山区填料不均如局部碎石局部土,填料厚度不一致,分层夯实的相互影响,阶梯状夯实应注意的问题以及此类场地强夯后土岩结合高边坡的治理方法。

专家意见:
王晨:强夯后会经过土层参数检验,以此进行锚杆设计是一个思路,但是山区地基采用强夯的貌似不多,可能也是我孤陋寡闻。
威海景英高:原则上,山坡上不易采用强夯。我接触过在山坡上采用强夯的工程,基本上都出现了问题。
巩玉志:土层厚度变化大的山坡不建议强夯处理。

山区地基强夯处理
一、山区填土地基采用强夯法加固的适用性
对于山区碎石填土地基,如采用分层碾压,当填土厚度较大时,分层数目多,工程较大,如采用桩基工程则由于碎石填土的存在易出现沉桩施工困难只能采用潜孔锤成孔或人工挖孔桩施工,导致工期和造价的提高。强夯法加固因设备简便、工艺要求不高、工期短,在此类地基中采用强夯施工是比较经济的一种地基处理方式。
强夯法指的是为提高软弱地基的承载力,用重锤自一定高度下落夯击土层使地基迅速固结的方法。利用起吊设备,将10~100吨的重锤提升至10~40米高处使其自由下落,依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层。对于地下水位较浅的粘土、粉土地基,强夯的加固机理是动力固结;对于渗透性很强的碎石填土地基,或者地下水位在加固范围之下的填土地基,强夯的加固机理是动力密实,即通过大能级的击实能量,强制性地使松散的填土空隙减小,地基密实,强度和压缩性提高,成为好的持力层。山区填土地基一般地下水位很低,填土大多为碎石夹土、碎石夹砂,渗透性好,用强夯法加固山区填土地基是很合适的,但要根据现场的地质条件和工程使用要求,正确选用强夯参数。

二、山区强夯地基处理应注意问题
1 强夯前对地面表层的处理
强夯处理前必须对填方区的自然地表进行必要的处理。首先, 要将地表的植被、耕植土、腐植土和淤泥全部清除; 其次, 由于山区的自然地貌高差较大, 对于自然坡面坡度较大的区域, 填土前应将斜坡的坡面挖成若干台阶, 避免填土后由于垂直荷载的作用引起填土层和斜坡面的滑移。
2 强夯前对填料的处理
由于是爆破开山回填, 填料以中风化一微风化岩石碎块为主,岩质的软硬程度和风化程度不同, 爆破后岩石的破碎程度也不同, 部分岩石碎块的粒径较大,故强夯前须对填料预处理,将大块石分解,控制最大粒径和不均匀系数,最大粒径最好在500mm以下。如果没有条件将大块石分解,则在填土施工时要注意两点:①尽量将大块石填在地基深处。②尽量将大的块石和砂土一起填筑,形成级配较好地基填料,避免大量块石堆积造成孔隙很大的填土地基。
3 填土深度不均匀差异沉降控制
山区坡地地形起伏较大, 基岩坡度大,且埋藏浅, 地基土层沿水平方向变化突然, 这往往给地基基础的设计与施工造成了一定的困难。对于一般的填土深度不均匀问题,可以将要处理的地基在平面上根据深度进行分区,不同的加固深度选择不同的夯击能量,控制最后处理好的地基用相近的承载力和压缩模量。对于同一栋建筑,一部分基础落在挖方地基上,一部分基础落在填土地基上的,应用强夯法时必须慎重。当采用强夯法处理时,对填土地基应该采用大的夯击能量,使填土地基压缩性能显著提高,对挖方地基,应该进行超挖,并回填砂石料。这样处理,力求同一栋建筑下地基的沉降性能趋于均匀。碎石土地基强夯后由于孔压消散固结过程较快完成, 其主固结沉降可以在短时间内完成, 而次固结沉降或称蠕变变形约为总沉降10 %~20 %左右,由此可以估计建筑物差异沉降是否满足要求。
4 强夯前的现场试验
由于强夯作用机理研究并不成熟,在正式强夯前进行试夯尤为必要。强夯施工前,应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区,根据初步确定的强夯参数,进行试夯或试验性施工。待试夯结束后,对试夯场地进行测试,检验强夯效果,确定工程采用的各项强夯参数。
5 强夯施工
严格按照设计要求进行施工,另外, 山区地形变化复杂, 每一层强夯区域的边界线必须明确, 尤其应避免在挖、填交接区域的漏夯现象, 为以后场地的使用留下隐患。
6 强夯后的检测
强夯后应采取必要措施对强夯效果进行检验, 可采用地基土静载试验、超重型动力触探试验、钻孔取土进行室内土工试验、现场灌砂、灌水法干密度试验、地质雷达及瑞雷波检测等手段进行综合检测。由于碎石土地基检测离散型较大,应综合多项检测结果得出检测结论。
每层回填和强夯之后, 必须经检测确定强夯效果满足设计要求之后, 方可进行下一层的回填和强夯, 避免在未得到检测结果的情况下仓促回填。对于检测不合格的区域应进行补救, 直到满足要求并检测合格为止, 这一点尤为重要。

三、如何减小山区填土强夯地基的工后沉降
(1)分层夯填。根据夯击能的影响深度,确定每次分层回填厚度,夯一层后再填一层,直到满足建设场地需要;同时,夯前应首先清除场地内的耕植土和软弱土层,作好排水规划和引排措施。一定要保证分层厚度内土层得到有效加固,如果原有已填厚度较大,应进行挖除一部分后在进行强夯。
(2)增大夯击能。若填土较深,可采取增大夯击能,同时加大夯点间距的做法进行强夯。
(3)回填时,应控制好填料的级配,尤其是大岩块的粒径,最大粒径不宜超过500 mm。否则宜采取措施进行破碎。级配不良时,密实度无法得到保证,工后沉降不宜控制。
(4)夯后表层松动土可采取二次压实方法进行处理;也可采取将表层松动土挖除,换填成碎石或卵石垫层以调节地基的不均匀沉降,根据实际情况,亦可采取在垫层内铺设土工格栅来调节变形。
(5)回填填料,应选取硬质岩、不宜风化岩,少采用软质岩、易风化岩。软质岩、易风化岩由于架空结构的存在,在地下水的渗透、冲刷下,岩块会风华崩解,可能会造成地基产生大的变形和塌陷,从而造成地基失效。

四、山区填土强夯地基事故分析
针对强夯在山区地基应用中的相关问题,在地基基础设计群征询了专家的意见,专家们纷纷表达了对山区地基采用强夯法处理的担忧,为此,笔者对山区地基采用强夯法处理进行了调研。
经笔者调研发现,确实存在大量山区地基采用强夯处理后,最后出事故的情况,但笔者同样发现这些工程之所以出问题绝大多数原因是没有做好高填土区分层强夯及强夯后检测方法不当导致的。
当山区地基填土的下部尚有很厚的松散土层,大雨后随着雨水下渗并流出,土颗粒也大量流失,使地基土形成空隙并下陷,导致地基土整体下沉与局部不均匀下沉。所以山区填土区采用强夯法加固地基时,必须注意强夯的影响深度,山区地基填土厚度较大时应采用分层强夯的方法,并注重检测方法,保证加固深度范围内土层得到有效加固。
在检测方法的选择上,小型荷载板试验只反应表层土情况,根据处理深度可选用大尺寸的载荷板进行试验,并可以通过挖试坑的方式获得处理深度范围内上下表面一定厚度加固土的干密度检测判断强夯加固的均匀性;动力触探结果表明所有强夯过的测点土层与未强夯过的测点土层比较,在一定土层深度范围内有差别,而以下部分没有差别,是检测强夯的有效加固深度行之有效的方法,当遇到大块石动力触探钻进困难时可借助潜孔锤进行引孔钻进;瑞利波速检测深层地基基土特性变化的结果尚欠精确,但可以定性的判断地基土层的加固效果。由于碎石土地基检测离散型较大,应综合多项检测结果得出检测结论。
笔者通过调研也发现,通过合理的设计、施工,强夯地基工后沉降可以控制在合理范围之内,暴雨、自然灾害等其它原因引起的个别工程项目出现不均匀沉降,根本问题还是在于施工措施不到位。强夯仍是处理高填方块石地基较为可靠、经济的一种方法。

五、本期其他问题的讨论
1 山区填料不均如局部碎石局部土,填料厚度不一致,分层夯实的相互影响
山区地基强夯施工前应按本文第二部分提到的内容做好地面表层处理和填料筛选,根据填土厚度做好分层强夯。笔者认为上层强夯将对下层已强夯地基产生补强密实效果。
2阶梯状夯实应注意的问题
对于自然坡面坡度较大的区域, 填土前应将斜坡的坡面挖成若干台阶, 避免填土后由于垂直荷载的作用引起填土层和斜坡面的滑移。对于依山而建形成多个台阶建筑群的场地进行强夯施工时,应注意精细施工,用定位桩控制各级分层强夯的作业面。分层强夯各层平台及坡度的设置应满足边坡稳定和相关规范的要求。
3 山区地基强夯后土岩结合高边坡的治理方法
强夯后土岩结合高边坡在采用挡土墙和悬臂抗滑桩等不能满足要求时,可以借助锚杆或锚索等构件。作为永久边坡支护时,土体沉降会否引起锚杆(索)预应力损失从而应发锚杆(索)失效危及边坡安全。
对于该问题,笔者将继续思考并结合项目希望在以后能给出一个较好的建议,也欢迎其他专家提供意见。