撫仙湖東岸建設(shè)廠區(qū)碎石雜填土強(qiáng)夯方案比選研究

張書(shū)銘 ，燕永鋒，鄭曉軍

(1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093;2.云南省有色地質(zhì)局，昆明 650051)

1 引言

山區(qū)碎石土回填的地基由于其土石比例控制難度大、顆粒粒徑極不均勻、山區(qū)地貌起伏不定導(dǎo)致填土在回填時(shí)的深度不一等原因，導(dǎo)致其在未進(jìn)行有效處理前地基的密實(shí)程度很難滿足建筑的使用要求，因此必須在施工前進(jìn)行一定的具有針對(duì)性的地基處理措施，使其能夠達(dá)到一定的安全儲(chǔ)備[1]。強(qiáng)夯法是工程中最常用的地基處理方法之一，夯錘下落過(guò)程中勢(shì)能轉(zhuǎn)化為巨大的動(dòng)能，再通過(guò)撞擊將這種能量傳遞到地基土層中，產(chǎn)生劇烈震動(dòng)、受壓作用，最終通過(guò)這種反復(fù)加載、卸載使地基振密壓實(shí)，實(shí)現(xiàn)承載力的提升[2-4]。應(yīng)用強(qiáng)夯法對(duì)上述作業(yè)面大、地質(zhì)條件復(fù)雜的場(chǎng)地地基處理中進(jìn)行加固，具有經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保、高效等特點(diǎn)，但目前針對(duì)山區(qū)碎石土填方地基采用強(qiáng)夯法處理的研究較少，尤其是本工程這種采用“削山填谷”的方法進(jìn)行土石方施工的場(chǎng)地，其大多存在填土級(jí)配差、回填厚度較大且薄厚不一的特殊情況，這類場(chǎng)地具體應(yīng)采用何種強(qiáng)夯施工方案才能起到更好的加固效果，能更好地達(dá)到工程質(zhì)量要求，是當(dāng)前需迫切解決的一個(gè)重要問(wèn)題。因此，開(kāi)展山區(qū)碎石土填方地基強(qiáng)夯方案比選，以及加固效果檢測(cè)的研究工作，對(duì)指導(dǎo)云南地區(qū)強(qiáng)夯工程的設(shè)計(jì)和施工，確保工程質(zhì)量、降低工程造價(jià)，具有重要的理論意義及現(xiàn)實(shí)意義，本文將結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行分析與探討。

2 工程概況

2.1 場(chǎng)地概況

本場(chǎng)地位于玉溪市澄江縣右所鎮(zhèn)，隸屬右所鎮(zhèn)小灣村委會(huì)轄地，坐落于撫仙湖東部，項(xiàng)目規(guī)劃凈用地面積36 455.3 m2(約3.65 hm2)。擬建場(chǎng)地總體上屬于構(gòu)造、剝蝕成因的山地中山緩坡地貌，場(chǎng)地現(xiàn)狀除北側(cè)為沖溝外，其余地段相對(duì)平坦，中部現(xiàn)作為足球場(chǎng)使用，場(chǎng)地西為現(xiàn)有已建規(guī)劃道路，南側(cè)緊鄰?fù)皆诮‥01地塊項(xiàng)目，現(xiàn)狀標(biāo)高總體呈南高北低，介于1 891.53～1 930.11 m之間，總體呈南高北低，最大高差達(dá)38.58 m。

場(chǎng)地于2014年前后開(kāi)始填土；填料以周邊場(chǎng)平開(kāi)挖土方為主，主要為紅粘土和灰?guī)r碎、塊石；采取自然堆填法，沒(méi)有分層碾壓，現(xiàn)狀前沿堆填坡比約1∶1.5左右，中部作為足球場(chǎng)使用；填方最大約33.2 m，結(jié)合后期規(guī)劃標(biāo)高，最終填土厚度最厚約35.0 m。

場(chǎng)地規(guī)劃主要為10棟6層洋房及相關(guān)附屬設(shè)施，1#、2#、9#建筑擬采用樁基礎(chǔ)外，其它建筑擬采用筏板基礎(chǔ)。根據(jù)現(xiàn)狀標(biāo)高，場(chǎng)地基本由回填形成。根據(jù)相關(guān)要求，由于填土區(qū)域的地基承載力及沉降等不能滿足場(chǎng)地及建筑(淺基礎(chǔ))使用要求，擬采用強(qiáng)夯對(duì)場(chǎng)地回填土進(jìn)行處理，夯擊能4 000 kN·m、8 000 kN·m兩種能級(jí)。

為保證強(qiáng)夯后場(chǎng)地地基承載力、工后沉降等參數(shù)滿足相關(guān)要求，強(qiáng)夯正式施工前計(jì)劃在場(chǎng)地選取5個(gè)位置采取不同強(qiáng)夯法進(jìn)行試夯，試夯完成后檢測(cè)各試夯點(diǎn)的強(qiáng)夯處理效果，最終選取適合本場(chǎng)地的強(qiáng)夯處理方案。

2.2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地位于撫仙湖東岸，總體上屬于構(gòu)造、剝蝕成因的山地中山緩坡地貌。場(chǎng)地內(nèi)除巖溶較發(fā)育外，附近未發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流、采空區(qū)及地面沉降等不良地質(zhì)作用存在，也未發(fā)現(xiàn)發(fā)震斷裂從場(chǎng)地內(nèi)通過(guò)，可不考慮不良地質(zhì)作用的影響。根據(jù)巖土體的成因、力學(xué)強(qiáng)度及巖性組合、結(jié)構(gòu)特征、工程地質(zhì)特征，擬建場(chǎng)區(qū)揭露深度內(nèi)為人工填土，第四系坡殘積層，下伏基巖為二迭系下統(tǒng)茅口組灰?guī)r。場(chǎng)區(qū)內(nèi)出露地層如表1所示。

表1 工程地質(zhì)條件表

3 強(qiáng)夯方案

本工程共在場(chǎng)地內(nèi)選取5個(gè)試夯點(diǎn)，依據(jù)文獻(xiàn)[5-6]為每個(gè)試夯點(diǎn)選取不同的夯擊方案詳見(jiàn)下表2，并在強(qiáng)夯施工結(jié)束14 d后，根據(jù)文獻(xiàn)[7-8]對(duì)每個(gè)試夯點(diǎn)進(jìn)行加固效果的檢測(cè)。

表2 強(qiáng)夯方案表

4 強(qiáng)夯檢測(cè)方法

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合文獻(xiàn)[8-9]中的的相關(guān)規(guī)定，本次檢測(cè)工作采用靜載試驗(yàn)、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等方法對(duì)強(qiáng)夯地基進(jìn)行測(cè)試。并根據(jù)檢測(cè)出的結(jié)果對(duì)各試驗(yàn)點(diǎn)的加固效果做出評(píng)價(jià)，最終確定不同場(chǎng)地條件下合適的強(qiáng)夯加固方法。

4.1 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)采用堆重平臺(tái)反力裝置，液壓千斤頂對(duì)強(qiáng)夯地基進(jìn)行加荷，由電動(dòng)油泵對(duì)千斤頂自動(dòng)加壓，沉降量采用位移傳感器測(cè)量，荷載采用油壓傳感器測(cè)定，加載方式采用慢速維持荷載法；整個(gè)測(cè)試及分析過(guò)程由靜力分析系統(tǒng)自動(dòng)完成。

本工程在每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)夯前選取一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行載荷試驗(yàn)(慢速法)，夯后在夯點(diǎn)及夯點(diǎn)間分別選取一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行載荷試驗(yàn)(慢速法)，加載至要求的700 kPa或出現(xiàn)承壓板周?chē)耐撩黠@地側(cè)向擠出；沉降S急驟增大，壓力-沉降曲線出現(xiàn)陡坡段；在某一級(jí)荷載下，24 h內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；承壓板的累計(jì)沉降量已大于其寬度或直徑的6%等4種情況視為破壞停止加載。夯前承壓板面積不小于1 m2，夯后試驗(yàn)點(diǎn)1、3、4、5承壓板面積不小于1 m2，夯后試驗(yàn)點(diǎn)2承壓板直徑為1.5 m[10]。最終檢測(cè)結(jié)果如表3。

表3 載荷試驗(yàn)成果表

由表3可知：在進(jìn)行強(qiáng)夯處理前除試驗(yàn)點(diǎn)3以外，其它實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)采用慢速法增加荷載直至破壞時(shí)，極限承載力雖均在400～500 kPa之間，但都未達(dá)到700 kPa。對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)夯處理后，無(wú)論是夯點(diǎn)還是夯間的極限承載力都有明顯提高，并全部達(dá)到700 kPa的標(biāo)準(zhǔn)。說(shuō)明使用強(qiáng)夯法對(duì)山區(qū)碎石黏土地基進(jìn)行加固，在提升地基極限承載力的方面效果顯著。

4.2 圓錐動(dòng)力觸探

采用圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)將不同深度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，從而達(dá)到檢測(cè)地基土在垂直方向上的密實(shí)度、均勻性和有效加固深度等目的。該項(xiàng)目試驗(yàn)區(qū)檢測(cè)點(diǎn)布置中所有檢測(cè)點(diǎn)填土部分均采用圓錐動(dòng)力觸探N63.5或N120，檢測(cè)地基土承載力、變形模量等。圓錐動(dòng)力觸探連續(xù)貫入，遇大塊石鉆孔通過(guò)后連續(xù)檢測(cè)。夯前在所有檢測(cè)點(diǎn)中各選取一半進(jìn)行重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N63.5)檢測(cè)和超重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N120)檢測(cè)；夯后在夯點(diǎn)上選取6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行超重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N120)檢測(cè)，夯點(diǎn)間選取6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N63.5)檢測(cè)[11-13]。

4.2.1 重型圓錐動(dòng)力觸探

重型圓錐動(dòng)力觸探(N63.5)試驗(yàn)是利用XY-150型鉆機(jī)，將一個(gè)鋼制的錐型探頭(錐角60°)連接鉆桿(鉆桿直徑42 mm)，用一重63.5 kg的重錘，提升高度76 cm，將探頭擊入土層之中，記錄每擊入10 cm的錘擊數(shù)。試驗(yàn)完成后對(duì)錘擊數(shù)進(jìn)行桿長(zhǎng)校正，根據(jù)校正后的錘擊數(shù)，參照有關(guān)規(guī)范，得出土體的力學(xué)性能的一種原位測(cè)試方法[14]。

在重型圓錐動(dòng)力觸探檢測(cè)結(jié)果中，取其對(duì)第一層素填土的檢測(cè)數(shù)據(jù)，將5個(gè)試夯點(diǎn)在4個(gè)不同深度的動(dòng)探錘擊數(shù)平均值，與夯前檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果如圖1。

圖1 素填土重型動(dòng)探檢測(cè)結(jié)果折線圖

根據(jù)重型動(dòng)力觸探在第一層素填土進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果可以看出，與夯前相比試驗(yàn)點(diǎn)采取的強(qiáng)夯措施均起到一定的加固效果。其中在0～8 m范圍內(nèi)，試驗(yàn)點(diǎn)4與試驗(yàn)點(diǎn)5的加固效果要明顯優(yōu)于其它試驗(yàn)點(diǎn)；試驗(yàn)點(diǎn)1在6～10 m范圍內(nèi)的加固效果與試驗(yàn)點(diǎn)4、5基本相同，但在0～6 m范圍內(nèi)的加固效果較差。試驗(yàn)點(diǎn)2、3的加固效果類似，動(dòng)探錘擊數(shù)在每個(gè)深度段都很均衡，變化幅度在兩擊以內(nèi)。

4.2.2 超重型圓錐動(dòng)力觸探

超重型圓錐動(dòng)力觸探(N120)試驗(yàn)是利用XY-150型鉆機(jī)，將一個(gè)鋼制的錐型探頭(錐角60°)連接鉆桿(鉆桿直徑50～60 mm)，用一重120 kg的重錘，提升高度100 cm，將探頭擊入土層之中，記錄每擊入10 cm的錘擊數(shù)。試驗(yàn)完成后對(duì)錘擊數(shù)進(jìn)行桿長(zhǎng)校正，根據(jù)校正后的錘擊數(shù)，參照有關(guān)規(guī)范，得出土體的力學(xué)性能的一種原位測(cè)試方法。

在超重型圓錐動(dòng)力觸探檢測(cè)結(jié)果中，取其對(duì)第一層塊填土的檢測(cè)數(shù)據(jù)，將5個(gè)試夯點(diǎn)在0～10 m間3個(gè)不同深度的動(dòng)探錘擊數(shù)平均值，與夯前檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，其中試驗(yàn)點(diǎn)3與試驗(yàn)點(diǎn)4在8～10 m范圍內(nèi)并未檢測(cè)到塊石填土，對(duì)比結(jié)果如圖2。

圖2 塊石填土超重型動(dòng)探檢測(cè)結(jié)果折線圖

根據(jù)超重型動(dòng)力觸探在第一層塊石填土進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果可以看出，試驗(yàn)點(diǎn)1的加固效果最好，其次是試驗(yàn)點(diǎn)2與試驗(yàn)點(diǎn)3。其中試驗(yàn)4點(diǎn)在0～8 m范圍以及試驗(yàn)點(diǎn)5在0～6 m范圍的動(dòng)探錘擊數(shù)，都比夯前的動(dòng)探錘擊數(shù)小，加固效果并不理想。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)灌入試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是利用XY-150型鉆機(jī)，將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貫入器連接鉆桿(鉆桿直徑42 mm)，用一重63.5 kg的重錘，提升高度76 cm的高度自由落下,將標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中15 cm后，開(kāi)始記錄每10 cm的錘擊數(shù)，累計(jì)打入30 cm的錘擊數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N擊。試驗(yàn)完成后對(duì)錘擊數(shù)N值可對(duì)粘性土的物理狀態(tài)、土的強(qiáng)度、變形參數(shù)、地基承載力作出評(píng)價(jià)的一種原位測(cè)試方法。

其中夯前當(dāng)填土采用重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N63.5)以及超重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N120)檢測(cè)時(shí)，填土層下的粘性土層采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢測(cè)。夯后在夯點(diǎn)上的檢測(cè)點(diǎn)中填土層下的粘性土層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢測(cè)；夯點(diǎn)間當(dāng)采用超重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N120)檢測(cè)時(shí)，揭穿填土即可終止檢測(cè)，當(dāng)采用重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N63.5)檢測(cè)時(shí)，填土層下的粘性土層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢測(cè)。

圖3 粘性土 標(biāo)灌檢測(cè)結(jié)果折線圖

由上圖數(shù)據(jù)可以看出對(duì)于填土下的粘土層，試驗(yàn)點(diǎn)2采用的強(qiáng)夯方案加固效果最不理想。而采用同樣強(qiáng)夯方法但夯擊能不同的試驗(yàn)點(diǎn)1與試驗(yàn)點(diǎn)3，明顯采用8 000夯擊能的試驗(yàn)點(diǎn)3加固效果要好于采用4 000夯擊能的試驗(yàn)點(diǎn)1。試驗(yàn)點(diǎn)4夯后對(duì)夯點(diǎn)的加固效果與試驗(yàn)點(diǎn)3相近，但對(duì)夯間的加固效果明顯好于試驗(yàn)點(diǎn)3。整個(gè)試驗(yàn)加固效果最好的是試驗(yàn)點(diǎn)5，無(wú)論是夯后夯點(diǎn)亦或夯后夯間較夯前均有較大提升。

5 結(jié)論

綜上，對(duì)云南某山區(qū)的5個(gè)試夯點(diǎn)進(jìn)行夯前、夯后土層進(jìn)行檢測(cè)，其中對(duì)①層素填土、①1層塊石填土進(jìn)行了圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)、淺層平板載荷試驗(yàn)，對(duì)于填土層以下的粘性土層采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)合動(dòng)力觸探曲線的形態(tài)變化，分別對(duì)各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)強(qiáng)夯效果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：

(1) 強(qiáng)夯實(shí)驗(yàn)區(qū)各個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)采用的強(qiáng)夯方案均有加固效果，從淺層平板載荷試驗(yàn)可以看出夯后加固深度范圍內(nèi)填土層的承載力有明顯提高。

(2) 根據(jù)重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N63.5)對(duì)第一層素填土的檢測(cè)結(jié)果可以看出，試驗(yàn)點(diǎn)4、5對(duì)第一層素填土的加固效果最好，當(dāng)實(shí)際工程中填土含碎石的比例較低可以選用試驗(yàn)點(diǎn)4或試驗(yàn)點(diǎn)5的強(qiáng)夯方案對(duì)填土進(jìn)行加固。

(3) 根據(jù)超重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N120)對(duì)第一層塊石填土的檢測(cè)結(jié)果可以看出，試驗(yàn)點(diǎn)1對(duì)第一層塊石填土的加固效果也要明顯好于其他試驗(yàn)點(diǎn)，當(dāng)實(shí)際工程中填土含碎石的比例較高可以選用試驗(yàn)點(diǎn)1的強(qiáng)夯方案對(duì)填土進(jìn)行加固。

(4) 對(duì)于填土下的粘性土通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)灌入試驗(yàn)可以看出，試驗(yàn)點(diǎn)5的加固效果最好，當(dāng)實(shí)際工程中存在要對(duì)填土下的粘土進(jìn)行重點(diǎn)加固的情況，可以選用試驗(yàn)點(diǎn)5的強(qiáng)夯方案對(duì)填土進(jìn)行加固。