高层建筑地基沉降的强夯施工技术探讨

高层建筑地基沉降的强夯施工技术探讨
刘淑艳
摘要：本文依据某某市拟建高层高密度住宅地基沉降的现状，首先探讨了强夯施工前期处理措施，然后分析了高层建筑地基沉降的强夯施工原则与处理方案，最后提出了相关施工工艺流程技术，希望对我我国高层建筑地基沉降的强夯施工技术推广有所帮助。
关键词：高层建筑；地基沉降；强夯施工
1 工程概况
拟建场地位于某某市Y789-11A地块，拟建高层高密度住宅，场地周边有公路通过，交通较便利。场场区地层主要由上覆第四系全新统耕植土、人工填土、及坡残积粉质粘土组成，下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组砂、泥岩互层组成。周边多为随意性堆填，导致地基有沉降现象。回填年限约5年以上。厚度在5.00m-20.00m之间变化。其该区域现场开挖断面情况反映基本与地勘报告一致，填料平均8m以上级配不佳，且石块较大；8m以下级配较好，比较密实。但该部位现状地貌标高要比设计完成标高平均约高10m。
2 强夯施工前期处理
本工程的场地平整系综合施工过程，主要由土方开挖、运输、填筑、压实等施工过程组成，其中填筑和压实是本工程平场过程中的重点和难点。本工程土方开挖由人工、半机械化、机械化和爆破等数种方法结合进行。本工程属大面积的场地平整，宜采用大型土方机械，如推土机、铲运机和单斗挖土机等进行施工。而深填方区的强夯施工前期处理过程如下：此区域处理时先按上述要求进行清淤，然后分层碾压回填，填料采用土夹石，其中20%-30%为新开挖的坚硬碎块石，块石的最大粒径不宜大于300mm，压实系数应达到0.90-0.92以上，再进行一次性强夯处理。回填时应高出设计地坪标高一定的厚度，该厚度一般为0.5-2米，视夯实土层的厚度和现场试夯的结果而定。待强夯完成后对最上面一层较松散的土进行清除。局部区域需待强夯处理完成后，再进行机械碾压回填或人工回填。强夯处理后要求地基的承载力特征值不小于250kPa，地基土的变形模量不小于20MPa。
3 高层建筑地基沉降的强夯施工原则与处理方案
3.1 加固原则
针对本场地具体情况，特制定地基加固处理的三个原则：有效加固杂填、素填土，确保其强度和变形满足要求；软弱下卧层的承载力和沉降应满足上部结构适用性、安全性和耐久性要求；避免出现连贯的剪切破坏面，保证地基的整体稳定性。
3.2 处理方案
采取置换方式试夯，试夯区满铺土石比为7:3的80cm厚开山填料，平整碾压后进行不同能量级的试夯击。通过试夯情况得出处理方案：在基底铺填一层600mm-800mm厚、土石比7:3、最大粒径≤300mm的开山填料；平整、碾压后进行强夯，要求夯击能3500kN•m；该区域第一遍强夯完成后，进行分层回填碾压，每层回填土厚度不超过0.8米，严格按照设计要求进行施工。回填到设计要求强夯标高时再进行第二次强夯处理，夯击能要求经过试夯后确定。
4 高层建筑地基沉降的强夯施工工艺要求
在该区域强夯区中选择地质情况较差，处理深度最大且有代表性的区域，设置一个强夯试验区。由于场地上部回填土的非均质性以及下部地基土的变异性，工程施工前，仍应进行单点夯试验，对设计参数进行验证。试验方法是分别在夯锤上和夯坑周围地面相互垂直方向埋设观测标识，在夯击过程中，利用水准仪测量每击的夯沉量和地面水平方向、垂直方向的位移，当夯击达到设计夯沉量控制指标后，或地面出现异常隆起时，停止夯击。绘制夯击数和夯沉量关系曲线，计算有效夯实系数，确定强夯收锤控制标准、间歇时间、夯点间距等施工参数，验证强夯处理效果，为工程施工提高依据。
强夯试验时，夯坑周围地面不应发生过大隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难；各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则。
施工顺序：
测量放线→3500kN•m强夯第一遍→3500kN•m强夯第二遍→1300kN•m满夯→平整碾压→检测验收
4.1 机组及人员配置
点夯夯击能3500kN•m，夯锤重量25t，起吊高度14m；满夯夯击能1300kN•m，夯锤重量19t，起吊高度13m。机组作业每班配4人，其中司机1人、指挥1人、测量1人、挂钩1人。
4.2 第一遍夯点施工
施工前，平整场地，复测场地标高，应满足设计起夯面标高要求，然后用全站仪向施工场区内引测施工图角点控制坐标，经监理工程师验核无误后，再改用普通经纬仪按施工图布置第一遍夯点，夯点需用白灰标出，以方便夯锤就位。强夯主机和夯锤就位后，要对夯锤的落距进行测量，并采取措施，使其在夯击过程中不被改变，确保每击均能达到设计单击夯击能，同时测量就位后的锤顶面标高和地面标高，锤顶面至自然地面的高度，为计算每击的夯沉量和夯坑深度提供依据。将夯锤起吊至预定高度后自动脱钩，夯锤夯击地面，测量夯锤顶面标高，减去夯锤就位时的顶面标高就是第一击的夯沉量，如此反复进行，直至最后两击的平均夯沉量达到设计控制标准，停止夯击，移动主机和夯锤至下一夯点，继续夯击，当满足控制条件后，停止夯击，重复以上操作，完成第一遍夯点施工。
4.3 第二遍夯点施工
第一遍夯点完成后，在监理工程师的监督指导下，回填夯坑，平整场地，抄平地面，再用全站仪向施工场区内引测施工图角点控制坐标，经监理工程师验核无误后，按施工图布置第二遍夯点，夯点需用白灰标出，以方便夯锤就位。第二遍点夯的施工方法，与第一遍完全相同。
4.4 第三遍满夯施工
第三遍设计满夯施工时，不再进行夯点布置和夯沉量观测，仅控制夯击数、夯锤落距和夯印搭接情况即可。满夯施工完成后，用推土机整平场地，平整碾压标高达到设计要求时，交付检测。第一次强夯完成后，按照一层原地表土土一层新开挖土的方式进行分层回填碾压，每层回填土厚度不超过1米，严格按照设计要求进行施工。回填到设计要求强夯标高时再进行第二次强夯处理，夯击要求同第一次。
4.5 各遍间的间歇时间
各遍间的间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间。对砂性土，孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间，消散时间只有2-4min，故对渗透性较大的砂性土，两遍夯间的间歇时间很短，亦即可连续夯击。对粘性土，由于孔隙水压力消散较慢，故当夯击能逐渐增加时，孔隙水压力亦相应地叠加，其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为3-4周。目前国内有的工程对粘性土地基的现场埋设了袋装砂井(或塑料排水带)，以便加速孔隙水压力的消散，缩短间歇时间。有时根据施工流水顺序先后，两遍间也能达到连续夯击的目的。根据现场土质情况，透水性相对粘性土较好，同一位置两遍强夯间歇时间为24h，如遇少量粘性土位置，则根据现场实际情况延长间歇时间。
我们按照本设计初步确定的工艺和参数进行试验性施工时，根据地面沉降和变形的实际情况，可对施工参数进行调整，使其更趋合理。结果显示强夯效果好，有效限制了沉降情况的发生。
参考文献：
[1] 乔京生，步启军，马卫华，等．变刚度复合地基的可行性研究[J]．铁道建筑，2006(5)：49-52．
[2] 白冰耀.夯荷载作用下饱和土层孔隙水压力简化计算方法[J]．岩石力学与工程学报，2003，22(9)：1469-1473．
[3] 徐至钧.强夯和强夯置换法加固基层[M].机械工业出版社，2004.
[4] 章新华．FLAC程序及其在双连拱高层建筑大体积开挖方案比选中的应用[J]．深圳土木与建筑，2006，3(1)：44-47.
[5] 邵春，杨昌斌，陈建平，等．梅子沟联拱高层建筑大体积中导洞锚喷支护FLAC模拟研究[J]．地质科技情报，2005，24(4)：103-106.