孟凡利

【摘 要】深层柱锤强夯工法主要特征是利用高锤底静接地压力的柱型锤，在形成的夯孔内夯击，人为地降低起夯面，用较小能量达到增大加固深度的效果。通过两例工程实践证明，该工法具有加固深度大、效果好、工程造价低、振动影响小、适用范围广等突出特点。

【关键词】深层柱锤强夯；柱锤；地基承载力

0 前言

强夯加固深度的大小与被加固地基土的性质、夯遍（次）数、夯间距等参数有关，但主要影响加固深度的是单击夯击能。实践表明，当单击夯击能量确定并达到饱和后，随着夯击次数或夯遍数的增加而加固深度不再增加。当工程中受到设备能力或施工环境的限制不可能提高夯击能量，而又要求达到较大的加固深度时，可采用柱状夯锤在夯孔内通过反复填料夯击，以高动能、超压强、强挤密的机理对深部地基土进行加固处理。该方法的主要特点是：人为地降低了（在夯孔内）起夯面，达到了增大加固深度的效果。

1 柱锤深层强夯的加固原理

普通强夯工艺所采用夯锤的锤底静接地压力一般为25～40kPa，当材质为铸钢时呈扁平状。设想缩小夯锤直径使夯锤的外形特征呈柱状，其夯锤高度≥夯锤直径。这种柱形夯锤的静压力可达到100～200 kPa，是普通强夯锤锤底静接地压力的4～5倍。用这种夯锤夯击时的贯入效应比较大、有聚能作用。柱锤强夯工法的加固过程分3个步骤完成。

第一步是夯击成孔：在单击夯能作用下，锤下土体被压缩，同时产生以锤底边缘为界限的应力扩散泡，在夯锤周围侧面产生很大的动态被动压力，土体同时受到向下和四周的挤压，连续夯击时可形成4～5 m深的夯孔，使夯孔周围及下部土得到第一阶段的挤密加固。第二步是加固深部土体：向夯孔内填料（碎石或土），其高度不超过1.5倍孔径，然后再夯击填料，在高压强的重锤冲击作用下填料向下及四周挤压形成高压缩区，如此反复夯填、控制最终锤击贯入度达到饱和夯击次数，使地基土深部形成葫芦状的强压密区，对深部地基土进行挤密加固。第三步是处理夯孔：向夯孔内分次填料并夯击使其密实，在夯实孔内填料的同时夯孔周围的土得到进一步挤密。

2 深层柱锤强夯加固试验及应用

工程实例

1）工程地质概况

济南钢铁集团钢城新苑住宅小区位于历城区飞跃大道与凤鸣路交汇处的西北角。拟建场区地貌单元属山前冲洪积扇前沿，原为耕地，地势基本平坦。根据工程地质勘察报告，主要持力层为黄土状粉质粘土，该层场区普遍分布，厚度4.80～6.40m，平均5.99m；层底标高为49.41～53.32m。黄褐色～褐黄色，可塑，湿～饱和，含铁锰氧化物、钙质条纹及小姜石，见虫孔及垂直节理。平均含水量ω=22.4%，天然重度Υ=18.8kN/m3，孔隙比e=0.736，塑性指数Ip=11.5，液性指数IL=0.51。饱和度Sr=83%，压缩模量Es=5.11MPa。湿陷系数最大为0.54，平均δs=0.012。标贯击数N=6.3，地基承载力特征值fak=150kPa。下卧层的粉质粘土呈褐黄色，可塑～硬塑，湿～饱和，场区普遍分布，揭露厚度为2.3～9.5m，平均6.67m；标贯击数N=9.4，地基承载力特征值fak=180kPa，压缩模量Es=5.88MPa，各项指标均好于上层湿陷性黄土。整个住宅小区规化11层小高层住宅楼47栋，17层高层住宅楼12栋。拟建面积约66.5万平方平。为验证孔内柱锤深层强夯效果，以东区的8#高层住宅楼为例进行了加固试验。该楼高17层、地下一层，设计要求处理后地基承载力特征值满足280kPa，消除持力层的湿陷性，置换深度要求穿透湿陷性黄土层达到下卧层的粉质粘土。

2）施工方案

根据东区8#楼地基的各项物理力学指标，地基土含水量偏高，液性指数IL值大于0.4，接近或达到饱和状态。对于这种土质采用普通强夯工艺夯击时会发生液化、短时间内孔隙水压力不易消散，夯后地基承载力很难达到要求。采用深层柱锤强夯工法，向夯孔内填入碎石置换，使形成的置换墩与墩间土组成复合地基，则是很容易达到加固设计要求的。对8#楼的地基加固采用6000kN.m能量，夯锤质量25t、直径1.5m，按正方形3.2m的间距布置夯点，面积置换率约23%。采取隔行两遍点夯工艺施工。根据面积置换率和置换深度的估算，开挖基坑至设计基底以下1.4m，然后回填2.4m厚的碎石为夯前高程。具体施工过程如下：

首先在夯点位置夯出约4.0m的深孔，向孔内填入高度不超过1.5m的碎石后再夯。反复夯填，控制最后两击平均贯入度不大于20cm。当总夯击次数达到15击，而贯入度不能满足要求时应增加锤击数。深孔内夯击完成后用填料填满夯孔，再夯2击。第一、二遍点夯完成后再用2000kN.m能量满夯，每点夯击3～4击。压1/4锤印。夯击过程中发现有墩间土击穿垫层出露到地面的现象，将其挖除运走后又补充了部分碎石料。

3）加固效果检测

东区8#楼夯后检测采用了浅层静载荷板、重型动力触探和土工试验三种方法。检测标准方法遵循有关规范，最终提岀夯后复合地基强度，置换墩深度及下部粉质粘土的物理力学指标。

①浅层静载荷板试验：在置换墩上和墩间土各布置三个测点，采用与置换墩同直径1.5m的载荷板。各试验点分8级加载，第一级为140kPa，以后每级增量为140kPa，三试验点的最大荷载均加至 1260 kPa即终止。根据试验资料，绘制地基静荷载试验P～S曲线，三个试验点沉降均稳定，P～S曲线变化平缓，没有出现比例界限，最大沉降量达到125mm，可取平均值530kPa为置换墩承载力特征值。墩间土选用0.5m2的载荷板，试验结果表明墩间土平均特征值可取215kPa。按面积置换率0.23计算，加固后地基承载力特征值可满足280kPa要求。

②动力触探试验：在九个置换墩上和三个墩间布置了重型动力触探。检测深度贯穿整个碎石墩。从探测结果看置换墩的一般击数为17.66～35.76击，说明置换墩体结构密实，置换墩的深度达到4.6m以上。墩下粉质粘土的动探击数为10.6～18.5击，在检测深度7m以内，其承载力特征值不低于250kPa。满足了工程对下卧层强度设计要求。

③土工试验：从墩间土和置换墩下取土样经室内土工试验，第二层湿陷性黄土的湿陷性全部消除。

3 结语

当夯击能量受到施工设备或施工环境限制，而又需要达到较大的加固深度时，采用深层柱锤强夯工法以相对较低的单击夯击能量，可达到提高处理深度的目的。通过上述两个工程实例表明，当利用场区表层土作为充填料回填夯孔时，由于夯点与夯间的土质相同，而夯后检测时的加固效果差别不明显。但是当用碎石填料进行孔内深层处理和对上部夯孔进行夯填处理时，实际上是采用了强夯置换的方法，这使得在地基土中形成超密实的碎石墩体，碎石墩的竖向应力远远大于墩间土，从而形成复合地基使地基承载力大幅度提高，可广泛用于加固饱和软粘土地基。深层柱锤强夯工法还有一个比较突出的优点，就是能明显减小对周围环境的震动影响。深层柱锤强夯工法具有加固深度大、效果好，适用范围广、可处理各种类型的饱和及非饱和的软土地基。可避免使用大型强夯设备，即降低了工程造价，同时也降低了振动影响，推广应用前景广泛。

[责任编辑：丁艳]