粉質(zhì)粘土回填土地基強(qiáng)夯加固效果現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

蔡德慶

（中鐵五局集團(tuán)置業(yè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410083）

回填土地基作為一類欠固結(jié)土地基而具有承載力低、壓縮性大、土質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松等缺點(diǎn)。在環(huán)境允許、土體條件良好的情況下，實(shí)用性強(qiáng)、簡(jiǎn)單快捷、經(jīng)濟(jì)易行的強(qiáng)夯法是地基處理的可靠方法之一[1]。大量的研究表明強(qiáng)夯法處理回填土地基獲得了較為理想的加固效果，可有效提高回填土地基的密實(shí)度和承載力[2-4]。而強(qiáng)夯加固效果的影響因素復(fù)雜，主要包括強(qiáng)夯工藝因素、被夯體的性質(zhì)及賦存環(huán)境[5-6]。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比能級(jí)8 000 kN·m下不同的夯擊工藝時(shí)厚拋填粘土地基的強(qiáng)夯加固效果;利用FLAC-3D與ABAQUS模擬分析不同強(qiáng)夯工藝對(duì)加固效果的影響。同時(shí)，針對(duì)不同的被夯體進(jìn)行了強(qiáng)夯加固效果的系列研究，結(jié)果表明強(qiáng)夯加固效果因不同的被夯體而具有不同的加固效果與適用性好的強(qiáng)夯工藝，分別基于軟土地區(qū)山皮土與細(xì)砂回填土土質(zhì)條件下的強(qiáng)夯加固效果進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究；在房渣土回填地基強(qiáng)夯加固有效深度研究中指出加固深度可根據(jù)多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)與標(biāo)貫試驗(yàn)確定；針對(duì)泥巖高填方地基開(kāi)展了強(qiáng)夯工藝現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)研究對(duì)比了方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，為類似土體強(qiáng)夯能級(jí)的選擇提供了思路[7]。

本文基于四川某標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)廠房8萬(wàn)m2的粉質(zhì)粘土回填土地基進(jìn)行強(qiáng)夯加固現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。根據(jù)不同的回填土厚度選擇合適的夯擊能，劃分夯擊試驗(yàn)區(qū)，在同一夯擊能下進(jìn)行3種不同夯擊次數(shù)的對(duì)比試驗(yàn)，采用工程地質(zhì)鉆探、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、原狀土體壓縮模量測(cè)試進(jìn)行強(qiáng)夯效果檢測(cè)，從而加深對(duì)粉質(zhì)粘土回填土地基強(qiáng)夯加固設(shè)計(jì)及效果的認(rèn)識(shí)，為該類土作為回填土地基的工程應(yīng)用提供參考。

1 粉質(zhì)粘土回填土地基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)條件

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同填土厚度，設(shè)置2個(gè)不同夯擊能。在同一夯擊能下，試夯3種不同夯擊次數(shù)的區(qū)域，試驗(yàn)總強(qiáng)夯面積約為2 400 m2。根據(jù)25個(gè)鉆孔揭露的地質(zhì)資料，場(chǎng)地填土主要由粉質(zhì)粘土組成，其特征：褐色-黃褐色，褐紅色，未完成自重固結(jié)，呈稍濕、松散、可塑-硬塑狀態(tài)，填土厚度約為5.0 m與8.0 m。

1.2 試夯設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2.1 單擊夯擊能與夯擊點(diǎn)的布置

（1）填土深度在5 m的區(qū)域，試夯采用2 000 kN·m的夯擊能；（2）填土深度在8 m的區(qū)域，試夯采用4 000 kN·m的夯擊能；（3）2 000 kN·m的試夯區(qū)夯點(diǎn)按：3.0 m×3.0 m正方形布置；（4）4 000 kN·m的試夯區(qū)夯點(diǎn)按：3.5 m×3.5 m正方形布置。

1.2.2 夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)

為了檢測(cè)不同夯擊次數(shù)下的強(qiáng)夯效果，本次試夯在相同夯擊能下按9擊、14擊、19擊，分為3個(gè)試夯區(qū)，考慮工期影響，采用夯擊遍數(shù)為2遍，間歇時(shí)間為7 d，最后采用低能量滿夯夯實(shí)表層松土。試夯3種不同夯擊次數(shù)的區(qū)域。以最后兩擊的平均夯沉量小于50 mm可結(jié)束強(qiáng)夯試驗(yàn)，同時(shí)夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過(guò)大的隆起且不因夯坑過(guò)深而發(fā)生提錘困難。

1.3 強(qiáng)夯效果檢測(cè)及技術(shù)指標(biāo)

為了查明試驗(yàn)區(qū)內(nèi)地基強(qiáng)夯的處理效果，確定地基土的承載力，試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯效果檢驗(yàn)在野外鉆探的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了取樣后的原狀土壓縮模量試驗(yàn)（共6孔81次測(cè)試）、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)（63.5 kg，共12孔90次）、密實(shí)度試驗(yàn)（取3試樣，共18次測(cè)試）、荷載板試驗(yàn)（采用堆載法，荷載板面積為0.5 m2，加荷等級(jí)不少于8級(jí)，共計(jì)6處）等方法。通過(guò)4種方法來(lái)確定地基土的承載力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。技術(shù)指標(biāo)包括：（1）承載力的要求是廠房?jī)?nèi)地坪及道路地基承載力特征值fak≥150 kPa；（2）壓縮模量的要求是強(qiáng)夯區(qū)范圍上部（3 m以內(nèi)）的壓縮模量Es≥5 MPa，3 m以下壓縮模量Es≥4 MPa；（3）壓實(shí)度的要求：強(qiáng)夯區(qū)范圍壓實(shí)度90%。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果及分析

如圖1和圖2所示的夯擊能分別為2 000 kN·m、4 000 kN·m的強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)的動(dòng)力觸探試驗(yàn)曲線，根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)、重型（63.5 kg）動(dòng)力觸探試驗(yàn)，通過(guò)綜合分析，結(jié)果表明重型（63.5 kg）動(dòng)力觸探試驗(yàn)在0～3.0 m范圍內(nèi)承載力標(biāo)準(zhǔn)值偏大，這可能由于上部的填土經(jīng)強(qiáng)夯后已形成了較密實(shí)的硬殼層而造成的。填土在地層垂直方向上每約1.0 m均作1項(xiàng)檢測(cè)試驗(yàn)，故較為全面系統(tǒng)地了解了夯區(qū)加固粉質(zhì)粘土地層的工程地質(zhì)特征。

圖1 夯擊能為2 000 kN·m重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)曲線圖

圖2 夯擊能為4 000 kN·m重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)曲線圖

2.2 壓縮模量試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過(guò)對(duì)所取非擾動(dòng)土樣進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)，所得各強(qiáng)夯區(qū)域的壓縮模量試驗(yàn)成果如圖3所示。從圖中可以看出，隨著夯實(shí)功及夯擊次數(shù)的增加，壓縮模量也隨著增加，尤其回填土厚度在0～3 m范圍內(nèi)變化趨勢(shì)較明顯；因此土體加固效果更佳。亦知，隨著夯擊次數(shù)的增加，強(qiáng)夯加固影響深度在逐漸增加，如圖3（a）中夯擊能2000 kN·m地基土厚度5 m位置處擊數(shù)為9和14時(shí)壓縮模量相差不大，擊數(shù)為19時(shí)壓縮模量變化明顯；圖3（b）中亦可以得到類似的結(jié)果，地基土厚度8 m位置處擊數(shù)為9和14時(shí)壓縮模量變化不大，擊數(shù)為19時(shí)壓縮模量變化明顯，說(shuō)明夯擊能2 000 kN·m和4 000 kN·m擊數(shù)達(dá)到14擊強(qiáng)夯影響深度均可以滿足回填土厚度5 m、8 m填土加固要求。夯擊能2 000 kN·m時(shí)擊數(shù)14與19擊及夯擊能4 000 kN·m時(shí)均能滿足加固深度范圍內(nèi)0～3 m壓縮模量Es≥5 MPa，深度超過(guò)3.0 m時(shí)Es≥4 MPa，因此以壓縮模量為技術(shù)指標(biāo)，在考慮影響深度、施工效率及經(jīng)濟(jì)性的情況下，夯擊能2 000 kN·m時(shí)擊數(shù)為14擊可滿足強(qiáng)夯加固要求，在4 000 kN·m擊數(shù)達(dá)到19可較好地滿足工程要求。

圖3 壓縮模量圖

2.3 壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，及現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度試驗(yàn)，對(duì)不同區(qū)域測(cè)得壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。通過(guò)比較表中數(shù)據(jù)可以看出：隨著夯擊能及夯擊次數(shù)的增加，壓實(shí)度也隨著增加，其中夯擊能4 000 kN·m擊數(shù)為14、19擊和夯擊能2 000 kN·m擊數(shù)為19擊可以較好地滿足技術(shù)性能指標(biāo)90%的要求，夯擊能2 000 kN·m擊數(shù)為14擊基本滿足壓實(shí)度技術(shù)指標(biāo)要求。

表1 壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）強(qiáng)夯法對(duì)厚填粉質(zhì)粘土回填土地基具有較好的加固效果，隨著擊能或夯擊數(shù)增加強(qiáng)夯加固效能影響深度增加。

（2）粉質(zhì)粘土填土地基經(jīng)強(qiáng)夯后可能形成上部范圍較密實(shí)的硬殼層，造成的重型（63.5 kg）動(dòng)力觸探試驗(yàn)在0～3.0 m范圍內(nèi)承載力標(biāo)準(zhǔn)值偏大。

（3）對(duì)于本工程中欠固結(jié)的稍濕粉質(zhì)粘土，采用強(qiáng)夯能級(jí)2000 kN·m擊數(shù)14擊可滿足填土厚度為0～5.0 m的回填土地基對(duì)壓縮模量、承載力特征值和壓實(shí)度的技術(shù)要求，而對(duì)粉質(zhì)粘土填土厚度5.0～8.0 m則當(dāng)強(qiáng)夯能級(jí)增大至4 000 kN·m擊數(shù)為19可以很好滿足工程技術(shù)要求，這對(duì)粉質(zhì)粘土回填土地基的強(qiáng)夯工程實(shí)踐具有參考意義。