强夯法处理7万m2非均匀回填粉质黏土地基

嵇转平

（中国石化建筑设计技术中心站，河南 洛阳 471003）

1 概述

某石化原油罐区工程由4座10万m3原油储罐和两座5万m3原油储罐及附属配套设施组成。拟建场址位于丘前坡洪积扇裙谷地，地形地貌变化十分复杂。原地形北高南低，场地由东向南有一条冲沟，经人工回填形成了3个泥塘，场地内还发现地下有防空洞。当整平场地达到设计标高时，形成半开挖、半回填的不均匀地基。为了提高填方区地基的强度和抗不均匀变形能力，设计采用高能级强夯方案对地基进行加固处理。强夯处理后，综合检测结果表明：采用8000 kN·m高能级强夯处理方案是可行的，处理效果显著，地基承载力标准值fk≥250 kp，变形模量Eo≥20 MPa，而且节约了大量工程投资，施工竣工经检测合格后顺利交付安装单位施工。原油储罐建成后经充水满载测试，环墙基础沉降低于油罐地基基础施工及验收规范规定值。

2 工程地质概况

挖方区开挖土层主要为粉质黏土，最大厚度约10 m，其次为碎石土和石英岩，两者的最大厚度均不超过2.5 m。

填方区场平标高达到41.0 m后，地基土自上而下依次为：

（1）素填土层：①褐黄色、松散、主要由粉质黏土组成，厚度0～10 m。

（2）素填土层：①－1、灰褐色、松散、由石英岩碎石及粉质黏土组成，含少量砖块，为近期回填，主要分布在场地西侧U型沟谷内，厚度1.0～1.5 m。

（3）含砾粉质黏土、褐黄色、稍湿、岩芯呈短柱状，1～3 cm石英砾石含量 15%～20%，一般呈强风化，该层在场地局部分布，多呈夹层出现，厚度0.5～1.5 m，fk＝240 kPa。

（4）粉质黏土：黄褐色、稍湿、可塑～埂塑，岩芯呈短柱状，可见铁锰质结核及浸染，大面积分布，层厚1.8～5.0 m，fk＝250 kPa。

（5）碎石土：黄褐色、中密，1～5 cm石英碎石含量60%～70%，一般中等风化，次棱角状，其孔隙由粉质黏土充填，大面积分布，fk＝360 kPa。

（6）砂砾石混土：黄褐色、松散、2～5 cm砂砾含量60%～70%，次棱角状～次圆状，分布在西南部冲沟河床边缘，层厚2.5～5.5 m，fk＝360 kPa。

场地原始地貌的西南部冲沟河床边有缘有地下水出露，其埋深3.5 m。场地地质剖面见图1。

3 地基处理方案的选择

本工程主要是针对素填土层①（褐黄色、松散、主要由粉质黏土组成，厚度0～10 m）和素填土层①－1（褐色、松散、由石英岩碎石及粉质黏土组成，含少量砖块，为近期回填，主要分布在场地西侧U型沟谷内，厚度1.0～1.5 m）进行加固处理。

根据本工程的具体情况，设计人员认为复合地基或桩基方案虽然工程应用普遍，技术成熟可靠，但本场地回填土中混有大块建筑垃圾和爆破后回填的大块岩石，且地下岩脉走向难以确定，预计成桩有一定困难，施工难度大，造价高，施工周期长，不适宜本场地地基处理。目前，高能级强夯方案在一些工程中取得成功效果，本库区场地绝大部分区域填土的厚度和设计处理深度均在强夯有效处理范围之内。对局部回填土厚度超过10 m的区域可分两层进行强夯。本方案施工周期短，工程造价低，适宜本场地地基处理。

图1 典型地质剖面图

4 强夯设计及说明

根据场区内回填土厚度，绝大部分填土区标高达到41 m时进行强夯，无须分层。场地西南部回填土超过10 m的区域，除了回填土以外，原状土地基承载力不能满足设计要求，设计分两层进行强夯，第一层起夯面标高为33.0 m，第二层起夯面标高与场地其他区域相同，为41.0 m。

4.1 33.0 m标高层强夯

本层采用3500 kN·m能级强夯，共分四遍进行施工，其中三遍为3500 kN·m能级点夯，一遍为1500 kN·m满夯。点夯以最后两击的平均夯沉量小于5 cm作为宏观控制依据。最后一遍满夯2击。

点夯间距为3.5 m×3.5 m。第一遍点夯的布置形式为7.0 m×7.0 m正方形，第二遍在第一遍相邻的4个夯点间插点，第三遍在第一遍相邻的两个夯点间插点。满夯的夯印彼此搭结1/3。

4.2 41 m层标高层强夯

本层大面积采用8000 kN·m能级强夯，共分四遍进行施工，其中第一、第二遍主夯点的能级为8000 kN·m，第三遍辅助夯点的能级3000 kN·m，第四遍满夯能级为1500 kN·m。第一、二遍夯点以最后两击的平均夯沉量小于8 cm作为宏观控制依据，第三遍辅助夯点以最后两击的平均夯沉量小于5 cm作为宏观控制依据，第四遍满夯2击。

点夯间距为4.5 m×4.5 m，第一遍点夯的布置形式为9.0 m×9.0 m正方形，第二遍在第一遍相邻4个夯点中间插点，第三遍在第一遍相邻的两个夯点中间插点。满夯的夯印彼此搭结1/3。

5 对特殊区域的处理措施

对冲沟的处理措施：首先清除冲沟内的植被、垃圾及表层耕植土，然后分层回填，并借助土方运输和推土机等施工机械碾压，每层厚度不大于0.7 m，回填标高达到大面积填土标高。

对泥塘的处理措施：首先对原始泥塘的范围进行了勘察，确定泥塘实际边界，然后进行排水和清淤，进行了排水清淤后，最后分层回填，并借助土方运输和推土机等施工机械碾压，每层厚度不大于0.7 m，回填标高达到大面积填土标高。

对防空洞的处理措施：首先用挖掘机探明地下防空洞的走向并开挖，开挖排水通道排除洞内积水，然后分层回填，并借助土方运输和推土机等施工机械碾压，每层厚度不大于0.7 m，回填标高达到大面积填土标高。

6 强夯施工概况

6.1 试验性施工

从单点夯试验施工情况看，场地回填土含水量较高，回填土结构松散，当连续夯击到5～6击时，发生因夯坑太深而起锤困难的问题，质量工期都有可能受到影响，因此大面积施工时需要对原设计参数进行适当调整，即强夯施工遍数由四遍调整为六遍，每遍主夯点分两次完成。夯击数控制标准为：第一次强夯夯坑深度控制≥2.5 m且以不吸锤为准。第二次回填碎石土后，最后两击的平均沉降量小于8 cm。夯点间距及夯点布置形式不变。

6.2 大面积施工情况

大面积施工以试验性施工确定的施工工艺为依据，两遍主夯点第一次施工以夯坑深度作为控制标准，当夯坑深度≥2.5 m时，进行粗骨料回坑，并整平场地，然后进行原夯点再强夯，直至以达设计控制标准。第二次强夯的夯沉量如果达不到控制标准，向夯坑内继续填加粗骨料并再次强夯，直至满足设计要求。

本场地有一台10万m3原油储罐布置在1/4面积出露基岩、3/4的面积为原状土的区域，地基土水平方向和垂直方向差异性均很大，经计算，不均匀沉降量超出规范规定值，不能满足使用要求，因此对罐基基岩部分进行了松动爆破，挖除后重新回填并用土进行2000 kN·m能级进行满夯处理，形成褥垫，以达到控制差异沉降的目的。

有一台5万m3原油储罐布置在一半位于控方区，一半位于填方区的区域，填方区回填土经过8000 kN·m强夯处理达到了设计要求，而挖方区原状土因含水量较高，处理后经检测，地基土的物理力学指标达不到设计要求，采用两遍3000 kN·m能级主夯和一遍1500 kN·m能级满夯重新进行了处理。处理过程中，主夯点同样采取首先控制夯坑深度，其后回填级配碎石，再进行夯击，控制最后两击沉降量不大于5 cm。

7 处理效果检测评价

7.1 33 m标高层检测结果

本层的检测手段为标准贯入试验和室内土工试验，共布置5个钻孔，试验深度5.3 m，在试验深度范围内，标贯击数平均值介于10～12击之间。根据原位和室内土工试验结果，本层强夯处理后，地基承载力标准值fk＝250 KPa，压缩模量Es≥15 MPa，满足设计要求。

7.2 41 m层检测结果

本层强夯区共布置载荷试验9台，布置标准贯入、取土试验共23个孔，对罐基还增加了浅层物探检测，完成7875个物理点。

强夯地基综合检测结果，见表1、表2和图2。

表1 强夯地基载荷试验结果汇总表

表2 强夯地基标准贯入试验结果统计表

图2 载荷试验p－s曲线

根据检测结果，认为强夯处理后地基承载力标准值fk＞250 kPa，地基整体均匀，满足设计要求。

8 经济技术指标对比分析

新增原油罐区填土地基采用强夯法加固地基，按保守的计算方法统计，比挤密碎石桩复合地基加固方案节省投资约 850万元，并大大缩短施工工期，经济和社会效益十分显著。

9 结束语

（1）强夯地基综合检测表明，加固后的地基承载力标准值fk＞250 kPa，满足设计要求。

（2）根据静载试验结果推算，处于挖填方交界处的地基差异沉降最大，其值为2‰，满足规范要求。

（3）罐体建成后经充水试验，环墙基础沉降小于规范规定值，试水成功。

（4）对特殊区域如冲沟泥塘等应进行特殊处理。

（5）对细颗粒土尤其是松散的回填土用强夯法处理时，当含水量较高时，应及时调整施工参数或添加粗骨料等措施。

综上所述，该工程地基采用强夯法进行加固处理是成功的，加固效果良好。