強(qiáng)夯法處理填土地基試驗(yàn)研究

劉 斌

(攀枝花中冶實(shí)久勘察設(shè)計(jì)院有限公司,四川 攀枝花 617023)

強(qiáng)夯法首先由法國(guó)人梅納提出,其加固原理主要是依靠強(qiáng)大的夯擊能使土體從表層到深部得到不同程度壓縮,以提高其強(qiáng)度和降低其壓縮模量[1]-[3]。該方法加固效果好,施工簡(jiǎn)單,費(fèi)用低,在地基加固中得到了廣泛的應(yīng)用,但由于強(qiáng)夯加固作用機(jī)理復(fù)雜,施工主要依靠經(jīng)驗(yàn),沒(méi)有成熟的設(shè)計(jì)理論用于指導(dǎo)實(shí)踐[4]。本文結(jié)合四川涼山州某強(qiáng)夯工程,對(duì)強(qiáng)夯處理填土地基進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),分析了強(qiáng)夯加固前后地基的物理力學(xué)特性和不同夯擊能下強(qiáng)夯的有效加固深度,為填土強(qiáng)夯地基設(shè)計(jì)和施工提供有用的數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 工程地質(zhì)概況

該工程位于四川省涼山州某山區(qū),場(chǎng)地填土高度 23m,填料主要為填土。強(qiáng)夯機(jī)械參數(shù)為:夯錘重量 20 t,夯錘直徑 2.2m,單擊夯擊能為 3000 kN·m。

1.2 方案設(shè)計(jì)

施工場(chǎng)地地處山谷之中,填料來(lái)源于周邊山坡的削坡,填料不均勻,主要以粉土為主,含有砂礫、黏土、局部存在大塊孤石,易使地基產(chǎn)生不均勻沉降。根據(jù)工程條件,在現(xiàn)場(chǎng)確定一強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū),在試夯區(qū)采用不同夯擊能和不同夯擊遍數(shù),確定強(qiáng)夯參數(shù),并通過(guò)強(qiáng)夯前后的試驗(yàn),確定強(qiáng)夯加固效果。

2 強(qiáng)夯效果試驗(yàn)研究

2.1 承載力試驗(yàn)成果分析

從圖 1可以看出:荷載 -沉降關(guān)系曲線呈近似直線關(guān)系。強(qiáng)夯前地基沉降位移 10mm以上,強(qiáng)夯后地基沉降位移不超過(guò) 7mm。強(qiáng)夯后地基的沉降量明顯小于夯前沉降量,地基沉降位移減小近 1/3,地基土的壓縮模量有了較大提高,土體的可壓縮性明顯提高,達(dá)到了加固效果。

2.2 強(qiáng)夯前后地基土物理力學(xué)性質(zhì)

在試夯區(qū)現(xiàn)場(chǎng)定出試驗(yàn)點(diǎn),取強(qiáng)夯前后不同深度土樣。從表 1中可以得出:在距離地面深度0.4m取樣,地基土物理力學(xué)性質(zhì)基本沒(méi)有變化,地基承載力沒(méi)有提高,隨著深度增大,地基土強(qiáng)度增高,由強(qiáng)夯前的 130 kPa提高到 200 kPa以上,且夯后地基土含水量明顯降低,加固過(guò)程中伴隨有排水現(xiàn)象。強(qiáng)夯對(duì)淺層地表無(wú)加固效果,為非影響區(qū);在非影響區(qū)以下,強(qiáng)夯加固效果明顯,為影響區(qū)。

圖1 強(qiáng)夯前后地基承載力試驗(yàn)曲線

?

2.3 強(qiáng)夯有效加固深度探討

強(qiáng)夯加固深度又稱(chēng)為處理深度,影響深度等。對(duì)于強(qiáng)夯處理地基來(lái)說(shuō)是個(gè)非常重要的量,但對(duì)其一直爭(zhēng)議較大,得不到明確肯定。按照張峰有效加固深度定義為豎向壓縮變形 5%的深度[5]。張高、廣運(yùn)等人認(rèn)為經(jīng)強(qiáng)夯加固后,從起夯面算起,地基土強(qiáng)度提高,壓縮模量增大,滿足設(shè)計(jì)要求的深度范圍。王鐵宏認(rèn)為:“需要采用強(qiáng)夯法加固處理的地基,都是因?yàn)樵谝欢ㄉ疃葍?nèi)地基土性狀不能滿足工程承載力、變形、穩(wěn)定的要求,強(qiáng)夯法能夠使一定深度內(nèi)地基土的不利性狀,在一定程度上得到改善。”

工程中,強(qiáng)夯有效加固深度檢測(cè)的最有效、最常用的方法為原位測(cè)試。本文依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯區(qū)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù),對(duì)不同夯擊能下加固深度進(jìn)行了研究(圖 2)。

圖2 不同夯擊能下有效加固深度曲線

從圖 2中可以看出:

(1)動(dòng)力觸探試驗(yàn)曲線的規(guī)律大致是增加 -極點(diǎn) -減小。距地表 50 cm左右擊數(shù)明顯偏低,存在一軟弱層,土體松散,應(yīng)力達(dá)不到要求,說(shuō)明強(qiáng)夯加固地基存在盲區(qū)。隨著深度增加,強(qiáng)夯加固效果明顯提高。

(2)根據(jù)試驗(yàn)分析,在距離地表 2.5倍錘徑以下,擊數(shù)變化不大,說(shuō)明強(qiáng)夯加固填土地基最大有效加固深度為夯錘直徑的 2.5倍左右。同時(shí)根據(jù)擊數(shù)變化規(guī)律,筆者認(rèn)為強(qiáng)夯加固深度存在三個(gè)不是很明顯的分區(qū):高加密區(qū)、中加密區(qū)和低加密區(qū)。地基承載力呈不斷遞減的趨勢(shì),在低加密區(qū)承載力不能滿足 200 kPa,但是從基礎(chǔ)持力層受力分析來(lái)看,強(qiáng)夯處理地基達(dá)到了效果。

2.4 夯擊次數(shù)與夯沉量關(guān)系

強(qiáng)夯夯擊次數(shù)與夯沉量的變化如圖 3所示。強(qiáng)夯次數(shù)與夯沉累計(jì)量關(guān)系曲線是個(gè)曲率遞減曲線,隨著強(qiáng)夯次數(shù)增加,夯沉量增加的幅度越來(lái)越小,當(dāng)夯擊次數(shù)為 7擊時(shí),夯沉量變化小于 5%,確定7擊為本強(qiáng)夯區(qū)域最佳夯擊次數(shù)。

圖3 夯擊次數(shù)與夯沉量關(guān)系曲線

3 結(jié)論與問(wèn)題

(1)強(qiáng)夯加固填土地基,夯后地基沉降量為夯前地基沉降量的 2/3,使地基壓縮模量大大提高,承載力增大,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(2)強(qiáng)夯加固法處理地基時(shí)存在加固盲區(qū)(距離地表 50 cm);強(qiáng)夯加固效果在盲區(qū)以下基本達(dá)到最好效果;隨著加固深度不斷增加,強(qiáng)夯加固能力逐漸減弱,存在一個(gè)有效加固深度。根據(jù)本文對(duì)填土地基加固研究,加固深度約為夯錘直徑的 2.5倍。

(3)強(qiáng)夯夯沉量隨夯擊次數(shù)增加而不斷增大,曲線呈曲率遞減關(guān)系,根據(jù)試夯區(qū)試驗(yàn)確定 21000 kN·m為本工程的最佳夯擊能。

(4)強(qiáng)夯存在盲區(qū),在強(qiáng)夯處理地基后,建議對(duì)地表進(jìn)行碾壓。

[1]地基處理手冊(cè)編寫(xiě)委員會(huì).地基處理手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1994

[2]王鐵宏.全國(guó)重大工程項(xiàng)目地基處理工程實(shí)錄[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005

[3]冶金工業(yè)部建筑研究總院.地基處理技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1989

[4]葉書(shū)鱗.地基處理工程實(shí)例應(yīng)用手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998

[5]張峰.碎石土的強(qiáng)夯模型研究[J].建筑科學(xué),1992(3):25-28