大面積回填深厚粘土強夯試夯分析

龔麗飛，蔣云杰

1.南京水利科學研究院，江蘇南京 210029;

2.南京瑞迪建設科技有限公司，江蘇南京 210029;

3.徐州市水利建筑設計研究院，江蘇徐州 221000

1 工程概況

該工程為大型標準物流園，占地面積約為321.4畝。擬建場地地貌單元屬成都平原東邊緣淺丘臺地，場地地形特征為淺丘和丘間平地，大部分為果樹及魚溏、民房等山地，原始地形起伏較大。地層以粘性土和細砂巖為主，少數(shù)地段分布有卵石土，由于卵石孔隙由粘土充填，地下水主要為深部基巖內(nèi)的裂隙水，水量較少;標高為516～534 m，相對最大高差約為18 m。

2 回填土物理力學參數(shù)

該工程回填土土源一部分為場區(qū)內(nèi)開挖區(qū)域的表層粘性土，全風化和強風化的細砂巖;另一部分為外購素填土、建筑垃圾等廢棄土料。因此場地回填土區(qū)域土體條件較為復雜，主要表現(xiàn)為:(1)處理深度內(nèi)不同性質(zhì)土體相互摻雜;(2)土層分布不均勻性尤為突出;(3)回填深度縱向上變化幅度較大;(4)含水量較高，表現(xiàn)有一定的膨脹性。

3 場區(qū)夯擊區(qū)域劃分及參數(shù)

按工程總體規(guī)劃設計，場區(qū)內(nèi)平整標高在524.3～525.3之間，場地回填深度變化較大，回填最大深度在9.0 m左右。

場區(qū)內(nèi)回填區(qū)域擬采用強夯處理方法進行地基處理［1，2］?？紤]強夯效果的經(jīng)濟性與合理性，對場地劃為4類不同處理深度區(qū)域，分別采用不同的夯擊能進行處理。圖1為場地回填深度等值線圖及試夯位置。

圖1 物流園回填土深度及試夯位置Fig.1 The backfill depth and location of trial tamping for logistics park project

各區(qū)域在強夯前進行試夯，試夯目的為獲得強夯試驗參數(shù)，了解強夯加固后地基土的各項物理力學性質(zhì)的變化及地基土的承載力。試夯區(qū)采用不同夯擊能檢驗夯擊效果，表1給出了大面積回填區(qū)內(nèi)各試夯參數(shù)［3，4］，本文主要對其中一個試夯區(qū)加以分析探討。

表1 大面積回填區(qū)域各處理深度區(qū)試夯參數(shù)表Table 1 The parameter table of trial tamping for different treating depth of large backfill region

試夯C區(qū)共計41個夯點，具體布置詳見圖2。試夯區(qū)夯點布置間距為5 m和6 m兩種形式，均為正方形布置。2000 kN·m夯擊能夯點為23個，5 m間距;3000 kN·m夯擊能夯點為18個，6 m間距。強夯地基有效加固深度不小于回填深度，地基承載力特征值大于100 kPa。

4 試夯過程監(jiān)測初步分析

4.1 夯沉量測量

圖3、圖4分別給出了兩個子區(qū)域內(nèi)各夯點各擊夯沉量曲線圖。

從圖3可以看出，2000 kN·m夯擊能、5 m夯間距區(qū)域內(nèi)夯坑在6～7擊之后夯沉量開始趨于水平趨勢，且均在8～10 cm之間，部分夯坑最后一擊夯沉量小于8 cm，從圖4可以看出，3000 kN·m夯擊能、6 m夯間距區(qū)域內(nèi)夯坑在6～7擊之后夯沉量開始趨于水平趨勢，且均在6～10 cm之間，最后一擊夯沉量多數(shù)小于8 cm。

4.2 最后兩擊平均夯沉量

圖2 處理深度6～8 m區(qū)試夯夯點布置圖Fig.2 Layout of trial tamping point for 6 ～8 m treatment depth

圖3 2000 kN·m夯擊能、5 m夯間距夯點各擊夯沉量曲線Fig.3 Curve of each ramming settlement value about 2000 kN·m tamping energy and 5 m tamping space

圖4 3000 kN·m夯擊能、6 m夯間距夯點各擊夯沉量曲線Fig.4 Curve of each ramming settlement value about 3000kN·m tamping energy and 6m tamping space

圖5、圖6給出了各夯點的最后兩擊平均夯沉量。從點夯的夯沉量可以看出，2000 kN·m夯擊能、5 m夯間距和3000 kN·m夯擊能、6 m夯間距最后兩擊平均夯沉量若小于10 cm，夯擊數(shù)均要在6擊以上，符合初步設計的6～8擊要求。因大面積填土差異性大，對6～8 m深填土區(qū)域的強夯，在確保強夯效果前提下，無論采用何種能級，擊數(shù)以7擊為準，最后兩擊平均夯沉量可控制在 10 cm 以內(nèi)［4］。

5 m間距區(qū)域內(nèi)的各夯坑總沉量在120 cm～145 cm之間，平均為132.5 cm;6 m間距區(qū)域內(nèi)的各夯坑總沉量在130 cm～155 cm之間，平均為142.5 cm，顯然，6 m間距效果較為明顯。

圖5 2000 kN·m夯擊能、5 m夯間距最后兩擊平均夯沉量Fig.5 The average amount of the last two blow＇s ramming settlement about 2000 kN·m tamping energy and 5 m tamping space

圖6 3000 kN·m夯擊能、6 m夯間距最后兩擊平均夯沉量Fig.6 The average amount of the last two blow＇s ramming settlement about 3000 kN·m tamping energy and 6 m tamping space

4.3 坑周隆起測量

圖7為5 m間距、2000 kN·m能級的1#夯坑和6 m間距、3000 kN·m能級的1#夯坑不同夯擊次數(shù)下周邊總隆起量的對比圖。從圖中可以看出，5 m間距、2000 kN·m能級的1#夯坑具有一定的隆起量，6 m間距、3000 kN·m能級的1#夯坑總隆起量幾乎不存在;其次，6 m間距、3000 kN·m能級的夯坑夯擊數(shù)為7擊，5 m間距、2000 kN·m能級的夯坑夯擊數(shù)為6擊。從兩夯坑總夯擊能、夯坑總沉量以及夯擊數(shù)來看，6 m間距、3000 kN·m的夯坑周邊隆起量小于5 m間距、2000 kN·m能級的夯坑，總夯沉量大于5 m間距、2000 kN·m能級區(qū)域內(nèi)的夯坑夯沉量，說明6 m間距、3000 kN·m夯擊效果要優(yōu)于5 m間距、2000 kN·m試夯區(qū)域;從總隆起量的影響范圍來看，強夯處理深度6～8 m的填土時夯坑間距采用6 m較為合理，這與總夯沉量的效果相一致。

圖7 5 m間距和6 m間距1#夯坑各擊夯沉量與周邊隆起量曲線Fig.7 Curve of tamping settlement vs.ground heave about 5 m，6 m tamping spacing for 1#tamping point

5 試夯加固效果分析

5.1 回填土物理力學指標

圖8～13分別給出了兩子區(qū)域夯前夯后、孔隙比、壓縮模量、含水量等土的幾個參數(shù)的比較。

圖8 夯前夯后孔隙比(5 m間距、2000 kN·m能級)Fig.8 Comparison of pre－compaction void ratio and compacted void ratio(5 m spacing，2000 kN·m level)

圖9 夯前夯后孔隙比(6 m間距、3000 kN·m能級)Fig.9 Comparison of pre－compaction void ratio and compacted void ratio(6 m spacing，3000 kN·m level)

圖10 夯前夯后壓縮模量(5 m間距、2000 kN·m能級)Fig.10 Comparison of Es before and after compaction(5 m spacing，2000 kN·m level)

圖11 夯前夯后壓縮模量(6 m間距、3000 kN·m能級)Fig.11 comparison of Es before and after compaction(6 m spacing，3000 kN·m level)

圖12 夯前夯后含水量(5 m間距、2000 kN·m能級)Fig.12 Comparison of pre－compaction water content and compacted water content(5 m spacing，2000 kN·m level)

圖13 夯前夯后含水量(6 m間距、3000 kN·m能級)Fig.13 Comparison of pre－compaction water content and compacted water content(6 m spacing，3000 kN·m level)

圖8、9為兩個能量等級和間距的夯前夯后孔隙比，可以看出，底部深處土體孔隙比減小，說明強夯能有效地提高底層土體的密實度;圖10、11為兩個能量等級和間距的夯前夯后壓縮模量比較，可以看出土層中部壓縮模量提高，底層由于土體孔隙水壓力來不及消散從而使得土體壓縮模量出現(xiàn)減小的現(xiàn)象;圖12、13為兩個能量等級和間距的夯前夯后含水量比較，可以看出底部土層含水量有所減小，這說明經(jīng)過強夯后底層土體的水向四周以及上部土層遷徙或消散，但壓縮模量以及標貫水壓力的消散比較緩慢。

從圖8～13中可以看出，經(jīng)強夯處理后回填土中下部物理性質(zhì)均能得到改善，土體兩種能級影響深度滿足試夯C區(qū)處理深度的要求，說明強夯加固十分有效，但夯前夯后上部回填土層表現(xiàn)一定的差異性和不規(guī)律性，其主要原因是:(1)由于現(xiàn)場回填土受到大型車輛等施工設備反復碾壓，表層在夯前已形成一定厚度的硬殼層，但經(jīng)過點夯和滿夯后，完全破壞回填土已形成的表層結構;(2)由于表層紅砂土具有一定的膨脹性、顆粒的離散性以及強夯所造成的土體隆起，使得夯后土的孔隙比、壓縮模量以及含水量等物理參數(shù)表現(xiàn)出有增有減的現(xiàn)象，亦說明滿夯能級在一定程度上有所偏高;(3)回填過程中沒有經(jīng)過初步的壓實處理，回填土體不做密實度要求，回填土土體差異較大，導致夯前夯后選取的試驗孔位代表性存在一定的不足。但穿過表面硬殼層到達一定深度，夯后孔隙比、壓縮模量以及含水量等物理參數(shù)比夯前得到比較明顯的改善，強夯對較深處土的處理效果明顯。

5.2 現(xiàn)場標貫試驗

圖14為夯前夯后標貫比較，表層土體含水量為18.2%左右，強夯后標貫擊數(shù)得到明顯的提高，但較深土體標貫擊數(shù)有所減小，其主要原因在于該區(qū)深度較大，底層土體含水量較高(23.1%～26.9%)，強夯后孔隙水壓力急劇提高，孔隙水壓來不及消散，導致底層土體標貫夯前夯后出現(xiàn)差異。同時通過標貫值的變化可以看出，該試夯區(qū)強夯影響深度＞8m，滿足該處處理深度的要求。

6 總結

(1)處理深厚回填粘土合理控制強夯施工參數(shù)能有效達到預期的處理效果和要求。

圖14 夯前夯后標貫Fig.14 Comparison of pre－compaction standard penetration and compacted standard penetration

(2)該地基的填土從沉降量與隆起量來看，采用5 m間距、2000 kN·m能級與6 m間距、3000 kN·m能級兩種不同試夯參數(shù)，地基強度均能得到有效改善，消除一定的地基沉降量，兩者均能滿足設計要求。各自夯擊數(shù)下最后兩擊平均夯沉量控制在10 cm以內(nèi)，但試夯區(qū)域沉降差異較大，5 m間距、2000 kN·m能級場地整體下沉量小于6 m間距、3000 kN·m能級的情況，同時5 m間距、2000 kN·m的能級隆起量明顯大于6 m間距、3000 kN·m能級。

(3)從夯擊沉降、隆起量以及夯前夯后現(xiàn)場標貫及室內(nèi)土工試驗可以看出，采用6 m間距、3000 kN·m能級的強夯效果與5 m間距、2000 kN·m能級的強夯效果基本一致。

(4)綜合上述兩個方面，考慮夯擊能的有效利用、夯擊加固影響深度，確保強夯加固的效果，大面積強夯采用3000 kN·m夯擊能、6 m夯擊間距。由于回填土多樣性，導致結構性較差，不同夯擊參數(shù)下夯擊效果具有一定的差異，且與設計參數(shù)選取、施工工藝等密切相關，因此大面積回填土方強夯施工應充分分析地質(zhì)情況，通過現(xiàn)場試驗來尋求最佳的施工參數(shù)與施工工藝［5，6］。

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