強(qiáng)夯法在吹填土地基處理中的應(yīng)用研究

李 強(qiáng)，王春艷，于大永，郝鐘勤，孫志剛

（1.琿春市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)，吉林 琿春 133300；2.圖們市防汛抗旱指揮部辦公室，吉林 圖們 133100；3.吉林省保利水利水電工程有限公司，吉林 長春 130021；4.中慶建設(shè)有限責(zé)任公司，吉林 長春 130062）

0 引言

強(qiáng)夯地基處理始源于法國梅納德（Menard）技術(shù)公司首創(chuàng)[1]，由于強(qiáng)夯法具有施工機(jī)具簡(jiǎn)單，施工方便，工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，很快傳播到世界各地。強(qiáng)夯法是處理吹填土地基的一種工法。先對(duì)需要處理的吹填土陸域進(jìn)行開挖排水溝，并與之結(jié)合施加數(shù)遍相應(yīng)的變能量擊密，已達(dá)到降低土體的含水量，提高土體密實(shí)度和承載力，減少地基的工后沉降的地基處理方法。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在諸多重大工程的軟土地基處理中得到了廣泛應(yīng)用。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

工程位于河北省唐山市曹妃甸工業(yè)區(qū)某化工公司一期項(xiàng)目強(qiáng)夯地基處理區(qū)，地基處理面積為58萬m2，地面標(biāo)高為4.0～4.5 m，對(duì)場(chǎng)地內(nèi)上部軟弱土層進(jìn)行強(qiáng)夯處理，處理后的地基承載力特征值不小于150 kPa，并消除液化。強(qiáng)夯處理有效深度為不小于自然地面以下7 m。夯區(qū)最后兩擊平均夯沉量控制為小于等于50 mm。

1.2 工程地質(zhì)條件

據(jù)場(chǎng)地地理位置，在該次檢測(cè)深度（7 m）范圍內(nèi)土層主要由①1層吹填粉土、①2層粉土、②層粉砂組成。地層巖性簡(jiǎn)述如下：

第①1層吹填粉土（Q4ml）：主要為場(chǎng)區(qū)內(nèi)圍海造地吹填形成的，灰色～灰褐色，含貝殼碎片，夾粉砂薄層。

第①2層粉質(zhì)粘土（Q4 m）：灰黑色，流塑～軟塑，含有機(jī)質(zhì)，貝殼碎片，具腥臭味，無搖震反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度和韌性中等。局部地段為淤泥粉質(zhì)粘土，屬欠固結(jié)土，具高壓縮性。層厚0.43～1.90 m。

第②層粉砂（Q4 m）：灰色，松散-稍密，飽和，長石-石英質(zhì)，含少量貝殼碎片，顆粒呈圓形，均粒，層間夾粉質(zhì)粘土、粉土薄層。

2 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)及試驗(yàn)方案

強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)，見表1。

表1 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 夯錘、落距

夯錘20 t，直徑2.5 m圓形鐵錘，底面積4.9 m2，錘體對(duì)稱設(shè)4個(gè)排氣孔。

點(diǎn)夯落距：H=3000/200=15 m。滿夯落距：H=1500/200=7.5 m。落距在經(jīng)計(jì)算確認(rèn)后，在施工時(shí)必須對(duì)夯錘落距進(jìn)行測(cè)定與控制。

施工機(jī)械采用帶有自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)，經(jīng)確認(rèn)的落距一般是固定的，即保證夯擊單擊能量準(zhǔn)確固定。

2.2 間歇時(shí)間

由于強(qiáng)夯施工區(qū)域?yàn)榇堤钔列纬傻年懹?，地下水位較高，強(qiáng)夯施工前須采取降低地下水位措施。施工過程中必須由專業(yè)人員對(duì)孔隙水壓力進(jìn)行觀測(cè)，孔隙水壓力全部消散后方可進(jìn)行下一遍夯擊或夯后各項(xiàng)檢測(cè)工作，同時(shí)兩遍夯擊之間的間歇時(shí)間不少于一周，強(qiáng)夯全部完成兩周后方可進(jìn)行檢測(cè)工作。

2.3 強(qiáng)夯施工方法

強(qiáng)夯工藝采用兩遍點(diǎn)夯和一遍滿夯，每遍之間間歇時(shí)間為一周。兩遍強(qiáng)夯之間的間歇時(shí)間，利用排水溝進(jìn)行降水工作，以防止地下水位回升。第一、第二遍為3000 kN·m點(diǎn)夯，夯點(diǎn)間距5.0 m，呈正方形布置。夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)暫定6～8擊，但需滿足最后兩擊的平均夯沉量小于5 cm。最后一遍為1500 kN·m能級(jí)的滿夯，每夯點(diǎn)夯擊2擊，要求夯錘的底面積彼此搭接1/4。

3 強(qiáng)夯過程的檢測(cè)內(nèi)容

3.1 強(qiáng)夯施工前檢測(cè)

開夯前檢查夯錘質(zhì)量和落距，保證單擊夯擊能量。在每一遍夯擊前，對(duì)夯點(diǎn)放線進(jìn)行核查，發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)及時(shí)糾正。

3.2 夯沉量以及累積夯沉量的檢測(cè)

每夯點(diǎn)每一擊用水準(zhǔn)儀測(cè)讀一次夯沉量，獲得夯擊數(shù)和累積夯擊量的關(guān)系曲線，要求最后兩擊夯沉量均不超過50 mm。

3.3 強(qiáng)夯區(qū)域地面平均下沉量

量測(cè)夯前標(biāo)高和每一遍夯擊完成，推平碾壓后的標(biāo)高，獲得夯擊能量和地面沉降關(guān)系曲線。

4 強(qiáng)夯區(qū)域試驗(yàn)

該標(biāo)段采用淺層平板載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、面波波速試驗(yàn)等多種方法對(duì)強(qiáng)夯后的地基土的物理力學(xué)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

該區(qū)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)成果見表2，強(qiáng)夯后①1層吹填粉土呈中密狀態(tài)，①2層吹填粉土呈稍密狀態(tài)，②層粉砂為中密狀態(tài)。

表2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果

4.2 場(chǎng)地土液化評(píng)價(jià)

按GB50011-2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]，對(duì)該標(biāo)段強(qiáng)夯影響7.0 m深度范圍內(nèi)飽和砂土及粉土進(jìn)行液化判定，標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)測(cè)錘擊數(shù)均大于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，檢測(cè)深度范圍內(nèi)①1層吹填粉土、①2層吹填粉土和②層粉砂的液化已完全消除。

4.3 面波試驗(yàn)

面波波速剖面其結(jié)果詳見圖1，2。面波測(cè)試分層速度模擬地質(zhì)剖面圖。各層土夯后波速統(tǒng)計(jì)見表3。

圖1 面波波速剖面BM1其結(jié)果

圖2 面波波速剖面BM2其結(jié)果

表3 面波波速統(tǒng)計(jì)表

4.4 靜力觸探試驗(yàn)

該區(qū)域進(jìn)行了236孔靜力觸探試驗(yàn)，其結(jié)果見各土層靜力觸探試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表4。

表4 靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 MPa

4.5 靜載試驗(yàn)

試驗(yàn)點(diǎn)的靜載試驗(yàn)P～s曲線，見圖3、圖4。

對(duì)強(qiáng)夯區(qū)內(nèi)12組淺層平板載荷試驗(yàn)Q-S曲線分析，利用相對(duì)變形控制法與比例界限得出各組地基承載力實(shí)測(cè)值。依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]附錄C，確定地基承載力特征值fak≥150 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。變形模量最小值14.3 MPa，最大值17.16 MPa，平均值15.1 MPa。強(qiáng)夯后地基土的變形模量E0按下式計(jì)算：

式中：P——承壓板上總荷載，kN；u——泊松比砂土取0.3；s——最大荷載下沉降量，cm；d——承壓板直徑，cm。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，綜合評(píng)價(jià)該區(qū)域強(qiáng)夯后地表以下7 m深度范圍內(nèi)，各層土地基承載力及壓縮模量建議值，詳見表5。

表5 各層地基承載力及壓縮模量

5 結(jié) 論

該區(qū)域強(qiáng)夯單擊夯擊能3000 kN·m，單點(diǎn)夯擊8～12擊。根據(jù)鉆孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、雙橋靜力觸探試驗(yàn)、面波波速測(cè)試，得出以下結(jié)論：

1）該區(qū)域強(qiáng)夯對(duì)①層吹填土（粉土）和②層細(xì)砂的加固效果較好，①層吹填粉土由原來松-稍密狀態(tài)，達(dá)到中密狀態(tài)，其強(qiáng)度有了明顯提高。深度7 m范圍內(nèi)的①層吹填土（粉土）、②層粉砂由稍密狀態(tài)經(jīng)過強(qiáng)夯達(dá)到中密狀態(tài)。

2）總體上強(qiáng)夯效果明顯，有效加固影響深度達(dá)到7 m。根據(jù)靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果，深度7 m范圍內(nèi)①層吹填土（粉土）、②層粉砂達(dá)到中密狀態(tài)，局部達(dá)密實(shí)，消除液化。

3）該區(qū)域強(qiáng)夯后①層吹填土（粉土）的壓實(shí)系數(shù)0.93～0.95。地基承載力特征值為200 kPa。設(shè)計(jì)單位可根據(jù)該場(chǎng)地地基情況進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。對(duì)單位荷重較大，基礎(chǔ)埋深較大的建筑物，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地土質(zhì)情況采用其它有效方法對(duì)地基土進(jìn)行處理。

[1]趙宏濤.大面積強(qiáng)夯地基處理前的試夯淺析[A]：第十屆全國地基處理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C].南京：東南大學(xué)出版社，2008：55-57.

[2]中華人民共和國建設(shè)部.GB50011-2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[3]中華人民共和國建設(shè)部，GB50007-2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[S]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.