组合锤法地基处理技术在福建棉花滩水电站防汛及备品仓库地基工程的应用

　　1前言

 

　　组合锤法地基处理技术，该技术是再普通强夯法和强夯置换法的基础上进行创新改进所形成的一种新型地基处理施工方法。组合锤法地基处理，江西中恒建设集团有限公司于2009年11月11日获得中华人民共和国国家知识产权局发明证书。它是利用柱锤、中锤、扁锤三种不同外形、不同压强与比重的锤体，按一定的程序和技术要求对松散地基土进行分层逐个夯击施工，以达到对深层、中层、浅层地基土进行加固处理的目的。本发明较普通强夯法及其它的桩工复合地基处理方法更能突显它的有效加固深度和墩间土挤密效果的增强性，可处理厚度达二十米左右的松软地基土层，夯坑深度和直径均可调节，夯坑内可回填原土或其他置换料，形成夯实墩或置换墩，可大幅提高地基承载力，可直接减少建筑物沉降量和沉降差。可充分利用现场各种土料，并可大量利用城市拆迁建筑垃圾废骨料，降低地基处理造价，节省高能耗材料（钢材、水泥），具有明显的环保节能效果。

 

　　2防汛及备品仓库工程地质条件

 

　　拟建场地位于永定县蜂市镇棉花滩库区，属丘陵地貌单元。场地原为砂场，据了解，库区修路时为一弃土堆场，地势高差较大，勘察期间高程介于178.60-184.30m，场地高差约5.70m。为棉花滩水电站建设时期回填地，最多回填高度达15米。根据钻探揭露：场地岩土层自上而下依次为①素填土、②砂土状强风化花岗岩、③碎块状强风化花岗岩。

 

　　3组合锤法地基处理技术的施工工艺

 

　　组合锤法地基处理施工工艺的特点是采柱锤、中锤和扁锤分别对地基土深层、中层和表层不断夯击，破坏原来土体固相颗粒的组合结构，进行结构重组。迫使土体中固相颗粒紧密排列，挤出气相体和液相体，同时迫使液相水压力产生一种由稳定——产生孔隙水压力——再稳定的变化。从而达到对地基进行加固的最终目的。经处理后，这些被加固的增强体和周围的土体的抗压及抗剪强度得到迅速提高，以共同承担基础传递的荷载，形成组合锤法复合地基。

 

　　采用组合锤法地基处理施工能解决传统强夯（置换）法和新型柱锤强夯（置换）法在施工中的技术难题（如土体性质、加固深度和变形控制等），而且大大地节省了工程造价和缩短施工周期。具体施工工艺流程见图1。

 

 

　　4组合锤法地基处理技术在棉花滩防洪仓库项目的应用

 

　　本项目为在山脚地带的建设项目，原始地形为坡地，后经人工挖山回填后，形成一小片场地，该项目在基础选型时，经过经济技术和经济对比，最终确定采用“经新型柱锤强夯（置换）法”进行地基处理加固，经新型柱锤强夯（置换）地基处理后，置换墩体着底深度均达到4.0～6.0m，影响深度可以达到15米以上，原来力学性能较差的回填土层得到夯实、加固，满足上部工程对地基承载力和变形的要求，同时也降低了该项目的经济成本。扩夯范围根据本项目的特点从建筑基础外边起算外扩6米，加大处理范围，对于建筑基础应力扩散和将来的室外地下管网、一层地面均有好处，不至于被不均匀沉降所破坏。对于该场地，采用“新型柱锤强夯（置换）法”地基处理，能保证地基的处理效果和上部工程对地基承载力和变形的要求。

 

　　5设计方法

 

　　单墩墩体承载力Rk=Ap·fpk，组合锤平均直径为2.0米，墩体材料为原状土，墩体承载力取200KPa（按规程），Rk=3.14*12*200=600KN，单墩承载力特征值≥600kN；独立基础的墩数按上图为例：N=912/600=1.52向上取整取2个墩；沉降验算应根据现场完工后进行检测，得出的组合锤复合地基的各土层的压缩模量进行验算，一般情况下，挤密墩施工完成后的成桩直径为1.4m-2.0m；平均墩长≥3m或松填土厚度的1/2，有效加固影响深度≥松填土厚度；这种情况下的沉降量与沉降差均能满足设计的要求。

 

　　6组合锤法地基处理后检测

 

　　6.1检测方法及数量

 

　　根据工程实际情况，强夯地基的检测方法采用浅层平板载荷试验，检测数量按1#仓库、2#仓库、3#仓库各抽取3点，管理房抽取6点，共抽取15点。

 

　　6.2测试原理

 

　　（1）浅层平板载荷试验：采用接近于地基实际工作条件的试验方法，根据试验中相对变形值按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）附录C的规定，直接确定地基承载力特征值。

 

　　（2）静载试验示意图如图2所示。
 

图2

 

　　6.3检测结情况

 

　　对测点编号为1#、2#、3#和4#测点进行地基载荷板测试，4个测点的委托最大测试荷载均按400kPa进行。

 

　　试荷载由油压千斤顶进行逐级加荷，千斤顶所需的反力由砼预制块堆重平台承担，千斤顶为QFZ45型；测试加荷方式为分级加载法，4个测点的每级荷载增量均为50kPa，最大测试荷载均加至400kPa。测试进展顺利，未出现异常现象，且没有明显沉降增大的现象，测试均未达到极限承载状态。承载力特征值取s/b为0.01所对应的荷载，但不应大于最大加载量的一半。

 

　　综上检测情况，1#、2#、3#和4#测点的地基极限承载力取值均为400kPa，该4个测点地基承载力特征值取值均为200kPa，组合锤法地基处理后地基承载力能满足设计要求。

 

　　7结论

 

　　对于本项目的填土地基，采用组合锤法，也称新型柱锤强夯（置换）法处理，是最为理想的一种方法，比其它方案的造价更优，结构安全得到保障，同时室外地下管网不会因回填土层的不均匀沉降造成破坏、也加强了首层地面基础的均匀性。

 

　　在社会效益方面，新型柱锤强夯（置换）法的置换材料不需要钢筋、不需要水泥，可以采用建筑废料、杂土、石块等，减少了钢筋、水泥的使用，对减少二氧化碳的排放，造福子孙后代。