某物流倉儲區(qū)強夯加固填土地基的試驗與應(yīng)用

劉運剛

中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院，湖南 長沙 410004

1969 年法國工程師L.Menard 提出強夯加固地基工法，初期僅用來加固砂土和碎石土地基。隨著應(yīng)用實踐和研究的不斷進展[1-2]，該技術(shù)不斷完善。中國于1978 年引進該技術(shù)，在實踐中不斷加以研究并取得了不少地區(qū)性的經(jīng)驗，應(yīng)用范圍擴大到濕陷性土[3-7]，但在中國南方含水量較大填土中的研究經(jīng)驗還不是很豐富。長沙某擬建物流倉儲區(qū)大面積填土層最初擬采用注漿加固[3]，因試驗、檢測，不能達到要求而終止。后改為強夯方案；為了采用強夯地基，2019 年9 月至10 月在填方區(qū)進行強夯加固填土層的試驗工作，并對強夯加固前后的填土層分別做了各種檢測、實驗工作，取得了豐富的實驗資料和十分理想的實際效果，為大面積采用強夯地基提供了詳細的施工參數(shù)和施工工藝?，F(xiàn)就強夯加固填土層所進行的試驗、效果及應(yīng)用做如下介紹。

1 工程概況

擬建的長沙某擬建物流倉儲項目占地約10.5萬m2，由1#～4#棟1 層倉庫、設(shè)備用房、物業(yè)用房和門衛(wèi)組成，1#～4#棟1 層倉庫建筑高度6.3m，結(jié)構(gòu)類型為門式剛架，地面荷載為60kN/m2。場地削高填低，整平到設(shè)計標(biāo)高后約將有40%區(qū)域為填方區(qū)，最大填土厚度將達17m，平均填土厚度6.5m。

大面積填土前對場地進行了詳細勘察。填土層下的地層自上而下依次為：

素填土（Q4h）：褐黃色、褐紅色，成分以粉質(zhì)黏土為主，混有少量圓礫，局部混入的圓礫達30%左右。稍濕，底部濕度較大。系新近堆填，局部分布。厚度2.2～5.2m，平均厚度3.1m。

粉質(zhì)黏土（Q3al+pl）：褐黃色、灰黃色、紅褐色，硬塑-堅硬，無搖震反應(yīng)，稍有光滑，中等干強度，中等韌性，平均厚度5.74m。

圓礫（Q3al+pl）：灰褐色、黃褐色，稍密-中密，很濕-飽和，礫(卵)石成分主要為石英巖和石英砂巖，為圓-亞圓形，粒徑一般為2～20mm，最大為50mm，含量約占50%～60%，充填主要為中粗砂，含少量泥質(zhì)，平均厚度2.20m。

殘積粉質(zhì)黏土（Q3el）：褐黃色、灰黃色，硬塑，稍有光滑，無搖震反應(yīng)，中等干強度，中等韌性，由下伏基巖風(fēng)化殘積而成，平均厚度3.29m。

殘積粉質(zhì)黏土下為強風(fēng)化泥質(zhì)板巖。

2 強夯試驗

2.1 施工機具

（1）夯錘

根據(jù)加固要求選用錘重為150kN 的夯錘，夯錘的材料為厚鋼板外殼，內(nèi)澆注混凝土制成。

夯錘底面采用圓形，錘底面積為3m2，錘底靜壓力值40kPa。夯錘的底面對稱設(shè)置4 個與其頂面貫通的排氣孔，以消除高空下落時的氣墊，且便于從夯坑中起錘，孔徑為200mm。

（2）強夯機采用穩(wěn)定性較好的履帶式起重機

（3）自動脫鉤裝置

當(dāng)強夯機施工將夯錘吊至設(shè)計高度時，要求夯錘自動脫鉤，使夯錘自由下落，夯擊地基。本次試驗采用設(shè)定高度自動脫錘，效果良好。

2.2 施工參數(shù)

根據(jù)試驗設(shè)計方案，在27m×31m 的范圍內(nèi)按4m 的間距網(wǎng)狀布置夯點，共布置52 個夯點（圖1）。夯錘重為120kN，落距20m，夯擊能200kN?m，跳夯三遍，每遍夯擊4 錘。第一遍與第二遍間隔3天，第二遍與第三遍間隔2 天，第三遍后間隔1天滿夯一遍[8-11,13]。

3 試驗成果及分析

3.1 夯沉量和隆起量

對1、2、3 號試驗點第一、二、三遍夯擊產(chǎn)生的夯沉量和隆起量匯總統(tǒng)計見表1。

表1 各試驗點夯沉量和隆起量統(tǒng)計Table 1 Statistics of ramming volume and upheaval volume at each test point

從表中實驗數(shù)據(jù)可以看出：①填土厚度越大，夯沉量越大，外圍隆起量越?。虎诖蟛糠趾怀亮堪l(fā)生在夯擊過程的前部分，大部分隆起量發(fā)生在夯擊過程的后部分。

3.2 標(biāo)準貫入實驗

在前述夯點位置不同深度處進行標(biāo)準貫入實驗，夯前進行標(biāo)準貫入實驗42 次，夯后進行標(biāo)準貫入實驗45 次，標(biāo)準貫入實驗成果統(tǒng)計見表2。

通過夯前夯后填土層中不同深度標(biāo)準貫入擊數(shù)的變化情況評價強夯對填土層不同深度位置的加固效果。從表中實驗數(shù)據(jù)可以看出：強夯后深度7.0m 以內(nèi)的填土，標(biāo)準貫入擊數(shù)顯著增加；深度7.0m 以下的填土，標(biāo)準貫入擊數(shù)增加幅度迅速衰減。

表2 各試驗點夯前、夯后標(biāo)準貫入實驗成果統(tǒng)計Table 2 Statistics of standard penetration experimental results of test points before and after ramming

3.3 夯前夯后填土的物理力學(xué)性質(zhì)變化情況

在上述夯前標(biāo)準貫入實驗鉆孔內(nèi)取夯前、夯后土樣各24 件進行室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)實驗，并在現(xiàn)場用灌砂法測量夯前、夯后填土的容重、含水量、干容重，室內(nèi)實驗和現(xiàn)場的原位實驗成果見表3。

實驗表明：強夯前后填土層的含水量沒有明顯變化，與土的密實程度有關(guān)的指標(biāo)（容重、干容重、孔隙比、壓縮系數(shù)、壓縮模量）都有明顯改善；室內(nèi)實驗和現(xiàn)場灌砂法測得的容重、干容重、孔隙比有一定的差別，這應(yīng)該與不同實驗方法填土中夾雜有風(fēng)化巖塊有關(guān)。

表3 夯前夯后填土物理力學(xué)性質(zhì)實驗成果統(tǒng)計Table 3 Statistics on the experimental results of physical and mechanical properties of filling before and after ramming

3.4 載荷實驗

在上述標(biāo)準貫入實驗、取土樣鉆孔附近選取三處進行載荷實驗。載荷板為面積2.00m2的圓形板，每級加載20KPa，實驗結(jié)果見表4:

表4 夯實地基載荷實驗成果Table 4 Experimental results on load of rammed foundation

3.5 孔隙水壓力增加、消散規(guī)律

為了進一步確定強夯影響深度和正式施工時每遍夯擊的時間間隔，另選填土較厚處進行強夯下填土中孔隙水壓力增加、消散規(guī)律觀測實驗。孔隙水壓力計為振弦式，量程規(guī)格為0.2MPa 和0.3MPa。埋設(shè)并調(diào)試好孔壓計，待孔壓穩(wěn)定后開始強夯作業(yè)。分別在每次夯擊和每點夯擊完成后的5min、10min、30min、1h、2h、6h、12h、1d、2d、3d、4d 進行測試[9-13]。夯擊次數(shù)采用9～13 次，最后滿夯一遍。夯擊能采用3000、3600KN?m 的能級，夯點布置夯擊次數(shù)和夯能的詳細情況見表5。

表5 夯擊試驗參數(shù)表Table 5 Test parameters for ramming

（1）孔隙水壓力隨夯擊數(shù)的變化規(guī)律

兩試驗點不同深度填土層中的孔隙水壓力在每遍夯時隨夯擊數(shù)的變化曲線如下圖（圖2～5）。

圖2 試驗點1 第一遍夯擊時孔隙水壓力變化情況Fig 2 Change of pore water pressure during the first ramming on the test point 1

圖3 試驗點2 第一遍夯擊時孔隙水壓力變化情況Fig 3 Change of pore water pressure during the first ramming on the test point 2

圖4 試驗點1 第二遍夯擊時孔隙水壓力變化情況Fig 4 :Change of pore water pressure during the second ramming on the test point 1

圖5 試驗點2 第二遍夯擊時孔隙水壓力變化情況Fig 5 :Change of pore water pressure during the second ramming on the test point 2

通過分析上圖不同夯擊能下孔隙水壓力的變化，大致可以得出如下結(jié)論：深度越大，孔隙水壓力的變化越小。不同夯擊能下，5～9m 深的孔壓變化很明顯；深度不低于11m 時孔隙水壓力的變化很小，亦即對深度不低于11m 的土層夯密作用很??；前5～7 擊孔隙水壓力迅速升高，但隨著夯擊次數(shù)的增加，越到后來升高幅度越少，表明趨于飽和。圖中曲線表明：3000KNm、3600KNm的夯擊能的最佳夯擊數(shù)分別為7 次、9 次左右，在此基礎(chǔ)上再繼續(xù)夯擊，對土層的夯密作用增加較小。

（2）孔隙水壓力消散規(guī)律

兩試驗點不同深度填土層中的孔隙水壓力在每遍夯達到峰值后消散曲線如下圖（圖6～7）。

圖6 試驗點1 孔隙水壓力消散情況Fig 6: Pore water pressure dissipation in test point 1

圖7 試驗點2 孔隙水壓力消散情況Fig 7 Pore water pressure dissipation in test point 2

孔隙水壓力消散曲線表明：土體孔隙水壓力在夯后較短的時間內(nèi)即達到峰值；孔隙水壓力的消散是一個很緩慢的過程，在停夯14 天后，孔隙水壓力大致可消散70%～80%，18 天后孔隙水壓力可消散80%～90%。

4 結(jié)論

本物流倉儲區(qū)只要在適當(dāng)?shù)募竟?jié)，控制好填土層的含水量，采用強夯法處理地基是可行的，完全可以滿足設(shè)計要求和使用功能，既節(jié)省了造價，又縮短了工期；實驗表明，本工程強夯的影響深度在10m 左右，有效加固深度為5～7m，正式施工時應(yīng)控制填土厚度，每層虛土厚度不應(yīng)大于7m，分層夯實；建議正式施工時采用兩遍點夯加一遍滿夯，點夯的單擊夯能宜取3000kNm～3600kNm，點距宜取4.0m×4.0m，每遍9 次即可。滿夯夯能宜取600kNm～800kNm；粉質(zhì)粘土孔隙水壓力完全消散所需的時間一般為14～18d，所以大面積正式施工時，每兩遍夯擊的時間間隔不宜小于15d。