強(qiáng)夯厚填土區(qū)地基承載特征研究

摘要：強(qiáng)夯施工法是處理回填土地基的主要方法之一，對(duì)于山地地區(qū)，強(qiáng)夯加固是一種既經(jīng)濟(jì)又安全的方法。強(qiáng)夯技術(shù)是一種較為簡(jiǎn)便的基礎(chǔ)處理方式，然而，通過(guò)對(duì)該技術(shù)的研究，目前仍停留在半經(jīng)驗(yàn)半理論的階段，且前期設(shè)備的安裝工作較為繁瑣。該工藝適用于各種低矮房屋的回填土層，并具有良好的強(qiáng)度［1］。與其它回填夯實(shí)法比較，強(qiáng)夯法施工速度快，工作效率高，適用于大面積施工。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯技術(shù)；地基承載；分析文章編號(hào)：2095-4085（2024）05-0204-03

0引言

強(qiáng)夯夯實(shí)作為一種常用的地基處理技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于工程中，尤其是在需要改良填土地基承載能力的工程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。因此，對(duì)強(qiáng)夯厚填土區(qū)地基的承載特征展開深入地分析與研究，能夠?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)和施工提供一定的科學(xué)依據(jù)。在進(jìn)行地基承載特征研究的過(guò)程中，需要考慮到填土地基的復(fù)雜性和多變性。強(qiáng)夯夯實(shí)會(huì)影響地基土的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征，因此，在研究的過(guò)程中，還需要綜合考慮夯實(shí)厚度、夯實(shí)頻次、夯擊能量等因素，分析其對(duì)地基承載特征的影響。地基承載特征研究中還應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬分析相結(jié)合的方法，以獲得更為全面準(zhǔn)確的研究結(jié)果。充分借助現(xiàn)代數(shù)值模擬工具，可以很好地模擬填土地基在強(qiáng)夯作用下的力學(xué)響應(yīng)，能夠?yàn)槔碚撗芯刻峁┯辛χ巍?/p>

1工程概述

本項(xiàng)目位于云南某碳中和綠色示范產(chǎn)業(yè)園區(qū)，其中的土質(zhì)特點(diǎn)富含氧化鐵，貧砂質(zhì)而富黏性，整體的結(jié)構(gòu)較為疏松，容易發(fā)生水土流失的現(xiàn)象。而且，本項(xiàng)目又是位于高邊坡地形，往往處于較陡峭的坡面上。受多種因素的影響，高邊坡土壤常受到雨水和地下水的沖刷和滲透，導(dǎo)致土壤水分含量發(fā)生變化。而且，水分的存在會(huì)對(duì)土體的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。項(xiàng)目中的素填土與粉質(zhì)粘土層，采用重錘夯實(shí)法進(jìn)行處理。

2承載力綜合檢測(cè)技術(shù)

（1）檢測(cè)原理：在初期加載的基礎(chǔ)上，單片板的加載逐步增加，導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生位移。通過(guò)模擬建筑地基受力情況，得到地基的承載力及變形系數(shù)，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（2）加載系統(tǒng)：本發(fā)明涉及一種承載平臺(tái)，該平臺(tái)由一種用于施荷的液壓油缸構(gòu)成，該油缸利用一種反力體系對(duì)承載平臺(tái)進(jìn)行加壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地基的承載?？梢杂枚演d法或錨定法提供一定的反力。

（3）應(yīng)用強(qiáng)夯機(jī)作為移動(dòng)堆載裝置：在工程建設(shè)中，通常采用強(qiáng)夯機(jī)取代堆載式，而在完成夯擊后，夯錘就會(huì)停止工作。該設(shè)備體積大，重量大，便于搬運(yùn)，適用于移動(dòng)裝載，節(jié)約了制造裝載的周期，并能提高檢驗(yàn)的效率。

（4）測(cè)量?jī)x器：主要包括百分表、托架、水平儀等，需要將沉降數(shù)據(jù)以可視化方式反饋給記錄員，方便進(jìn)行有效地記錄和后續(xù)的分析。

地基承載力的檢測(cè)與評(píng)估是建筑工程中至關(guān)重要的一環(huán)，它直接關(guān)系到建筑物的安全性和穩(wěn)定性。在這一過(guò)程中，加載系統(tǒng)、反力系統(tǒng)和測(cè)量?jī)x器的相互配合起到了關(guān)鍵作用，它們共同實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程的精準(zhǔn)控制，為評(píng)估土地基承載力提供了可靠的技術(shù)支持。地基承載能力的特征量是通過(guò)加載試驗(yàn)得出的，這一試驗(yàn)旨在觀察和分析基坑土體在直線形變范圍內(nèi)的特定變形量與基坑承載能力的關(guān)系。特征量的確定是基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，其最大值即代表該特征量的極限值。這個(gè)極限值對(duì)于工程設(shè)計(jì)和施工具有重要的指導(dǎo)意義，它可以幫助工程師們確定地基的承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求，從而確保建筑物的安全［2］。在 P-S曲線上，對(duì)應(yīng)的荷載是按正比的限制壓強(qiáng)。在確定其承載能力時(shí)，對(duì)同一層的測(cè)試資料不少于4組，若每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的承載能力的極差小于每點(diǎn)的平均承載能力的45%，則取此層的極限承載能力的平均值。假定土壤的應(yīng)變模量值為［3］：

E0=I0（1-μ2）pb3

式中：表示硬質(zhì)受壓板的外形因子，一般為正方形的受壓板，其數(shù)值一般是0.886，表示土壤的泊松比，壓力系數(shù)是P，承壓板邊長(zhǎng)是b。s表示相應(yīng)于壓強(qiáng)因子p的沉陷量。按以上公式求出了該項(xiàng)目的變形模數(shù)，并對(duì)所建項(xiàng)目10個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了荷載試驗(yàn)，得出了以下結(jié)論，見表1。

對(duì)表中數(shù)據(jù)分析，根據(jù)施工場(chǎng)地的具體條件，將強(qiáng)夯的設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了10個(gè)加載測(cè)點(diǎn)。通過(guò)建立相應(yīng)的計(jì)算模型，發(fā)現(xiàn)在相同的地質(zhì)條件、施工條件及周圍條件下，地基的沉降值隨地基承載力系數(shù)的增大而增大，各地區(qū)出現(xiàn)了一個(gè)拐點(diǎn)。拐點(diǎn)多發(fā)生在300千帕至400千帕之間。對(duì)整個(gè)基礎(chǔ)10個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，得出的最大偏差是80kPa，最大的承載力是270kPa，這與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要求相吻合。

3強(qiáng)夯加固前后土體承載力性狀變化規(guī)律

現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)兩種手段，對(duì)強(qiáng)夯處理前后土的承載特性進(jìn)行了分析。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，可以直接反應(yīng)出夯后地基的力學(xué)性能及壓縮因子的變化規(guī)律，為強(qiáng)夯處理后地基的穩(wěn)定性評(píng)估奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.1強(qiáng)夯加固前后標(biāo)貫擊數(shù)變化特征

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)采用錘擊能量，在鉆孔底部土壤中插入一根穿管或一根錐型探針，測(cè)量鉆孔深度30cm處的錘擊次數(shù)，以揭示地層結(jié)構(gòu)的改變及基礎(chǔ)的承載力。夯實(shí)前、后的基準(zhǔn)擊穿量數(shù)據(jù)，見表2。

從標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)結(jié)果可以觀察到，強(qiáng)夯處理后不同土層的表現(xiàn)存在一定差異：在強(qiáng)夯處理后，淤泥質(zhì)軟粘土的承載能力有明顯的改善。強(qiáng)夯之前，軟土地基基本無(wú)承載力，經(jīng)強(qiáng)夯加固后，其壓實(shí)度得到明顯改善，地基承載力得到明顯提高。從各層土的情況來(lái)看，對(duì)于5m以下的軟土地基，采用強(qiáng)夯加固可提高其承載力。由此可見，強(qiáng)夯對(duì)淺埋軟層的改造作用較為明顯。

3.2強(qiáng)夯加固后土體承載性能的變化趨勢(shì)

通過(guò)對(duì)不同強(qiáng)度夯前、不同強(qiáng)度下的標(biāo)準(zhǔn)貫入度及靜力觸探的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)夯后的試驗(yàn)區(qū)土體的承載力有較大幅度的提升。特別需要強(qiáng)調(diào)的是，在各個(gè)水深區(qū)域的升力如下：

（1）深度較淺的地層：承載力提高比較顯著。在5m范圍內(nèi)，各斷面的承載能力總體上都有約95%的改善，多數(shù)為40%。

（2）深度為7m的礫石層：地基的承載力仍然可以增加50%，但是隨著時(shí)間的推移，增加的程度逐漸減小，說(shuō)明強(qiáng)夯的作用區(qū)域?yàn)?～7m。

（3）圓礫層部分埋深：在開挖面5m左右時(shí)，通過(guò)對(duì)圓形碎石層上層（包括粉砂、細(xì)砂、粗砂、粉質(zhì)粘土層）進(jìn)行初步的加固，可以達(dá)到很好的加固作用。

3.3地基承載力檢測(cè)

強(qiáng)夯施工完成，需要進(jìn)行工程檢測(cè)。靜載荷試驗(yàn)按《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ340—2015）［4］的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)采用一種裝有液壓千斤頂?shù)募虞d方式，通過(guò)設(shè)置在模板上的液壓千斤頂，實(shí)現(xiàn)了荷載作用，并通過(guò)設(shè)置在模板上的一個(gè)位移傳感器來(lái)測(cè)量荷載作用下的荷載。實(shí)驗(yàn)的加載模式是緩慢保持荷載。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選取了一塊2m2、直徑為1.60m的圓形受壓板，其b=d，0.01 b=16.0mm。1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)，4號(hào)，5號(hào)，6號(hào)和7號(hào)測(cè)試點(diǎn)，各階段載荷遞增75kN，壓力板對(duì)基礎(chǔ)土層施加的壓應(yīng)力為37.5kPa，所有試驗(yàn)載荷都被提高到600kN，而承受的壓力是300kPa，上述7個(gè)測(cè)試點(diǎn)的試驗(yàn)進(jìn)展都很順利，沒有發(fā)現(xiàn)任何不正常的情況，在最大載荷下，所有的試驗(yàn)都沒有滿足設(shè)計(jì)要求［4］。

3.4試夯檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)鉆井測(cè)試，試夯的含水量為16.2%，濕密度為1.89g/m3，干密度為1.63g/m3，孔隙比為0.66，壓縮模量為16.75mg/m3?；A(chǔ)荷載測(cè)試中，所有測(cè)點(diǎn)在最大荷載下都沒有處于失效的情況，多數(shù)P-S曲線的極限范圍并不十分顯著，根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)力值，基礎(chǔ)的極限承載力特征值都超過(guò)了最大應(yīng)力的二分之一，所以每個(gè)測(cè)點(diǎn)的極限承載力特征值都取最大應(yīng)力的二分之一，其中每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的極限承載力特征值都是160kPa，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的極限承載力特征值和相應(yīng)的沉降情況如表3所示［5］。

標(biāo)貫測(cè)試表明：0～6.0m水深時(shí)，樁錘數(shù)量為7～13次，平均9.3次，標(biāo)準(zhǔn)偏差2.70，方差0.17。這表明地基的密實(shí)度在可接受范圍內(nèi)，但仍存在一定的變異性。

另外，根據(jù)濕陷性檢測(cè)結(jié)果顯示，在6.0m深度范圍之內(nèi)，地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后濕陷性完全消除。這意味著強(qiáng)夯處理在改善地基性質(zhì)方面取得了顯著的效果。

4結(jié)論

綜上，強(qiáng)夯法作為一種地基處理方法，的確具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如，加固效果顯著、設(shè)備較為簡(jiǎn)單、整體的施工過(guò)程方便、用土類廣、節(jié)約材料、造價(jià)較低等。然而，由于強(qiáng)夯地基處理的復(fù)雜性，以及相關(guān)的設(shè)計(jì)理論尚不成熟，以及夯擊時(shí)地基土的動(dòng)力性質(zhì)不明確等原因，從而導(dǎo)致了強(qiáng)夯理論與工程實(shí)踐之間存在著較大的差距。

強(qiáng)夯法的夯擊方式對(duì)地基的承載力確實(shí)有重要影響，特別是重錘低落距的加固效果通常優(yōu)于輕錘高落距。因此，在強(qiáng)夯法地基的處理中，在起吊能力允許的情況下采用重錘低擊的方式，以最大程度地提升加固效果。為此，需要在實(shí)際應(yīng)用強(qiáng)夯法處理地基的過(guò)程中，考慮地層地質(zhì)情況至關(guān)重要，因?yàn)椴煌刭|(zhì)條件會(huì)直接影響夯擊效果和地基加固效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］李沛云.考慮邊載因素的平板載荷試驗(yàn)分析及應(yīng)用——以評(píng)價(jià)沙特麥麥高鐵風(fēng)化砂巖持力層地基承載力試驗(yàn)分析為例［J］.煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2022，17（4）：105-109.

［2］羅嗣海，潘小青，黃松華，等.強(qiáng)夯置換深度的統(tǒng)計(jì)研究［J］.工程勘察，2001（5）：38-39.

［3］謝得峰，張文，楊曉林，等.傾斜荷載鹽漬土地基承載力數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2023，23（16）：7033-7043.

［4］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范：JGJ340—2015［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

［5］張利軍， 郭見揚(yáng). 江山機(jī)械廠新區(qū)強(qiáng)夯地基載荷試驗(yàn)分析［J］.巖土力學(xué)，1987，8（2）：49-54.

課題名稱：分層超厚強(qiáng)夯及高邊坡植生帶工程。