石抛填方地基强夯处理（大块石高填方砂岩地基） 4.4.1工程概况 4.4.1.1地层构成 场地为赣江河漫滩，场地自上而下土层依次为淤泥质粉土、粉细砂混粘性土、粉质粘土混砾、砂卵石等构成，场地基岩为白垩系泥质粉砂岩，全风化至中风化。 4.4.1.2 水文地质条件 强夯区地下水有二层，上部为上层滞水，赋存于新近所填的填土中，水量不大，下部为孔隙潜水，分布于细砂层及砾卵石中，埋藏较深，水量较大，排泄方式为蒸发和向低处渗透，与贡江水位有水力联系，水位随季节性变化较大。 4.4.2 场地填方地基的主要特点 4.4.2.1 填料主要为风化砂岩，岩块强度1525MPa，属较软岩类。 4.4.2.2 填料级配不好，粒径多在0.31.5m左右，填料之间空隙很大，在分层回填时，又采用了抛填方法，虽然进行了分层碾压处理，但在每层的上部，大的粒径略有破碎，但是下部仍以大粒径为主。 4.4.2.3 填料岩石为易风化岩，在地基的长期使用中，在地下水的渗透、冲刷、风化作用下，有可能造成地基塌陷和大的沉降。 4.4.2.4 场区填土厚度在48m间，由西向东，填土厚度由4m向8m逐渐变化，最大回填厚度9m。 4.4.3 地基处理方案的选择 4.4.3.1 桩基 在地基处理方案选择中曾考虑桩基。以中风化砾砂层作为桩端持力层，但填土下部即为地下水，桩基成孔应采用泥浆护壁和湿作业法。但由于填土中大孔隙的存在，会造成泥浆渗漏、流失，使成孔无法进行。因此，桩基方案并不可行。 4.4.3.2 灌浆处理 此种方案可行，但大面积的注浆，费用高昂，也不宜采用。 4.4.3.3 强夯方案 此种方案，在这样大块石、大空隙的情况下处理效果如何，国内尚无先例。 4.4.4强夯处理大块石高填方地基的依据 建设部2004年第218号公告，关于发布建设部推广应用和限制禁止使用技术的公告中将“强夯法处理大块石高填方地基”列为推广应用新技术。其主要技术性能及特点为适用于填料粒径大（最大可达800mm）的高填方地层分层强夯处理。与碾压法相比，可减少填料破碎和分层铺填费用，分层回填的厚度可达4m，可降低造价、缩短工期，在山区和丘陵地区有广泛的应用前景。其适用范围为大面积、大块石高填方地基，如开山填谷、开山填海、西部机场和道路的高填方工程。 近年来，在我国沿海地区开山填海地基如大连港、洋山港；机场工程如九寨沟机场、攀枝花机场；开山填谷如贵州黔东电厂、发耳电厂等。都是很成功的应用实例。 4.4.4.1 大块石填方地基、高填方地基的分类 1 填石挤淤地基 这类情况一般发生在填海地基、软土抛石挤淤后强夯地基，这类情况可不考虑填料的级配问题，大块石抛填软土，粒径间空隙完全被软土充填，通过强夯加固，使软土排水固结，大块石形成地基骨架。 2 土夹石地基 如果填料级配适宜，粒间间隙被土充填。 3 开山石料回填地基 可分为两种情况 一种为大小颗粒混杂，级配良好，经强夯后，靠填料的良好级配形成密实地基。 另一种情况为级配不良，回填时，大粒径块石堆填，颗粒间空隙很大，经强夯后粒间接触紧密，犬牙交错，强度很高。但这种情况也应分为两种情况 当石料为硬岩、不易风化岩时，可以认为其长期强度和稳定性可保持；如为软岩和易风化岩时，如强夯时不能将其完全破碎和压密，则随着时间的延续，岩石风化和地下水的渗漏、冲刷，则地基可能发生大的变形和塌陷，造成地基失效。 处理这类地基就必须考虑将大粒径颗粒完全击碎，至少应该是下层完全被挤入原土基，上部架空颗粒被完全击碎。本文所述工程实例主要是探讨强夯加固这类地基土的实际效果，关键是强夯后破碎层的处理厚度。 4.4.5强夯工程试验 为了获得可靠的处理依据和准确的强夯施工参数，进行了强夯工程试验。 4.4.5.1 强夯试验区的选择 强夯干煤棚区填土层48m，强夯选择填土较深处，试验分两个区，一个区采用普通强夯，夯击能为4000kNm，另一个为高能级夯区，夯击能为8000kNm，试验和检测两种夯击能的加固效果深度范围。 试验夯区的强夯主要施工要点按以下要求 试夯夯点位置按照单墩承载力的特征值≥800kPa布置夯点，基础外围适当布置扩夯点。 两试验区的面积都为28.828.8m，夯点间距为7.27.2m正方形布置中间加一点。夯击能级8000kNm试验区，共分三遍夯击点夯、复夯、满夯，点夯单击夯击能为8000kNm、复夯单击夯击能为4000kNm、满夯单击夯击能为2000kNm；夯击能级4000kNm试验区，共分两遍夯击点夯夯击能为4000kNm、满夯夯击能为2000kNm。 图3.1 试验区夯点布置图 4.4.5.2 强夯试验检测效果 1 强夯有效加固深度的处理标准 根据本场地的强夯加固土层主要为①素填土层的中等强风化岩块夹全风化的原岩颗粒，处理标准为岩块完全破碎，土层中无空隙，呈中密密实状态的土层深度。 2 检测方法 主要检测手段为探槽。 3 加固效果 （1）8000kNm强夯区 夯点处有效加固深度5.7m（以起夯面为基准），夯间有效加固深度为4.2m。 （2）4000kNm强夯区 夯点处有效加固深度4.5m（以起夯面为基准），夯间有效加固深度为3.9m。 4.4.6地基加固方案 根据强夯的试夯结果，对煤场中间部位及东部滚轮机等构筑物基础采用分层强夯处理的方法。 基础建筑物基础地段厚度大于有效加固深度的填土层采用分层强夯。第一层强夯能级为8000kNm，第二层西面滚轮机基础强夯能级为6000kNm（填土厚度6m区域），中间及东部滚轮机基础强夯能级为8000kNm（填土厚度8m区域），煤堆区考虑其为煤场地，对沉降不敏感，同时由于其它区域第一层强夯时，处理范围外扩，本区实际的处理范围已不多，故采用单层强夯。强夯能级为4000kNm（填土厚度4m8m区域）。 4.4.7地基强夯效果检测 地基强夯效果采用地基平板载荷试验和重型动力触探检测。根据检测结果第一层中间滚轮机基础局部、东面滚轮机基础及干煤棚基础位置经强夯后检测结果，地基承载力fak≥220kPa。第二层西面滚轮机基础位置经强夯后检测结果，地基承载力fak200kPa; 中间滚轮机基础和东面滚轮机基础位置经强夯后检测结果，地基承载力fak≥240kPa;，堆煤区域位置经强夯后检测结果，地基承载力fak≥240kPa。 4.4.8小结 1 强夯法处理块石砂岩填方地基的处理深度，应以架空颗粒破碎、架空孔隙的消除为标准。 2 本工程根据填土的厚度不同、场地不同部位的设计要求不同，采用了不同能级的分层处理方法，效果良好。 3 本例工程说明，对易风化块石填方地基，在填方时，应认真控制填料级配，采用合适的堆填方法，减小地基处理的难度。