東莞市南開大學附中實驗學校地基強夯處理工程總結(jié)

東莞市南開大學附中實驗學校地基強夯處理工程

施工總結(jié)目錄

一、工程概況

二、方案的可行性分析及強夯法加固處理的特點三、強夯法加固地基的原理四、強夯法在本工程中的應用五、結(jié)論東莞市南開大學附中實驗學校地基強夯處理工程

施工總結(jié)

一、工程概況1、概述

擬建東莞市南開大學附中實驗學校（一期工程）地處東莞市東城區(qū)水濂山。擬建建筑物為（A區(qū)）小學部、（B區(qū)）中學部、（C區(qū)）綜合樓、（D區(qū)）體育館、（G區(qū)）主入口大門、（H區(qū)）田徑場及看臺，以及各區(qū)相應的附屬構(gòu)筑物。擬建建筑物均為多層建筑。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件，結(jié)合工程的規(guī)模和特征、場地和地基的復雜程度等判斷：工程重要性等級為二級，場地等級為二級，地基等級為二級。

建筑場地占地面積約12.5萬平方米，原始地貌單元屬為低山丘陵地貌單元與沖溝微地貌單元，經(jīng)人工堆填，形成較深厚的欠固結(jié)填土，填土厚度0～10米，地基承載力及沉降指標不能滿足設計要求，需對地基進行處理，需處理的地基面積約5.9萬平方米。

2、場地巖土工程條件2.1地層劃分

場地地層為素填土層、坡洪積層、坡積層、殘積層，下伏基巖為花崗巖，各巖土層分布情況如下：

（1）填土層（Qml）：揭露土性為素填土，土質(zhì)松散，稍濕，成分為粘性素填土。

（2）坡洪積層（Qdl+pl）：

a．含砂粉質(zhì)粘土層：可塑，中等壓縮性，含約20％左右的砂顆粒，屬后期坡積成因，厚度6.10m。

b．中砂層：飽和，稍密，級配良，含約10～15％的粉粘粒，洪積成因。厚度1.0m。

（3）、坡積層（Qdl）：

含砂粉質(zhì)粘土：可塑，含約20％左右的砂顆粒，屬早期坡積成因。厚度0.50～8.90m，平均2.59m，中等壓縮性，中等強度。

（5）、殘積層（Qel）：

砂質(zhì)粘性土層：飽和，硬塑，殘疾成因，主要由粘土礦物粉粘粒組成，含15～30％左右砂粒，局部夾風化石英角礫，粘性較弱，土芯手捏易散，浸水易崩解、軟化。厚度0.70～13.8m，平均4.89m，中等壓縮性，中等強度。

（6）、基巖：略。2.2土層物理力學性質(zhì)指標

根據(jù)勘察報告土工實驗結(jié)果，地基原始土層物理力學性質(zhì)指標如下：

承載力特征層序12-12-234土層值fak（kPa）ES（MPa）素填土含砂粉質(zhì)粘土中砂含砂粉質(zhì)粘土砂質(zhì)粘性土100201*80201*502.013201*25（KPa）15333538ф（度）1018321819.5壓縮模量凝聚力C內(nèi)摩擦角2.3地下水

場區(qū)地下水上層為孔隙潛水類型，第2-1層中砂受上下不透水層的覆蓋，表現(xiàn)為局部承壓；下層為基巖裂隙水。場地地下水受大氣降水、地表水及地下水體的垂向、橫向滲透補給為主，以蒸發(fā)及向地勢較低處排泄。場地地下水埋藏較深，穩(wěn)定水位埋深4.00～16.50m，平均9.97m，穩(wěn)定水位標高28.10～55.98m，平均40.21m，其穩(wěn)定水位隨地形及季節(jié)性氣候影響而波動。

二、方案的可行性分析及強夯法加固處理的特點

為了確定一種較為經(jīng)濟合理的地基加固方案，根據(jù)地質(zhì)情況及本場地的特點，可以比較二種方案：

1、樁基礎方案（預應力管樁及挖孔樁）

首先，對于道路、球場、場平回填土區(qū)域不宜采用樁基礎，多層建筑采用樁基很不經(jīng)濟；其次，場地填土厚度變化大，有的建筑存在挖填方區(qū)，填方區(qū)的樁基承載力比挖方區(qū)同類樁的承載力顯著降低，回填土濕陷性（自重固結(jié)）造成的負摩阻影響，每根樁約有近一半的樁長不能發(fā)揮作用，浪費較大，工期大幅度延長。因此，不管是否采用樁基礎（包括18層的教師公寓），直接采用樁基礎都不是合理方案。

2、強夯法加固處理方案

強夯法具有經(jīng)濟易行、效果顯著、設備簡單、施工便捷、質(zhì)量容易控制、適應范圍廣、節(jié)省材料、施工周期短等特點，特別適用于場地極不均勻（填土厚度變化大、存在挖填方、建筑物變化大）的大面積地基處理。

(1)適用場地內(nèi)砂性土、粘性土、大塊碎石類土、風化巖石組成的人工填土，對挖山回填的填料不必限制（除了采用樁基礎的18層教師公寓需回填素土外）。

（2）應用范圍廣泛：小學部、中學部、綜合樓、體育館、田徑場，附屬構(gòu)筑物等多層建筑物和小型建筑物、采用樁基礎的教師公寓、道路、擋土墻地基、綠化帶均可采用強夯法加固處理填土地基，不至于產(chǎn)生過大的沉降和顯著的不均勻沉降。

（3）加固效果顯著：地基經(jīng)強夯處理后，可明顯提高地基承載力、壓縮模量、增加干容重，減少孔隙比，降低壓縮系數(shù)，增加場地均勻性，消除濕陷性。該場地地基經(jīng)強夯加固處理后，均可在夯后投入使用。

（4）有效加固深度：采用3000～5000kNm能級強夯處理深度可達6～10m。

（5）施工機具簡單：強夯機主要為履帶式起重機，加上自動脫鉤裝置。

（6）節(jié)省材料：一般的強夯處理只是在土面上施以能量，無需添加建筑材料，從而節(jié)約了建筑材料的購置、運輸、打入地下的施工費用，大大縮短施工周期。當有特殊要求（如同一樓房出現(xiàn)挖填方等極不均勻情況）時，也可就地取材采用回填塊石，其加固效果比單一工藝好得多。

（7）節(jié)省工程造價：由于強夯無需建筑材料，除消耗油料外，沒有其它消耗，因此工藝價格低廉。教師公寓強夯后采用樁基，可使樁的承載力顯著提高，樁的受力性能明顯改善，主要是顯著增加了樁的側(cè)摩阻力和地基的水平剛度，具有明顯的經(jīng)濟效益。

（8）施工快捷：強夯工藝施工周期最短，特別是對本場地粗顆粒非飽和土的強夯，周期更短，與其它方案比較更為快捷，間接經(jīng)濟效益更為顯著，時間效益更為凸顯。

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東莞市南大附中實驗學校山區(qū)非均勻回填土強夯處理實例

曾慶1劉小平2

（1.東莞市中信世紀城教育科技開發(fā)有限公司2.深圳市勘察測繪院有限公司）

【摘要】本文通過山區(qū)開挖整平形成的回填土地基采用強夯處理的應用實例，

分析非均勻回填土的特點及強夯處理方法，采取了換填塊石強夯后作為較高的多層建筑天然地基，對柱基布置點夯點進行強夯處理，以及對邊坡填土的處理，可為類似工程提供經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)非均勻填土，塊石換填，邊坡填土，強夯，檢測

1、工程概況

新建的東莞市南開大學附中實驗學校（一期工程）地處東莞市東城區(qū)水濂山。建筑物為（A區(qū)）小學部、（B區(qū)）中學部、（C區(qū)）綜合樓、（D區(qū)）體育館、（E區(qū)）學生公寓及食堂、（F區(qū)）教師公寓、（G區(qū)）主入口大門、（H區(qū)）田徑場及看臺，以及各區(qū)相應的附屬構(gòu)筑物。建筑物均為多層建筑。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件，結(jié)合工程的規(guī)模和特征、場地和地基的復雜程度等判斷：工程重要性等級為二級，場地等級為二級，地基等級為二級。

建筑場地占地面積約12.5萬平方米，原始地貌單元屬為低山丘陵地貌單元與沖溝微地貌單元，經(jīng)人工堆填，形成較深厚的很不均勻的欠固結(jié)填土，填土厚度0～10米，回填土的承載力特征值fak為100kPa，壓縮模量Es為2.0MPa，地基承載力及沉降指標不能滿足設計要求，需對地基進行處理，需處理的地基面積約5.9萬平方米。

除18層的教師公寓采用預應力管樁基礎外，其余多層建筑物經(jīng)強夯后均采用獨立柱基。設計要求建筑物及道路地基經(jīng)強夯處理后地基承載力特征值fak≥200kPa，地基變形模量Eo≥10MPa；場坪地基經(jīng)強夯處理后地基承載力特征值fak≥150kPa，地基變形模量Eo≥8MPa。

2、地基處理方案確定隨著越來越多的學校、住宅小區(qū)興建在城郊的丘陵山區(qū)，山區(qū)填土地基處理的研究越來越顯得有意義。

（1）樁基。對于道路、球場、場平回填土區(qū)域不宜采用樁基礎，多層建筑采用樁基很不經(jīng)濟。由于山區(qū)開挖形成的回填土多為土、風化巖石混填，顆粒及填土厚度都極不均勻，在地質(zhì)上屬強破碎復雜地層。在原始山坡上回填土厚度差達十幾米，加上樁持力層起伏變化大，樁的長短變化太大，短的甚至不能稱為樁，填土中存在塊石及樁長變化大使鉆孔、沖孔灌注樁及管樁施工困難，成本過高；填方區(qū)與挖方區(qū)及不同填土厚度區(qū)域的樁的承載力相差較大，特別是填土負摩阻力影響較大，可能造成一根樁約有一半的樁長不能發(fā)揮作用，浪費很大，工期大幅度延長。所以直接采用樁基礎方案并不合理。

（2）分層碾壓。建筑物依山而建，場地挖山填成不同標高的臺地，填土較厚，分層碾壓工期很長費用較大。要在不同標高的平臺上碾壓，施工有一定的難度。挖填方交界及邊坡死角較多，難以保證壓實質(zhì)量。大面積開挖回填，且混有塊石，分層厚度難以控制，也無法確保碾壓質(zhì)量。

（3）強夯法�；靥钔翉姾患庸毯螅�地基承載力從100kPa提高到200kPa左右，與其它地基處理方案（擠密碎石樁復合地基）、分層碾壓和樁基方案相比，大大節(jié)省投資，一般可比樁基節(jié)省達40％以上，樁基最貴，強夯法最省。強夯法又可大大縮短工期，這正是該學校最關(guān)心的，以使得第二年9月能開學。強夯法具有經(jīng)濟易行、效果顯著、設備簡單、施

工便捷、質(zhì)量容易控制、適應范圍廣、節(jié)省材料、施工周期短等特點，特別適用于場地極不均勻（填土厚度變化大、存在挖填方、建筑物變化大）的大面積地基處理。

①適用場地內(nèi)砂性土、粘性土、大塊碎石類土、風化巖石組成的人工填土，對挖山回填的填料不必限制（除了采用樁基礎的18層教師公寓需回填素土外）。

②應用范圍廣泛：小學部、中學部、綜合樓、體育館、田徑場，附屬構(gòu)筑物等多層建筑物和小型建筑物、采用樁基礎的教師公寓、道路、擋土墻地基、地坪、綠化帶均可采用強夯法加固處理填土地基，不至于產(chǎn)生過大的沉降和顯著的不均勻沉降。

③加固效果顯著：地基經(jīng)強夯處理后，可明顯提高地基承載力、壓縮模量、增加干容重，減少孔隙比，降低壓縮系數(shù)，增加場地均勻性，消除濕陷性。該場地地基經(jīng)強夯加固處理后，均可在夯后投入使用。

④有效加固深度：采用3000～5000kNm能級強夯處理深度可達6～10m。⑤施工機具簡單：強夯機主要為履帶式起重機，加上自動脫鉤裝置。

⑥節(jié)省材料：一般的強夯處理只是在土面上施以能量，無需添加建筑材料，從而節(jié)約了建筑材料的購置、運輸、打入地下的施工費用，大大縮短施工周期。當有特殊要求（如同一樓房出現(xiàn)挖填方等極不均勻情況）時，也可就地取材采用回填塊石，其加固效果比單一工藝好得多。

⑦節(jié)省工程造價：由于強夯無需建筑材料，除消耗油料外，沒有其它消耗，因此工藝價格低廉。教師公寓強夯后采用樁基，可使樁的承載力顯著提高，樁的受力性能明顯改善，主要是顯著增加了樁的側(cè)摩阻力和地基的水平剛度，具有明顯的經(jīng)濟效益。

⑧施工快捷：強夯工藝施工周期最短，特別是對本場地粗顆粒非飽和土的強夯，周期更短，與其它方案比較更為快捷，間接經(jīng)濟效益更為顯著，時間效益更為凸顯。

但對于18層教師公寓，承載力要求高，宜采用管樁基礎。由于設計安排在山腳下較平坦的場地，填土厚度5～9m較為均勻，而且控制回填土填料不要有塊石，適合樁基施工。但樁基施工前，同樣應對該回填土進行強夯處理，不但解決了地下管線和地面沉降問題，而且可消除樁的負摩阻和減短樁長。

經(jīng)上述方案對比研究后，確定采用強夯法對地基加固，然后進行鋼筋混凝土淺埋基礎施工。

3、強夯設計及施工要點（1）強夯分區(qū)

由于場地圍繞山頭開挖回填而成，填土厚度變化大，設計根據(jù)強夯處理的技術(shù)要求和山丘的原始地形圖，參照現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范及山區(qū)非均勻填土地基強夯實際經(jīng)驗，結(jié)合現(xiàn)有設備能力，經(jīng)綜合分析以有效加固深度目標值統(tǒng)一將場區(qū)按填土和使用要求劃分為5個分區(qū)，見表1。

表1強夯分區(qū)表

分區(qū)填土厚度（m）建筑物及道路地基○1區(qū)≤5○2區(qū)5～84000○3區(qū)>85000場坪地基○4區(qū)≤5201*○5區(qū)>53000點夯單擊能（kN.m）3000（2）強夯其它參數(shù)選定及實施夯擊遍數(shù)及夯點布置:設計采用兩遍點夯一遍滿夯，每遍點夯按4m×8m布置，第二遍為插夯，點夯擊數(shù)以收錘標準控制；滿夯單擊能為1000kNm，錘印搭接1/5～1/3，滿夯2擊。實際施工時對場坪等非重點區(qū)域點夯采用4m×4m布置一次夯成。

間歇時間：相臨兩遍夯擊的間歇時間應根據(jù)孔隙水壓力消散的情況而定。因本工程為圍繞山丘剛回填的土，屬于無地下水粗顆粒土，故可在前一遍夯完后，將土推平，接著隨即連

續(xù)夯擊，不需要間歇。實際施工中，因是分區(qū)流水施工，實際間歇時間為2～3d。

收錘標準：以最后兩擊夯沉量不大于10cm收錘，當發(fā)生夯坑過深而起錘困難時，推平夯坑補夯到收錘。

本場地重點強夯區(qū)域為位于山坡下部或山腳下的6～9層的學生公寓及食堂和1～6層的小學部（其它采用天然地基的建筑區(qū)域位于山頂部位，填土較淺），均具有①～③的強夯分區(qū)。

學生公寓及食堂區(qū)域，對于填土厚度大于5m的建筑范圍采取了在基底下?lián)Q填1.5～2m厚塊石強夯的措施，山丘開挖出來的塊石，屬于就地取材，不會增加什么成本。通過塊石換填，可加大錘底下加固深度，提高地基變形模量。增加的第三遍換填塊石強夯，按4m×4m布置夯點，采用單擊能為4000kNm，以最后兩擊夯沉量5cm收錘。

對于該兩處重點區(qū)域，還針對每個柱基布置點夯點，采用單擊能為4000kNm進行點夯施工，以最后兩擊夯沉量5cm收錘。

本場地同一建筑物同時出現(xiàn)挖填方區(qū)的較少，對出現(xiàn)該情況的局部區(qū)域，我們對填方區(qū)通過換填一定厚度塊石、加大強夯能級的辦法來調(diào)整挖填方之間的不均勻性。

由于圍繞山丘開挖回填的場地形成了不同標高的臺地，從而出現(xiàn)了很多邊坡強夯問題。一般邊坡范圍至少1～2m是無法直接通過強夯加固的，本工程做法是超出設計邊坡線回填一排夯點的距離后進行強夯，加固后再開挖成設計邊坡，使邊坡或擋土墻地基得到有效的加固。

4、強夯效果的檢測和評價為了檢驗強夯的加固效果，強夯后檢測單位對強夯區(qū)域進行了平板載荷試驗和重型圓錐動力觸探試驗。以下分析小學部的平板載荷試驗和動力觸探以及學生公寓的動力觸探試驗結(jié)果。

①平板載荷試驗

2

現(xiàn)場采用1.0×1.0m壓板，慢速維持荷載法，最大試驗荷載為承載力特征值的2倍（400kPa），每級加載為最大試驗荷載的1/8，分8級加荷，壓板埋置深度2.0m，在荷載板上對稱安置四個位移傳感器觀察地基土沉降量及各級荷載相對穩(wěn)定情況。小學部和學生公寓分別布置8個和19個載荷試驗檢測點，以評價夯后地基的承載力。

試驗結(jié)果表明，夯后地基土承載力特征值fak≥200kPa。試驗點沉降量及變形模量見表2和表3：

表2小學部各試驗點沉降量及變形模量

試驗點荷載200kPa時沉降量(mm)荷載400kPa時沉降量(mm)1234567812.834.671.704.7518.873.0512.187.2619.5010.735.6510.3238.245.8523.3613.0833.692.233.08.351.412.921.6荷載200kPa時變形模量(MPa)12.2表3學生公寓各試驗點沉降量及變形模量試驗點200kPa時沉降量(mm)400kPa時沉降量(mm)12.043.6622.486.8963.2122.9233.798.2341.4135.3543.126.9450.3143.8151.823.8586.2153.6965.098.0530.8163.577.4743.974.759.2133.0172.716.1257.986.618.6323.7183.477.7845.292.2211.1670.6193.186.0949.3200kPa時變形模量(MPa)76.9102.916.3553.9113.357.2046.810.5112.4212.527.9353.729.341.242.5

靜載試驗結(jié)果分析表明，經(jīng)強夯加固后的地基，各試驗點的沉降量小、變形模量大，加固效果很好。特別是對于較厚填土區(qū)域已換填塊石的學生公寓，地基比較均勻，加固效果更加明顯。

②重型動力觸探試驗

2

使用100型油壓工程鉆孔，采用重型動力觸探頭，圓錐頭直徑為7.4cm、錘底面積43m，錐角為60°，觸探桿直徑為42cm，穿心錘重63.5kg，自由落距76cm。小學部共均勻布置14個檢測點以評價地基土均勻性，并評價填土的承載力及有效加固深度。

動力觸探指標與地基土承載力關(guān)系見表4。

表4動探N63.5與承載力fak的關(guān)系

N63.523456789101112fak（kPa）1201*0180210240265290320350375400

小學部動探檢測曲線見參考文獻2。動探檢測曲線表明，填土深度范圍均得到有效的加固，所采用的夯擊能是合適的；地基土承載力滿足設計要求，夯實效果較好，3～4m段應是夯實效果最好的深度；強夯后地基土均勻性較好，局部深度回填有風化巖石時出現(xiàn)N63.5突然增大的現(xiàn)象。

5、結(jié)語

通過該工程的實踐可見，山區(qū)開挖回填土采用強夯法是最佳方案，可以加固處理地坪、道路、擋土墻地基、填土邊坡及1～9層的多層建筑地基。強夯加固后的地基滿足設計要求，樓房建成已半年，地基基礎穩(wěn)定正常。特別是就地取材換填塊石強夯，可顯著提高地基的均勻性和變形模量，對于處理同一建筑物存在挖填方，以及多層和小高層的深厚填土地基具有顯著的經(jīng)濟技術(shù)效益。

參考文獻

1、《東莞市南開大學附中實驗學校地基土載荷試驗檢測報告》，揭陽市工程質(zhì)量檢驗測試中心，201*.01.09。2、《東莞市南開大學附中實驗學校重型動力觸探試驗檢測報告》，東莞市東城建筑規(guī)劃設計勘察隊，201*.12.31。

3、廣東省標準《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（DBJ15-38-201*），201*.05.01。

4、王鐵宏，全國重大工程項目地基處理工程實錄，中國建筑工業(yè)出版社，1998。

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