液化地基強(qiáng)夯法處理的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

劉衛(wèi)峰 （安徽省海通建設(shè)集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前言

強(qiáng)夯法又稱動(dòng)力固結(jié)法或動(dòng)力壓密法，它是將質(zhì)量為10t～40t（最大可達(dá)400t)的重錘，從10m～40m高處自由落下，給地基以沖擊和振動(dòng)，使地基內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)大的應(yīng)力波，引起土體應(yīng)力、孔隙水壓力等的變化，達(dá)到提高地基強(qiáng)度、降低其壓縮性、改善土的振動(dòng)液化條件的目的[1～4]。由于強(qiáng)夯法具有施工簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可行、加固效果明顯等優(yōu)點(diǎn),在許多工程的地基處理中有廣泛的應(yīng)用[5～10]。本文將以某液化地基為例，在劃分區(qū)塊內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和孔隙水壓力監(jiān)測(cè)進(jìn)行合理的施工控制,得出一些有益結(jié)論可供強(qiáng)夯處理飽和液化土地基設(shè)計(jì)與施工參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 工程概況

擬建場(chǎng)地處于某液化地區(qū)內(nèi)，地下水位埋深在1.7m左右。據(jù)勘察資料分析：I區(qū)場(chǎng)地內(nèi)巖土層分布自上而下依次分別為黃褐色粉質(zhì)粘土夾粉土、灰色粉質(zhì)粘土夾粉土、灰色粉質(zhì)粘土和黃褐色粉質(zhì)粘土夾粉細(xì)砂等，厚度分別為4.5m、3.1m、1.4m、3m，標(biāo)貫擊數(shù)平均值分別為4擊、4擊、14擊、13擊；II區(qū)場(chǎng)地內(nèi)巖土層分布自上而下依次分別為黃褐色粉質(zhì)粘土、灰色粉質(zhì)粘土、灰綠色粉質(zhì)粘土和黃褐色粉質(zhì)粘土夾粉細(xì)砂等，厚度分別為4.2m、3.3m、1.2m、3.3m,標(biāo)貫擊數(shù)平均值分別為 6擊、6擊、15擊、17擊。

地基處理的設(shè)計(jì)要求：有效加固深度不小于6～8m，地基承載力達(dá)到180kPa。地基存在的主要問題有：地基中粉土含量較多，同時(shí)經(jīng)計(jì)算該地段修正液化臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)為6擊，判斷該地段地基為液化地基，需要進(jìn)行抗液化處理。綜合以上分析，在場(chǎng)地內(nèi)劃分了強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)，通過試驗(yàn)來確定合理的施工控制并研究強(qiáng)夯加固效果。

1.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)參數(shù)及內(nèi)容

為了保證工程質(zhì)量，并為后續(xù)大面積施工提供合理的工藝參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分為I、II區(qū)進(jìn)行，且I區(qū)和II區(qū)又分別分為IA、IB和 IIA、IIB4個(gè)亞區(qū)。IA、IB、IIA、IIB區(qū)主副夯夯擊能分別為 3000kN·m、2000kN·m、3000kN·m、2000kN·m，相應(yīng)墊層厚度分別為0.8m、0.7m、1.0m、0.7m。I、II區(qū)夯點(diǎn)布置與測(cè)試內(nèi)容見圖 1和圖2。

圖1 I區(qū)夯點(diǎn)布置與測(cè)試內(nèi)容圖

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 夯沉量與擊數(shù)的關(guān)系

各試夯區(qū)典型夯點(diǎn)夯沉量與擊數(shù)關(guān)系見圖3所示。

從圖3中可見，夯擊能量大的（IA、IIA）夯沉量總大于夯擊能量小的（IB、IIB）夯沉量，隨著擊數(shù)的增加，有墊層時(shí)的夯沉量小于無墊層時(shí)的夯沉量；2000kN·m時(shí)，最佳夯擊次數(shù)為4次，3000kN·m時(shí)，最佳夯擊次數(shù)為3次。

2.2 孔隙水壓力隨深度的變化

夯擊時(shí)孔隙水壓力隨深度的變化規(guī)律見圖4所示。

圖3 試夯區(qū)典型夯沉量與擊數(shù)關(guān)系曲線（a）

圖2 II區(qū)夯點(diǎn)布置與測(cè)試內(nèi)容圖

圖3 試夯區(qū)典型夯沉量與擊數(shù)關(guān)系曲線（b）

圖3 試夯區(qū)典型夯沉量與擊數(shù)關(guān)系曲線（c）

從圖4中可見，在I區(qū)：夯擊時(shí)總的孔隙水壓力值相對(duì)較小，這主要時(shí)由于I區(qū)土的滲透性較大，孔隙水壓力難以積累所致。夯擊能為3000kN·m時(shí)，10m處的孔隙水壓力有一定的增長(zhǎng)，說明其影響深度達(dá)10m，而2000kN·m時(shí)，8m處的孔隙水壓力幾乎沒有變化，而6m處有較明顯的變化，因此推測(cè)其影響的深度達(dá)7.5m。在II區(qū)：夯擊能為3000kN·m時(shí)，9m處孔隙水壓力有明顯的變化，而12m處孔隙水壓力無變化，因此3000kN·m時(shí)，影響深度約為10m，夯擊能為2000kN·m時(shí)，6m處孔隙水壓力有明顯的變化，而9m處孔隙水壓力無變化，因此2000kN·m時(shí)的影響深度能達(dá)7.5m。

2.3 孔隙水壓力隨時(shí)間的消散關(guān)系

強(qiáng)夯引起的孔隙水壓力隨時(shí)間的消散規(guī)律見圖5所示。

從圖4中可見，對(duì)于I區(qū)：無論有墊層還是無墊層，孔隙水壓力消散較快，3000kN·m時(shí)，24h內(nèi)即消散90%；2000kN·m時(shí)，24h內(nèi)消散完畢。因此，I區(qū)遍夯間歇時(shí)間為1d。對(duì)于II區(qū)：3000kN·m時(shí)72h內(nèi)孔壓消散達(dá)90%以上，2000kN·m時(shí)48h孔壓消散即達(dá)70%以上，72h內(nèi)消散完畢。因此，II區(qū)遍夯間歇時(shí)間為3d。

3 試夯區(qū)處理效果

為了檢驗(yàn)強(qiáng)夯后試夯區(qū)處理效果，夯后對(duì)試夯區(qū)進(jìn)行SPT、CTP、SAMW試驗(yàn)，I區(qū)在遍夯8d～10d，副夯20d～22d進(jìn)行。II區(qū)在主夯后45d進(jìn)行。其中II區(qū)試驗(yàn)過程中由于場(chǎng)地條件限制只進(jìn)行了部分主夯。

圖4 I、II區(qū)超孔隙水壓力隨深度變化關(guān)系（a）

圖4 I、II區(qū)超孔隙水壓力隨深度變化關(guān)系（b）

圖4 I、II區(qū)超孔隙水壓力隨深度變化關(guān)系（c）

圖4 I、II區(qū)超孔隙水壓力隨深度變化關(guān)系（d）

3.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)SPT

圖5 I、II區(qū)孔隙水壓力消散曲線（a）

圖5 I、II區(qū)孔隙水壓力消散曲線（b）

在I區(qū)共進(jìn)行了36個(gè)標(biāo)貫試驗(yàn)，II區(qū)共進(jìn)行了20個(gè)標(biāo)貫試驗(yàn)，從測(cè)試結(jié)果可以看出：

①處理后的地基強(qiáng)度有較大的提高；

②I區(qū)較I區(qū)夯后強(qiáng)度增長(zhǎng)較多，這與夯后間歇時(shí)間較長(zhǎng)有關(guān)，也說明夯后土層強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間而增長(zhǎng)；

③在7m以上土層N63.5夯后均增大，在8m～8.5m深度處N63.5略有減少，這主要是下部粘性土受擾動(dòng)影響所致；

④夯擊能2000kN·m的有效加固深度為7m，3000kN·m的有效加固深度可取為7.5m～8.0m，與2000kN·m無明顯區(qū)別，這與試驗(yàn)區(qū)土層分布密切相關(guān)；

⑤墊層對(duì)加固后土層的N63.5無明顯影響，亦即本工程中墊層設(shè)置與否對(duì)加固效果沒有直接影響。

3.2 靜力觸探試驗(yàn)CPT

從靜力觸探試驗(yàn)CPT結(jié)果可以看出：

①夯后土層靜力觸探試驗(yàn)比貫入阻力ps值明顯增大，說明土層強(qiáng)度得到了改善；

②能量為2000kN·m時(shí)，深度7.0m～7.5m以上ps值增大，其下則無明顯變化，這說明2000kN.m的有效加固深度為7.0m；

③能量為3000kN·m時(shí)，有效加固深度為7.5m～8.0m；

④墊層設(shè)置的影響在CPT成果中有明顯反映。首先，當(dāng)有墊層時(shí)地表形成一硬殼層，ps值增大很多；第二設(shè)置墊層對(duì)強(qiáng)夯影響深度有一定影響，一般使影響深度略有增大。

3.3 SAMW試驗(yàn)

SASW法是利用瞬態(tài)激振時(shí)產(chǎn)生頻率豐富的瑞利波，通過頻譜分析，來確定傳播介質(zhì)的特性，因此該法又稱為表面波頻譜分析法。SASW法具有快捷、可靠的特點(diǎn)，是地基處理效果評(píng)價(jià)的一種新技術(shù)，特別適合于大面積地基處理評(píng)價(jià)。本試驗(yàn)在I區(qū)夯前后用SASW法進(jìn)行了測(cè)試，夯前與夯后地基剪切波速與深度的關(guān)系見表1所示。

夯前夯后SASW法剪切波速測(cè)試成果(單位：m/s) 表1

由表1分析可知：

①夯后土層剪切波速有顯著的變化，即較夯前有明顯的提高；

②夯擊能位2000kN·m時(shí)，在7.0m以上，剪切波速增大，而深部剪切波速略有減小，說明有效加固深度為7m，這與前述SPT、CPT測(cè)試結(jié)果是一致的；

③夯擊能為3000k·Nm時(shí)，在8.0m以上剪切波速增大，其下則略有降低，這與前述的SPT、CPT測(cè)試結(jié)果也是一致的；

④有無墊層對(duì)深部剪切波速影響不大。

這些成果說明SASW法檢驗(yàn)液化地基強(qiáng)夯加固效果是切實(shí)可行的。

4 結(jié)論

①根據(jù)強(qiáng)夯試驗(yàn)、試驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)效果，最佳夯擊能為2000kN·m，夯擊4次。

②由孔隙水壓力消散規(guī)律得出，I區(qū)遍夯間歇時(shí)間為1d，II區(qū)遍夯間歇時(shí)間為3d。

③當(dāng)土層條件以粉質(zhì)亞粘土、粉土為主要加固對(duì)象時(shí)，2000kN·m的有效加固深度為7.0m，即梅納公式中的a系數(shù)可取0.5；試驗(yàn)取采用3000kN·m時(shí)的影響深度達(dá)10.0m，但有效加固深度僅為8.0m左右，這主要與下伏粘性土的工程性質(zhì)有關(guān)。

④根據(jù)本區(qū)墊層設(shè)置的比較，本區(qū)墊層的主要作用除了支撐強(qiáng)夯設(shè)備，保證強(qiáng)夯施工順利進(jìn)行外，還對(duì)提高表層地基處理程度、改善上部加固效果有一定的作用，因此為保證強(qiáng)夯施工順利進(jìn)行，以達(dá)到預(yù)期的效果，在地表軟弱地段設(shè)置50cm～70cm墊層是必要的，可以滿足施工要求。

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