李大浪，蔡飛，劉獻剛，徐升才，左菊林，黃恒平

（1.中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031；2.江西中恒建設集團特種軟基公司，江西南昌 330052）

組合錘法在填谷造地的地基處理中的應用

李大浪1，蔡飛1，劉獻剛2，徐升才2，左菊林1，黃恒平1

（1.中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031；2.江西中恒建設集團特種軟基公司，江西南昌 330052）

為了解決由丘陵山區(qū)填谷造地形成的工業(yè)建設場地,場地回填面積大、填土厚而且不均勻的難題,在福建紫金銅業(yè)建設場地中采用組合錘法地基處理技術,處理后的地基滿足建構筑物承載力和沉降控制設計要求,經濟效益顯著,實現(xiàn)了地基處理和基礎設計的完美結合,為填谷造地場地的地基處理提供了一種高效、低碳、節(jié)能、環(huán)保的方法。

填谷造地;地基處理;組合錘;節(jié)能環(huán)保；沉降控制

0 引言

隨著國家經濟的持續(xù)高速發(fā)展,建設用地緊張問題日益突出,使用丘陵山區(qū)“填谷造地”成為解決用地問題的有效方法之一。但目前填谷造地存在著回填時間短、無法分層回填、土質松散、均勻性差、回填的厚度差異大的問題,如果不進行場地處理,無法作為建設場地使用。然而,在國內場地處理技術仍是一大難題[1],且由于巖土工程和結構工程分屬兩個學科,場地處理和基礎設計往往脫節(jié),因此,場地處理后的基礎形式選用如何與場地處理相結合，如何采用節(jié)能處理方案,加快處理速度并降低處理成本,是今后場地地基處理的關鍵,也是建筑產業(yè)低碳化的發(fā)展趨勢。目前,國內外強夯關鍵技術主要集中在填海造地大能級的強夯技術研究和灘涂飽和復合地基的強夯技術研究上[2-3],而對山區(qū)根據土方平衡產生的高填方地基采用強夯技術的研究較少。本文擬以某典型的“填谷造地”建設場地為例,對在該場地上采取的組合錘法地基處理技術進行論述,以供類似工程參考。

1 組合錘法地基處理技術

1.1 組合錘法地基處理技術的概念

組合錘法地基處理技術是采用柱錘、中錘與扁錘分別對地基土深層、中層和表層進行不斷夯擊，破壞原來土體中固相顆粒的組合結構，進行結構重組，迫使土體中固相顆粒緊密排列，擠出氣相體，形成排水通道，同時迫使液相水壓力產生由穩(wěn)定—產生孔隙水壓力—再穩(wěn)定的變化過程，從而達到對地基土進行加固的最終目的。通過反復夯擊，這些被加固的増強體和周圍的土體的抗壓及抗剪強度能得到迅速提高，才能共同承擔基礎傳遞的荷載，形成組合錘法復合地基[4]。

1.2 技術的由來和特點

組合錘法地基處理技術可以理解為以強夯法[5]為主體，綜合了強夯、強夯置換、柔性樁等地基處理技術的優(yōu)點的一種新型地基處理技術。

強夯技術涉及建筑工程、電力、冶金、港口等建設行業(yè)，幾乎地基處理有關的工程實例的論著都能見到強夯工程案例的描述。但如何有效應用仍然是個難題。這是由于，一般規(guī)范和工程應用手冊只注重強夯能級和夯擊次數。這也是目前工程預算定價的指標。強夯能級劃分為：1)低能級，＜4 000 kNm；2)中等能級，4 000~6 000 kNm；3)高能級，6 000~8 000 kNm；4)超高能級，＞8 000 kNm。通常設計上只能用調節(jié)夯錘的提升高度來調節(jié)夯擊能，以最大夯能確定最大加固深度。相關規(guī)范中都采用的都是L. Menard公式，即通過加固深度與夯擊能的平方根成正比進行估算。這也意味著處理深度越大，能級需要越高，同時施工設備增大，工程造價也隨之迅速提高。且在實際實施過程中，由于相應的施工設備較少，甚至需要與之配套的高性能專用強夯機，導致工程受設備因素的影響滿足不了進度的要求。

組合錘法則是運用改變夯能在土體中的傳播方式，以改變夯錘形狀（底面積）在相同的夯擊能下獲得不同的錘底凈壓力值，實現(xiàn)相同能級處理不同深度的效果。運用柱錘處理深部、中錘處理中部、扁錘處理表層的創(chuàng)新思路，以3 000 kNm以下低能級的強夯設備，達到6 000 kNm以上高能級的強夯設備的效果，實現(xiàn)了高效、低碳、經濟的處理成效。

1.3 技術優(yōu)勢

填谷造地一般需要處理的場地面積大，處理深度變化大，組合錘法能使用低能級的強夯設備，同時保證厚度不同的地基處理效果，經濟性優(yōu)勢顯著。低能級的強夯設備市場上保有量大，易于短時間內調集到現(xiàn)場同時施工，保證施工進度，加強施工速度，同樣可為建設方帶來可觀的財務效益。

2 工程應用實例

2.1 工程概況

紫金銅業(yè)200 kt/a銅冶煉項目位于福建龍巖上杭縣蛟洋鄉(xiāng)坪埔工業(yè)開發(fā)區(qū)，2010年開始動工新建。建設場地是將丘陵地區(qū)的山頭推平，填充山谷，形成平地，屬典型的“填谷造地”(圖1）。填土厚度范圍是0~21 m,均為新近填土,松散狀、土質較均勻,含砂粘土。

圖1 場地回填中

2.2 地基處理方案的討論

業(yè)主根據福建當地的習慣做法，擬采用碎石樁處理填方區(qū)的廠房地基、構筑物地基及道路地基，還不包括含有大量管道的中間地帶，地基處理投資估算超過億元人民幣。對業(yè)主提供的方案進行評估后認為，由于該場地填土過于松散、填土底面是斜面，且填土厚度變化太大，作為散體材料組成的碎石樁，無法抵抗土體固結沉降時的向下側滑，無法實現(xiàn)整個場地填土區(qū)域地基處理。另一方面，場地仍然存在大量松散土體，相當于碎石樁無側限，給今后的使用留下巨大的隱患。而若僅是采取強夯法，面對深達21 m的回填土，業(yè)主評估認為既不可行，也不經濟。經多次與業(yè)主及其顧問的溝通，業(yè)主同意用組合錘法進行試驗性施工。經過試驗及檢測，試夯區(qū)各項指標達到設計要求，最終確定按組合錘法進行全面地基處理。

2.3 組合錘法的應用

1)方案的確定。經過反復討論和試驗評估,場地處理結合場地上的建構筑物的重要性和對地基沉降的敏感性，制定了采用組合錘法地基處理技術和鉆孔灌注樁相結合的基礎設計方案。其優(yōu)點在于組合錘法地基處理技術有效影響深度控制在15 m以內,地基承載力達到150 kPa,可滿足大部分建構筑的承載力和沉降要求,單點夯擊能,即柱錘動當量可控制在1 400 kJ/m2,大部分設備可以使用,效率大大提高,施工費用較低,而且有大量類似工程實例作為參考，確保工程質量。對于部分荷載大而且對沉降敏感的建構筑物采用鉆孔灌注樁基礎,樁端穿過原始斜面地表,進入巖層,做到安全可靠,無后期沉降。

2)實施過程[4]。本工程采用組合錘法地基處理技術的組合錘法復合地基超深擠密法施工，主要施工工序如下：(1)第一工序采用柱錘深層擠密,第1次施打夯坑深度宜控制在5.0 m以內,第2次施打夯坑深度宜控制在3.0 m以內。柱錘點夯1～2次,柱錘施工見圖2、圖3。(2)第二工序采用中錘進行中層擠密,夯坑深度宜控制在1.5 m以內。采用中錘夯擊1～2次,中錘施工見圖4。(3)第三工序采用扁錘進行淺層擠密夯實,夯坑深度宜控制在0.5 m內;采用扁錘低能量滿夯2次。每次的夯擊數及停夯標準均應按試夯區(qū)核定的各項施工參數要求確定。(4)最后進行全場地滿夯,第1次采用較大夯擊能連續(xù)二擊,第2次夯印搭接應在1/3錘徑以上。

圖2 第一工序的柱錘起吊

圖3 第一工序的柱錘夯坑

圖4 第二工序的中錘施工

組合錘法復合地基的停錘標準應同時滿足下列條件：(1)夯坑周圍地面不應有過大的隆起，不因夯坑過深而造成提錘因難;(2)應根據土質情況及承載力要求適當調整停錘條件，當柱錘最后兩夯的平均夯沉量為200(±40)mm、中錘為100(±20)mm時可停錘; (3)累計夯沉量應為墩體置換深度的1.5～2.0倍。

3)復合地基竣工驗收檢驗。(1)承載力和變形模量檢測應采用現(xiàn)場靜載荷試驗。承載力檢驗應采用單墩載荷試驗檢驗。對飽和粉土地基,可用單墩復合地基載荷試驗代替單墩荷載試驗。(2)夯實墩底情況和密度隨深度的變化情況,即不同區(qū)段被處理土層每延米的擊數可采用動力觸探等有效方法查明。驗收檢驗現(xiàn)場見圖5,驗收檢驗結果見圖6。

圖5 驗收檢驗現(xiàn)場

圖6 驗收檢驗結果

3 結語

紫金銅業(yè)項目是典型的南方丘陵地帶填谷造地的地基處理案例,總處理面積達4.2×106m2。檢測結果承載力均超過設計要求150 kPa,處理完成后重新勘察,標貫擊數大幅提高,上層0.5~5 m達到10~20擊，15 m以下3~5擊,符合地基附加應力衰減的規(guī)律,場地沉降得到有效控制。工程2011年6月投產,使用狀況良好,達到了預期效果,得到了業(yè)主的好評。組合錘法地基處理技術的成功應用,使地基處理費用比原方案估算節(jié)省70%,經濟效益顯著,避免了大量石材的采購和運輸,對周邊環(huán)境保護取得了很好的效果,社會效益顯著。隨著組合錘法規(guī)范的頒布實施,該項技術更加具有廣闊的使用空間。

[1]潘東岳,李小毛,李大浪.柱錘強夯置換在塊石填土地基處理中的應用[J].有色冶金設計與研究,2012(3):33-35.

[2]王鐵宏.新編全國重大工程項目地基處理工程實錄[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[3]劉國軍.強夯法在填海造地工程中的試驗研究[J].土工基礎，2008 (3):8-10,18.

[4]JGJ/T 290-2012,組合錘法地基處理技術規(guī)程[S].

[5]住房與城鄉(xiāng)建設部工程質量安全監(jiān)管司,中國建筑標準設計研究院.2009全國民用建筑工程設計技術措施結構(地基與基礎) [M].北京:中國計劃出版社,2010.

Application of Combined Hammering M ethod in the G round Foundation Treatment for Valley Filling and Land Reclamation

LI Da-lang1,CAI Fei1,LIU Xian-gang2,XU Sheng-cai2,ZUO Ju-lin1,HUANG Heng-ping1
(1.China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China;2.Special Ruanji Company of Jiangxi Zhongheng Construction Group,Nanchang,Jiangxi 330052,China)

In order to solve the difficulty that the backfilling area of site is large and the filling is thick and non-uniform in the industrial construction site formed by valley filling and land reclamation in the hilly and mountainous area,the foundation treatment technology with combined hammering method is adopted in the construction site of Purple Cooper Industry in Fujian,the foundation after being treated meets the requirements of bearing force for buildings(structures)and settlement control design,with remarkable economic benefit,so as to realize the perfect combination between foundation treatment and foundation design as well as provide a high-efficient,energy-saving and environment-friendly method for foundation treatment of valley filling and land reclamation site.

valley filling and land reclaiming;ground foundation treatment;combined hammer;energy saving and environmental protection;settling control

TU472

B

1004-4345(2014)02-0037-03

2014-01-04

李大浪(1967—),男，教授級高級工程師，主要從事結構工程設計與研究工作。