深厚換填砂土地基強(qiáng)夯有效加固深度的影響因素

趙延林, 龔雨林, 張子煜

(黑龍江科技大學(xué) 建筑工程學(xué)院, 哈爾濱 150022)

0 引 言

強(qiáng)夯法因其經(jīng)濟(jì)性與便利性,目前已經(jīng)成為我國(guó)主要地基處理方法。強(qiáng)夯法加固設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一就是土體經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯后,其有效加固深度應(yīng)滿(mǎn)足上部建(構(gòu))筑物在荷載作用下的變形要求。然而強(qiáng)夯有效加固深度的影響因素眾多、復(fù)雜,且難以量化,因此研究強(qiáng)夯法有效加固深度的影響因素及其對(duì)有效加固深度的影響規(guī)律,對(duì)于強(qiáng)夯法設(shè)計(jì)與施工具有一定的指導(dǎo)意義。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)強(qiáng)夯有效加固深度開(kāi)展了一定的研究工作。Gu等[1]通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究了特殊點(diǎn)的土體變形規(guī)律,初步探討了強(qiáng)夯有效加固深度的影響因素及其影響規(guī)律。田水等[2]利用顯式動(dòng)力學(xué)方法,分析了錘-土沖擊碰撞過(guò)程中幾個(gè)主要強(qiáng)夯工藝參數(shù)與土性參數(shù)對(duì)有效加固深度的影響情況。高政國(guó)等[3]分析了施工參數(shù)對(duì)有效加固深度的影響,并對(duì)強(qiáng)夯加固土體的塑性區(qū)增長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行了研究。費(fèi)香澤等[4]利用讀數(shù)顯微鏡位移跟蹤法,通過(guò)改變夯擊能、夯錘半徑與土體密度等參數(shù)來(lái)研究影響夯實(shí)效果的因素。Pan等[5]對(duì)強(qiáng)夯的加固深度、夯擊沉降量與表面最大加速度的關(guān)系進(jìn)行了研究。林維泉等[6]通過(guò)實(shí)際工程中不同施工方案的對(duì)比,應(yīng)用模糊優(yōu)選理論分析了加固山區(qū)碎石地基有效加固深度的影響因素。趙婉[7]結(jié)合實(shí)際工程,建立了強(qiáng)夯法的數(shù)值分析模型,將數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法用于強(qiáng)夯計(jì)算的可行性。吳帥峰等[8]通過(guò)土石料強(qiáng)夯現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果,提出了強(qiáng)夯法加固效果隨夯擊次數(shù)的增加而動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律。

就目前的研究而言,由于受到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件的限制,已有的研究主要表現(xiàn)為僅僅分析部分施工參數(shù)或土體參數(shù)對(duì)強(qiáng)夯有效加固深度的影響,缺乏對(duì)強(qiáng)夯有效加固深度影響因素的全面、系統(tǒng)性研究。因此,筆者以沈陽(yáng)市某深厚換填砂土地基項(xiàng)目為工程背景,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)田試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,分析強(qiáng)夯施工參數(shù)(包括夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊能組合、夯錘尺寸等)與土體物理力學(xué)參數(shù)(包括內(nèi)摩擦角、泊松比、密度、彈性模量等)對(duì)深厚換填砂土地基強(qiáng)夯有效加固深度的影響規(guī)律,為實(shí)際工程的設(shè)計(jì)與施工提供理論依據(jù)與參考。

1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

本文依托沈陽(yáng)市某工廠(chǎng)地基處理項(xiàng)目,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)田尺寸為45 m×45 m×10 m,采用挖掘機(jī)開(kāi)挖,挖除表面耕土、粉質(zhì)黏土及細(xì)砂,直至坑底的中砂層。然后進(jìn)行砂土分層換填,中心區(qū)域?yàn)閾Q填中粗砂,一般區(qū)域?yàn)閾Q填混砂,換填厚度為8.35 m,并進(jìn)行地基強(qiáng)夯處理。

強(qiáng)夯采用三遍強(qiáng)夯工藝,第一遍和第二遍采用3 000 kN·m夯擊能平錘強(qiáng)夯,錘徑2.5 m,錘重180 kN,落距16.67 m,每遍夯擊時(shí)各個(gè)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)為8～14次,收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均夯沉量不大于5 cm,施工完成后及時(shí)將夯坑填平。第三遍用1 000 kN·m能級(jí)滿(mǎn)夯,錘徑2.5 m,錘重180 kN,落距5.6 m,每夯兩擊,要求夯印1/4搭接,以夯實(shí)地基淺層填土,滿(mǎn)夯結(jié)束后整平場(chǎng)地。

強(qiáng)夯前,在試驗(yàn)田中心區(qū)取換填中粗砂土樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn),測(cè)得其主要物理力學(xué)參數(shù),如表1所示。

表1 換填土物理力學(xué)參數(shù)

分別對(duì)試驗(yàn)田中心區(qū)夯擊點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)夯前與強(qiáng)夯后的重型動(dòng)力觸探(DPT)試驗(yàn),根據(jù)動(dòng)力觸探擊數(shù)結(jié)果繪制出觸探深度與動(dòng)探擊數(shù)之間的關(guān)系曲線(xiàn),如圖1所示。其中,N0為每10 cm的動(dòng)探擊數(shù)。

圖1 重型動(dòng)力觸探(DPT)試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)

從圖1中可以看出,強(qiáng)夯前不同深度處換填中粗砂的動(dòng)探擊數(shù)均在8次及以下,表明未經(jīng)強(qiáng)夯處理的中粗砂密實(shí)度較差。而對(duì)于強(qiáng)夯后的中粗砂,從圖1中還可以看出,地表以下0.5～2.0 m范圍內(nèi)的土體,其動(dòng)探擊數(shù)隨埋深接近線(xiàn)性增長(zhǎng)趨勢(shì),且增加幅度很大,由3次快速增加到20次,表明地表下2.0 m范圍內(nèi)中粗砂的加固效果受強(qiáng)夯振動(dòng)的影響較大。地表以下2.0～4.7 m范圍內(nèi)的土體,其動(dòng)探擊數(shù)隨埋深呈現(xiàn)出微小的波動(dòng),波動(dòng)范圍基本在20～21次,表明地表下2.0～4.7 m范圍內(nèi)中粗砂的加固效果最好,且受強(qiáng)夯振動(dòng)的影響極小。地表以下4.7～7.2 m范圍內(nèi)的土體,其動(dòng)探擊數(shù)隨埋深基本呈現(xiàn)線(xiàn)性減小趨勢(shì),且減小幅度較大,由21次快速減小到8次。在深度7.2 m處動(dòng)探擊數(shù)趨于穩(wěn)定,與強(qiáng)夯前動(dòng)探擊數(shù)吻合,由此可判斷該試驗(yàn)點(diǎn)的有效加固深度大約為7.2 m。

此外,通過(guò)測(cè)量強(qiáng)夯前與強(qiáng)夯后夯擊點(diǎn)的高程,可以計(jì)算得到夯擊點(diǎn)的累計(jì)夯沉量為1.32 m。

2 數(shù)值模型的建立

2.1 模型基本假設(shè)

應(yīng)用ABAQUS有限元軟件,建立上述工程試驗(yàn)田試驗(yàn)的強(qiáng)夯加固數(shù)值分析模型,采用的基本假設(shè)條件如下。

(1)模型中的夯錘與土體均假設(shè)為均質(zhì)、各向同性材料。

(2)忽略強(qiáng)夯過(guò)程中夯錘與土體接觸后發(fā)生的側(cè)向滑移以及不同方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)。

(3)根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告,地下水埋深較深,因此不考慮地下水滲透性影響。

2.2 模型尺寸與網(wǎng)格劃分

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)田試驗(yàn)參數(shù)與文獻(xiàn)[9],可計(jì)算得到強(qiáng)夯振動(dòng)波橫波波速vp=86.6 m/s、縱波波速vs=65.47 m/s。文獻(xiàn)[10]研究表明,強(qiáng)夯對(duì)土體產(chǎn)生的振動(dòng)波類(lèi)似于地震波,振動(dòng)頻率在8～12 Hz之間。由此可得出強(qiáng)夯振動(dòng)的波長(zhǎng)為8.66～10 m。為考慮振動(dòng)波在土體中能夠充分傳播,減小邊界條件對(duì)模型計(jì)算精度的影響,故選取數(shù)值分析模型的三維尺寸為20 m×20 m×15 m。

強(qiáng)夯過(guò)程中土體會(huì)產(chǎn)生大變形,文獻(xiàn)[11]研究表明,在進(jìn)行土體動(dòng)力分析時(shí),網(wǎng)格尺寸應(yīng)根據(jù)最高頻率所在波長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算,即

(1)

式中:Δl——網(wǎng)格尺寸;

λ——最高頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。

依據(jù)式(1),為提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和時(shí)效性,文中將夯錘以下土體網(wǎng)格尺寸設(shè)定為0.3 m,而模型邊界處的網(wǎng)格尺寸設(shè)定為1.5 m,模型尺寸與網(wǎng)格劃分,如圖2所示。

圖2 強(qiáng)夯模型網(wǎng)格劃分

2.3 模型單元與計(jì)算參數(shù)

ABAQUS有限元軟件中所有的單元都可以用于動(dòng)力分析,在強(qiáng)夯巨大的沖擊荷載作用下,使用一階單元C3D8R網(wǎng)格單元(八節(jié)點(diǎn)六面體線(xiàn)性縮減積分單元)具有很好的一致性,能夠更好地模擬應(yīng)力波在土體中的傳播,從而準(zhǔn)確地體現(xiàn)出土體在強(qiáng)夯沖擊荷載下的動(dòng)力特性,土體的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

夯錘選用圓柱體鐵塊,假定夯錘的剛度比地基土的剛度高很多,可視為剛性體,故給予其足夠大的彈性模量,夯錘的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 夯錘計(jì)算參數(shù)

2.4 邊界條件

邊界條件對(duì)于模型計(jì)算結(jié)果影響較大,特別是在動(dòng)力分析中,不合理的邊界條件會(huì)導(dǎo)致計(jì)算收斂困難。在強(qiáng)夯過(guò)程中,夯擊會(huì)產(chǎn)生巨大的振動(dòng)波,為了減小振動(dòng)波在土體邊界發(fā)生反射,進(jìn)而對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響。計(jì)算模型采用側(cè)邊界無(wú)水平方向位移,底部固定無(wú)水平和豎向位移,頂部為自由面。

2.5 本構(gòu)模型

修正的Mohr-Coulomb模型是經(jīng)典Mohr-Coulomb模型的延伸,它更加符合土體在外力作用下的變形特征,且可與線(xiàn)彈性模型聯(lián)合使用。因此,在巖土工程中被廣泛應(yīng)用[9]?？紤]現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程情況,文中采用修正Mohr-Coulomb模型對(duì)強(qiáng)夯加固土體模型進(jìn)行模擬計(jì)算。

夯錘的變形量相較于土體可忽略不計(jì),視其為剛體,本構(gòu)模型采用常見(jiàn)材料的線(xiàn)彈性模型。

2.6 土體彈性模量修正

在強(qiáng)夯加固施工過(guò)程中,每次夯擊后夯擊點(diǎn)附近土體均會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變形,從而導(dǎo)致土性參數(shù)發(fā)生變化,在數(shù)值模擬中必須充分考慮這種土體參數(shù)變化對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。

文獻(xiàn)[12]提出通過(guò)土體改性法來(lái)考慮夯擊次數(shù)對(duì)土體參數(shù)的影響,即通過(guò)改變每次夯擊后土體的彈性模量來(lái)等效土體參數(shù)的變化,并通過(guò)室內(nèi)強(qiáng)夯模型試驗(yàn)獲得了強(qiáng)夯過(guò)程中土體彈性模量的修正計(jì)算公式為

En=E×N0.516,

(2)

式中:En——夯擊N次后土體的彈性模量;

E——土體初始彈性模量。

文中在數(shù)值分析過(guò)程中,將采用文獻(xiàn)[12]所提出的土體改性法來(lái)考慮夯擊次數(shù)對(duì)土體參數(shù)的影響。

2.7 沖擊荷載模擬

針對(duì)強(qiáng)夯沖擊荷載,文獻(xiàn)[13]利用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀,記錄夯擊過(guò)程中動(dòng)應(yīng)力隨時(shí)間的波形變化,得出夯錘對(duì)地面沖擊碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力波類(lèi)似于三角形單峰荷載,且沒(méi)有明顯的第二應(yīng)力波這一結(jié)論。故文中將強(qiáng)夯沖擊荷載簡(jiǎn)化為三角形單峰荷載,并考慮夯錘自重。

由夯錘底面應(yīng)力與夯沉量之間的關(guān)系可知:

πr2p=SU

(3)

式中:r——夯錘半徑;

p——夯錘底面應(yīng)力;

U——夯沉量;

S——土體的彈性常數(shù)。

(4)

式中:E——土體彈性模量;

μ——土體泊松比。

在強(qiáng)夯過(guò)程中,夯錘撞擊土體時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程可表示為

(5)

式中,m——夯錘質(zhì)量。

將式(2)代入式(5),可得:

(6)

由式(6)可求得,夯錘沖擊荷載的時(shí)程方程為

(7)

v——夯錘落地時(shí)的瞬時(shí)速度,可由自由落體運(yùn)動(dòng)求得。

圖3 簡(jiǎn)化的沖擊荷載-時(shí)間曲線(xiàn)

2.8 模型合理性驗(yàn)證

按照上述方法建立換填砂土地基強(qiáng)夯法施工的數(shù)值分析模型,根據(jù)試驗(yàn)田試驗(yàn)的實(shí)際施工參數(shù),夯錘重量為180 kN,錘徑為2.5 m,落距為16.7 m,夯擊能為3 000 kN·m,對(duì)土體進(jìn)行14次夯擊。

通過(guò)數(shù)值模型計(jì)算可得到地表夯沉量隨夯擊次數(shù)的變化曲線(xiàn),如圖4所示。其中,s為地表夯沉量。由圖4可知,地表夯沉量隨夯擊次數(shù)的增加呈現(xiàn)非線(xiàn)性增加趨勢(shì),經(jīng)過(guò)14次夯擊后地表夯沉量為1.26 m,而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)田試驗(yàn)中測(cè)得的地表夯沉量為1.32 m,二者相差4.55%。

圖4 不同夯擊次數(shù)對(duì)應(yīng)夯沉量

文獻(xiàn)[14]通過(guò)粒徑較大的粗顆粒土的強(qiáng)夯模型試驗(yàn),提出以豎向位移為地表夯沉量5%的土體深度作為判定有效加固深度的依據(jù)。文中地表夯沉量的計(jì)算值為1.26 m,其5%為0.063 m,在土體豎向加固區(qū)找到豎向位移為0.063 m的點(diǎn),它們形成一個(gè)包絡(luò)面,則地表至此包絡(luò)面的最大豎向距離即為有效加固深度。經(jīng)測(cè)量得出該模型在3 000 kN·m夯擊能作用下的有效加固深度為7.02 m,而現(xiàn)場(chǎng)重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)測(cè)得的有效加固深度為7.2 m,二者相差2.5%。

由以上分析可知,經(jīng)數(shù)值計(jì)算得到的夯沉量和有效加固深度分別與實(shí)測(cè)值相差4.55%和2.5%,表明按上述方法建立的數(shù)值分析模型可以較好地模擬換填砂土地基的強(qiáng)夯法施工過(guò)程。

3 有效加固深度影響因素分析

3.1 強(qiáng)夯施工參數(shù)

3.1.1 夯擊能

夯擊能是夯錘重量與落距的乘積,其中,夯錘重量和落距都是可變量。為減小夯錘下落過(guò)程中產(chǎn)生能量損耗誤差,這里假定落距不變,通過(guò)改變夯錘重量的方式來(lái)表示不同的夯擊能,進(jìn)而分析不同夯擊能對(duì)有效加固深度的影響。不同夯擊能工況設(shè)置參數(shù),如表3所示。

表3 不同夯擊能工況參數(shù)

通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到強(qiáng)夯有效加固深度d隨夯擊能的變化曲線(xiàn),如圖5所示。由圖5可知,強(qiáng)夯有效加固深度隨著夯擊能的增加而增加,且受夯擊能影響較大。當(dāng)夯擊能由2 000 kN·m增至3 000 kN·m,有效加固深度增加0.67 m。夯擊能由3 000 kN·m增至4 000 kN·m,有效加固深度增加1.04 m。夯擊能由4 000 kN·m增至5 000 kN·m,有效加固深度增加0.67 m。夯擊能由5 000 kN·m增至6 000 kN·m,有效加固深度增加0.38 m。由此可見(jiàn),隨著夯擊能的增加,有效加固深度增量呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì),當(dāng)夯擊能取3 000～4 000 kN·m時(shí),深厚換填砂土地基強(qiáng)夯加固效果最優(yōu)。

圖5 不同夯擊能下有效加固深度

3.1.2 夯擊次數(shù)

保持錘重180 kN、落距16.67 m、錘徑2.5 m不變,僅改變夯擊次數(shù),由數(shù)值計(jì)算得到強(qiáng)夯有效加固深度隨夯擊次數(shù)的變化曲線(xiàn),如圖6所示。從圖6中可以看出,有效加固深度隨著夯擊次數(shù)的增加而增加,但增加幅度在逐漸減小。當(dāng)夯擊次數(shù)n≤3時(shí),有效加固深度隨夯擊次數(shù)呈線(xiàn)性大幅增長(zhǎng),單擊增幅為1.17 m。當(dāng)3≤n≤9時(shí),有效加固深度增量開(kāi)始減緩,單擊增幅由0.85 m縮減到0.26 m。當(dāng)n>9時(shí),有效加固深度趨于穩(wěn)定,單擊增量均小于0.13 m。由此可知,對(duì)于深厚換填砂土地基,強(qiáng)夯施工最優(yōu)夯擊次數(shù)為9次,當(dāng)夯擊次數(shù)超過(guò)9次時(shí),其對(duì)強(qiáng)夯加固效果基本沒(méi)有影響。

圖6 不同夯擊次數(shù)下有效加固深度

3.1.3 夯錘尺寸

保持錘重180 kN、落距16.67 m、夯擊次數(shù)14次不變,僅改變錘徑(分別為1.6、2.0、2.4、2.8、3.2 m),通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到強(qiáng)夯有效加固深度隨錘徑的變化曲線(xiàn),如圖7所示。從圖7中可以看到,強(qiáng)夯有效加固深度隨著錘徑的增加而呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)。具體表現(xiàn)為:當(dāng)錘徑D<2.0 m時(shí),有效加固深度隨著錘徑的增加而增加,且錘徑每增加0.2 m,有效加固深度增加0.34 m;當(dāng)D≥2.0 m時(shí),有效加固深度隨著錘徑的增加而減小,且錘徑每增加0.2 m,有效加固深度平均減小0.48 m。由此可知,對(duì)換填砂土地基進(jìn)行強(qiáng)夯加固時(shí),最優(yōu)錘徑為2.0 m。

圖7 不同夯錘尺寸下有效加固深度

3.1.4 夯擊能組合

保持夯擊能3 000 kN·m、夯擊次數(shù)14次、錘徑2.5 m不變,僅改變夯錘重與落距的組合,來(lái)分析不同的夯擊能組合對(duì)強(qiáng)夯有效加固深度的影響。夯擊能組合工況設(shè)置參數(shù),如表4所示。不同夯擊能組合對(duì)強(qiáng)夯有效加固深度的影響情況,如圖8所示。

圖8 不同夯擊能組合下有效加固深度

表4 夯擊能組合工況參數(shù)

從圖8中可以看出,當(dāng)夯擊能不變時(shí),隨著夯錘重量的增大和落距的減小,強(qiáng)夯有效加固深度基本表現(xiàn)為線(xiàn)性增長(zhǎng)趨勢(shì)。其中,工況1有效加固深度最小,其值為6.96 m。工況4有效加固深度最大,數(shù)值為7.42 m,二者的差值為0.46 m。這表明,在夯擊能一定的條件下,重錘低落組合比輕錘高落組合的加固效果要好。因此,在施工條件允許的條件下,應(yīng)優(yōu)先選擇重錘低落施工方案。

綜上所述,換填砂土地基強(qiáng)夯有效加固深度受夯擊能、錘徑、夯擊次數(shù)及夯擊能組合形式的影響均較大,且隨夯擊能、夯擊次數(shù)的增大而增大,隨錘徑(D≥2.0 m)的增大而減小;在夯擊能不變的條件下,應(yīng)優(yōu)先選取重錘低落施工方案。對(duì)于較深厚的換填砂土地基,強(qiáng)夯施工時(shí)最優(yōu)夯擊能為3 000～4 000 kN·m,最優(yōu)錘徑為2 m,最優(yōu)夯擊次數(shù)為9次。

3.2 土體參數(shù)

保持強(qiáng)夯施工參數(shù)不變,即夯擊能3 000 kN·m,錘徑2.5 m,夯擊次數(shù)14次,夯擊能組合工況4,改變單一土體參數(shù)來(lái)分析其對(duì)強(qiáng)夯有效加固深度的影響。

3.2.1 內(nèi)摩擦角

依據(jù)中粗砂內(nèi)摩擦角的變化范圍,分別取換填砂土的內(nèi)摩擦角為25°、30°、35°、40°四種情況進(jìn)行對(duì)比分析,根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果繪制土體內(nèi)摩擦角對(duì)強(qiáng)夯有效加固深度的影響曲線(xiàn),如圖9所示。

圖9 不同內(nèi)摩擦角下有效加固深度

由圖9可知,隨著土體內(nèi)摩擦角的增大,強(qiáng)夯有效加固深度基本呈現(xiàn)出線(xiàn)性減小的趨勢(shì),內(nèi)摩擦角每增加5°,有效加固深度平均減小0.09 m,表明土體內(nèi)摩擦角對(duì)強(qiáng)夯有效加固深度的影響較小。

3.2.2 密度

根據(jù)中粗砂的密度變化范圍,分別取換填砂土的密度為1 400、1 600、1 800、2 000、2 200 kg/m3五種情況進(jìn)行對(duì)比分析,強(qiáng)夯有效加固深度隨換填砂土密度的變化曲線(xiàn),如圖10所示。從圖10中可以看到,強(qiáng)夯有效加固深度隨著土體密度的增大而呈現(xiàn)線(xiàn)性減小趨勢(shì),土體密度每增加200 kg/m3,強(qiáng)夯有效加固深度平均減小0.2 m,表明土體密度的變化對(duì)有效加固深度影響較大。

圖10 不同密度下有效加固深度

3.2.3 泊松比

根據(jù)中粗砂泊松比的變化范圍,分別選取換填砂土的泊松比為0.25、0.30、0.35、0.40進(jìn)行模擬分析,土體泊松比對(duì)強(qiáng)夯有效加固深度的影響關(guān)系,如圖11所示。

圖11 不同泊松比下有效加固深度

從圖11中可以看出,隨著泊松比的增大,有效加固深度接近線(xiàn)性減小規(guī)律,泊松比每增加0.05,有效加固深度整體平均減小0.22 m,表明土體的泊松比對(duì)有效加固深度影響較大。

3.2.4 彈性模量

根據(jù)中粗砂物理力學(xué)參數(shù)變化范圍,分別選取換填砂土的彈性模量為10、15、20、25 MPa進(jìn)行對(duì)比分析,其對(duì)強(qiáng)夯有效加固深度的影響關(guān)系,如圖12所示。由圖12可知,強(qiáng)夯有效加固深度隨著土體彈性模量的增大而近似表現(xiàn)為線(xiàn)性減小規(guī)律,土體彈性模量每增加5 MPa,有效加固深度整體平均減小0.09 m,表明土體彈性模量對(duì)強(qiáng)夯有效加固深度的影響較小。

綜上所述,強(qiáng)夯有效加固深度隨土體內(nèi)摩擦角、密度、泊松比、彈性模量的增大而近似呈現(xiàn)線(xiàn)性減小規(guī)律。其中,泊松比與密度對(duì)有效加固深度的影響較大,內(nèi)摩擦角與彈性模量對(duì)有效加固深度影響較小。

4 結(jié) 論

本文依據(jù)沈陽(yáng)某工廠(chǎng)地基處理項(xiàng)目的試驗(yàn)田試驗(yàn),通過(guò)ABAQUS有限元軟件建立了深厚換填砂土地基強(qiáng)夯法施工的數(shù)值計(jì)算模型,分析了強(qiáng)夯施工參數(shù)與土體物理力學(xué)參數(shù)對(duì)深厚換填砂土地基強(qiáng)夯有效加固深度的影響規(guī)律。

(1)換填砂土地基強(qiáng)夯有效加固深度受夯擊能、錘徑、夯擊次數(shù)及夯擊能組合形式的影響均較大,且隨夯擊能、夯擊次數(shù)的增大而增大,隨錘徑(D≥2.0 m)的增大而減小。在夯擊能不變的條件下,應(yīng)優(yōu)先選取重錘低落施工方案。

(2)對(duì)于較深厚的換填砂土地基,最優(yōu)夯擊能為3 000～4 000 kN·m,最優(yōu)錘徑為2.0 m,最優(yōu)夯擊次數(shù)為9次。

(3)強(qiáng)夯有效加固深度隨土體內(nèi)摩擦角、密度、泊松比、彈性模量的增大而近似呈現(xiàn)線(xiàn)性減小規(guī)律。其中,泊松比與密度對(duì)有效加固深度的影響較大,內(nèi)摩擦角與彈性模量對(duì)有效加固深度影響較小。