不同地基檢測方法在強(qiáng)夯地基處理檢測中的應(yīng)用

林 欽

(健研檢測集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361004)

0 前 言

地基處理是建筑工程施工過程中重要的環(huán)節(jié)和工作內(nèi)容，建筑施工的區(qū)域不同，其土壤性質(zhì)以及地質(zhì)情況也會(huì)有所不同，因此，必須結(jié)合區(qū)域的地質(zhì)情況來使用不同的地基檢測方法，從而使地基的強(qiáng)度能夠滿足實(shí)際施工的具體需要。目前，強(qiáng)夯地基是建筑工程施工中最常用的一種地基處理方法，并且該處理方法要結(jié)合一定的檢測方式，才能夠在所檢測的土壤性質(zhì)方面選擇具有針對(duì)性的強(qiáng)夯處理方式。

1 案例背景

本文結(jié)合我國貴州省某處廠址來進(jìn)行分析，其場地的主要地層由回填素填土、殘積粉質(zhì)黏土、坡洪積粉質(zhì)黏土及碎石土以及灰?guī)r夾砂泥巖和砂泥巖互層夾煤層構(gòu)成，地勢開闊，因此，利用動(dòng)探、載荷和面波檢測方式試驗(yàn)布點(diǎn)，具體如圖1所示。

圖1 廠址三種檢測試驗(yàn)測點(diǎn)分布

該檢測所采用的面波為瞬態(tài)瑞雷波，并且采用單排列多道觀察系統(tǒng)，采用12道進(jìn)行排列，間距為2 m，偏移距為2 m，長度為12 m，記錄長度為1 024 ms，利用錘擊單邊激發(fā)觀測，并且每次采用5個(gè)道間距呈現(xiàn)一字方式進(jìn)行觀測線布置，采用63.5 kg的重錘觸探。

2 強(qiáng)夯地基處理檢測的主要內(nèi)涵和應(yīng)用背景

強(qiáng)夯加固效果的檢驗(yàn)是強(qiáng)夯工程施工中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其主要包括施工過程中的質(zhì)量檢測以及強(qiáng)夯過后的地基質(zhì)量檢測。目前在檢測手段方面一般有載荷試驗(yàn)、靜力觸探、動(dòng)力觸探以及現(xiàn)場剪切試驗(yàn)和波速試驗(yàn)等方式。隨著物探技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，波勘探已經(jīng)在強(qiáng)夯地基檢測中間被廣泛應(yīng)用，其強(qiáng)夯加固效果的檢驗(yàn)方式是根據(jù)不同工程的不同要求決定的。在相關(guān)的施工規(guī)范中明確規(guī)定，在強(qiáng)夯處理之后的竣工驗(yàn)收時(shí)，采用原位測試和室內(nèi)土工試驗(yàn)來對(duì)其承載力進(jìn)行檢驗(yàn)，在置換位置進(jìn)行竣工驗(yàn)收時(shí)，需要采用單墩載荷試驗(yàn)對(duì)其承載力進(jìn)行檢驗(yàn)。并且在此過程中需要采用動(dòng)力觸探等方式將置換墩底的各種情況以及承載力隨著密度的變化情況詳細(xì)明確。飽和粉土地基是可以利用單墩復(fù)合地基載荷試驗(yàn)代替單墩載荷試驗(yàn)的，這樣可以顯示出不同的檢驗(yàn)方法，其目的也是不同的。

3 常用地基檢測方法

1)載荷試驗(yàn)法：荷載試驗(yàn)主要是利用一定形狀的剛性承壓板，一般承壓板的形狀不固定，有圓形或者方形等，然后在上面加上一個(gè)豎向荷載，記錄其下降和上升的數(shù)據(jù)，最終獲得載荷和沉降之間的關(guān)系，一般該關(guān)系可用曲線形式表現(xiàn)。該方式的優(yōu)點(diǎn)是其可以運(yùn)用到各種黏土或者碎石等不同的施工現(xiàn)場，另外，其不但可以對(duì)建筑物的實(shí)施條件和載荷試驗(yàn)做出相同的實(shí)驗(yàn)，而且可以對(duì)天然埋藏條件下的巖土施工現(xiàn)場做出模擬實(shí)驗(yàn)，其獲得的地基承載力準(zhǔn)確性更高。缺點(diǎn)是載荷試驗(yàn)只能在承壓板下方1.5～2.0倍承壓板直徑或?qū)挾鹊纳疃确秶鷥?nèi)進(jìn)行巖土檢驗(yàn)，并且其所應(yīng)用的承壓板尺寸都會(huì)小于2 m，這些因素導(dǎo)致荷載試驗(yàn)只能用于地基較淺的位置進(jìn)行探測，并且需要大量的人力和物力。

2)動(dòng)力觸探法：動(dòng)力觸探法主要是利用效果良好的穿心錘在固定高度做自由落體運(yùn)動(dòng)，然后利用對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的圓錐形金屬探頭推進(jìn)到土壤內(nèi)部，按照其進(jìn)入的深度和范圍選擇錘擊數(shù)，進(jìn)而得到對(duì)其基土的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)是該方式主要是連續(xù)性作業(yè)，并且可以從圖層地面開始很容易得到土層表面到深處的動(dòng)探擊數(shù)，一方面可以看到地基強(qiáng)夯的加固效果；另一方面可以看到其影響深度以及加固深度，并且一般的碎石土地是不能夠利用原位檢測方式的，因此，利用重型動(dòng)力觸探方法極佳。其缺點(diǎn)是動(dòng)力觸探不容易建立在所有場地，一旦缺少一定的資料和數(shù)據(jù)，很難對(duì)施工現(xiàn)場的土地承載力做出最準(zhǔn)確的判斷。

3)面波波速試驗(yàn)法：面波波速試驗(yàn)一般指的是瑞雷面波，根據(jù)波的干擾可以從彈性分界面構(gòu)成沿著界面?zhèn)鞑サ囊活悘椥圆?，一般與地基的強(qiáng)夯效果的有效性成反比關(guān)系，具體如圖2所示。

圖2 強(qiáng)夯前后的地層速度比較

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)方法更加快速、便捷，其主要檢測的是土體之間的平均波速，這樣可以利用以點(diǎn)帶面的方式來提升檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)其使用范圍較廣，不會(huì)受到任何地形和地質(zhì)的影響，在使用面波波速的檢測就可以達(dá)到現(xiàn)場施工檢測的具體要求。但是缺點(diǎn)是其與施工現(xiàn)場土的力學(xué)性質(zhì)有一定的關(guān)系，一旦缺少一定的參數(shù)對(duì)比，難以利用該方式對(duì)地基承載力和力學(xué)指標(biāo)做出精準(zhǔn)的判斷。

4 檢測結(jié)果與分析

1)靜載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：在動(dòng)探點(diǎn)進(jìn)行靜載試驗(yàn)，承壓板的中心與動(dòng)探點(diǎn)基本重合，圖3為靜載曲線荷載試驗(yàn)的P-S對(duì)比曲線。

圖3 靜荷試驗(yàn)的強(qiáng)夯前與強(qiáng)夯后曲線對(duì)比

經(jīng)過上述曲線分析，當(dāng)強(qiáng)夯之前的地基承載力不大于150 kPa時(shí)，變形模量在4.6～12.3MPa，難以滿足實(shí)際的設(shè)計(jì)需求，強(qiáng)夯之后變形模量在15.8～21.6MPa，滿足設(shè)計(jì)需求，可以證明在地基淺部實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了動(dòng)力觸探結(jié)果的有效性。

2)動(dòng)探數(shù)據(jù)分析：動(dòng)力觸探的測點(diǎn)與面波位置相同，并需要記錄一陣擊的貫入量以及其相應(yīng)的錘擊數(shù)，然后利用公式N=10 K/S，其中N為貫入每次的實(shí)際錘擊樹木，K為陣擊的錘擊數(shù)目，S為一陣擊的貫入量，然后將5擊作為一陣擊，算出每貫入10 cm所需要的錘擊數(shù)。當(dāng)土層密實(shí)時(shí)可以直接計(jì)入每次貫入的錘擊數(shù)目，當(dāng)土層較為松軟時(shí)應(yīng)當(dāng)將陣擊數(shù)目減少。然后將每10 cm的錘擊數(shù)進(jìn)行桿長修正，繪制深度-錘擊數(shù)關(guān)系曲線，如圖4。

圖4 強(qiáng)夯前后深度-錘擊數(shù)關(guān)系曲線

經(jīng)過圖4分析在測點(diǎn)1的強(qiáng)夯區(qū)域，強(qiáng)夯前在0到5.6 m的深度范圍內(nèi)的錘擊數(shù)在1到10次，平均為5.2次，地面承載力估算為212 kPa；強(qiáng)夯后在此范圍內(nèi)的錘擊數(shù)為4到14次，平均值為9.1次，地面承載力估算為251 kPa。測點(diǎn)2強(qiáng)夯區(qū)域在強(qiáng)夯前0到5.2 m深度范圍內(nèi)的錘擊數(shù)為1～8次，平均為4.8次，地面承載力在208 kPa；強(qiáng)夯后在此范圍內(nèi)錘擊數(shù)為4到13次，平均值為9.3次，地面承載力為253 kPa。

3)瑞雷面波數(shù)據(jù)分析：瑞雷面波波速試驗(yàn)是對(duì)施工區(qū)域的強(qiáng)夯前與強(qiáng)夯后地基土質(zhì)速度進(jìn)行分析，并且二者實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位置相同，從而利用速度頻散曲線的特征推出波的速度。然后根據(jù)公式v=(0.87+1.12σ/1+σ)×vs。其中v代表面波的速度，vs代表剪切波的速度，σ代表泊松比。算出剪切波速度，然后對(duì)強(qiáng)夯前和強(qiáng)夯后的剪切波速度進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，繪制集成頻散曲線圖，如圖5～6所示。

圖5 測點(diǎn)1強(qiáng)夯前和后的頻散曲線

圖6 測點(diǎn)2強(qiáng)夯前和后的頻散曲線

經(jīng)過圖5～6對(duì)比可以看出，強(qiáng)夯后速度比強(qiáng)夯前速度有著明顯提高，并且可以看出，強(qiáng)夯加固的效果隨著深度增加而明顯變小，并且隨著深度的增加面波波速也在逐漸增加，土體的承載力也在發(fā)生變化。

5 三種數(shù)據(jù)結(jié)果探究分析

通過三種方式的對(duì)比可以看出，動(dòng)力觸探可以直觀地反映出強(qiáng)夯前后的土層密實(shí)度以及土層由淺到深的變化情況，并且可以快速地分析出強(qiáng)夯地基的處理效果，但是需要大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及靜載試驗(yàn)等方式進(jìn)行校正，過程較為繁瑣，且設(shè)備較為笨重。

載荷試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)?qiáng)夯區(qū)域的地層承載能力良好地反映出來，但是只能反映出承壓板下方的應(yīng)力影響范圍，對(duì)于深部的強(qiáng)夯處理效果難以反映，并且需要大量的人力和物力以及時(shí)間。

瑞雷面波試驗(yàn)可以將強(qiáng)夯地基加固土體的密實(shí)性變化良好地反映出，并且可以根據(jù)測得的剪切波來估算土層大致的承載力，尤其是深度土體層面，并且方法簡單、快速，但是其只能對(duì)強(qiáng)夯的效果進(jìn)行分析，并不能將強(qiáng)夯處理效果進(jìn)行準(zhǔn)確分析，還需要其他的方式來保證其數(shù)據(jù)的可靠性。因此要根據(jù)地區(qū)的實(shí)際情況以及成本情況來選擇最佳試驗(yàn)方式。

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