高能量異形錘強夯石渣樁對軟弱地基的處理分析

王延波 程祖鋒 宋 霞

(1、河北工程大學 資源學院，河北 邯鄲 056038 2、北京鐵路局邯鄲站 房建車間，河北 邯鄲 056001)

引言

強夯法由法國Menard（梅納）技術公司于1969年首創(chuàng)，1978年被首次引進我國。最初用于加固砂土和碎石土地基，經(jīng)過多年的發(fā)展，目前強夯法可處理碎石土，砂土，低飽和度的粉土與粘性土，濕陷性黃土，雜填土和素填土等地基。強夯法具有加固效果顯著、適用土類廣、設備簡單、施工費用低、工期短、施工方便、節(jié)約材料等優(yōu)點，在我國已經(jīng)得到廣泛的應用。但對于淤泥和淤泥質(zhì)土地基,其適用性尚有爭議。該文結(jié)合沿海某大學的淤泥質(zhì)土軟路基進行處理分析強夯石渣樁的效果和加固機理。

1 強夯石渣樁加固機理

因為滲透性差、粘粒含量多、含水量高,所以飽和軟土如果直接強夯,效果不理想，更有甚會導致夯后地基承載力降低,這種現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因在于強夯過程中和強夯以后，超孔隙水壓力在飽和軟土中不能及時的消散、排出，所施加夯擊能全部或大部分被超孔隙水壓所吸收，根本不能改變土體結(jié)構，甚至會出現(xiàn)“橡皮土”。但在強夯施工中將石渣擠入飽和軟土中形成擠密石渣樁，在飽和軟土中形成豎向排水通道，隨著時間推移，土體中的自由水將隨著超孔隙水壓力降低從土的顆粒間隙或人工排水通道中排除，軟土將產(chǎn)生排水固結(jié)。同時石渣樁體，在地基擠密和強夯夯擊雙重作用下，樁體產(chǎn)生橫向變形，迫使周圍土體發(fā)生“擠土效應”，使土的相對密度Dr增加，增強地基土的抗液化能力。因此軟土地基經(jīng)強夯石渣樁處理后，地基土性能將大大改善，承載力、密實度、抗液化能力將大大提高，而且強夯后的硬殼層構成一個承臺置于較密的石渣樁上，也增加了地基的整體強度和均勻性。

2 強夯石渣樁的設計與施工

珠海市某大學校內(nèi)主干道場地原地貌屬丘陵濱海平原亞區(qū)，地勢平坦。場地內(nèi)巖土層自上而下分劃為人工填土（6m），第四系全新世海陸交互沉積土層(淤泥為9m)，風化殘積土層及燕山基巖四大類。本區(qū)軟土具有含水量高，天然空隙比大，壓縮性高，淤泥天然強度低。采用堆載預壓法工期較長。因工程工期緊張，故采用高能量異形錘石渣樁處理，在成本和工期兩方面均得到優(yōu)化。

2.1 石渣樁參數(shù)的確定與樁孔布置

圖1

試驗區(qū)面積為20m×20m，在試驗區(qū)內(nèi)，石渣樁采用正方形布置，夯點間距8m，夯點間插夯，樁體密實部分的直徑不小于2.5米，樁長10-15m。使處理后的地基承載力不小于120kPa。

試夯區(qū)夯點布置圖如圖1所示

2.2 施工設備及工藝

圖2

圖3

2.2.1 施工設備:強夯機，選用50t錘底直徑1.4-1.6m異形錘，裝載機裝料。

2.2.2 施工流程:①場地平整，并準備石渣填料②埋設監(jiān)測儀器③第一遍夯點位置放樣④強夯設備就位，夯錘中心與夯點重疊⑤夯錘開始夯擊直至完成設計要求的石渣樁⑥第二遍夯點位置放樣⑦強夯設備就位，夯錘中心與夯點重疊⑧夯錘開始夯擊直至完成設計要求的石渣樁⑨推平經(jīng)行滿夯。

2.2.3 施工控制:施工時，分兩次成樁，即先用50t錘，6000K.m夯擊能夯6-7擊，形成6m左右的石渣樁，后采用50t錘，10000K.m夯擊能形成10-15m石渣樁。分三遍夯，第一遍夯點采用正方形的四個角點，第二遍夯點在4個角點間插夯，兩遍收錘標準均是最后兩擊平均夯沉量不大于200mm，且擊數(shù)不少于15擊。第三遍為滿夯，1/3搭接，單點夯擊3擊。

3 效果檢測

強夯置換施工后，分別采用靜載試驗、重Ⅱ型動力觸探、瑞利波對復合地基加固效果進行了試驗檢測。

3.1 靜載荷試驗

在強夯施工完畢的場地上，按照《建筑地基處理技術規(guī)范》的要求，進行了現(xiàn)場靜荷載試驗。單樁靜載荷試驗歷時16小時24分鐘，沉降量14.82mm，殘余沉降量5.00mm，取s/b=0.01所對應的荷載，得出單樁承載力基本值為201Pa;樁間土靜載荷試驗歷時48小時35分鐘，沉降量72.12mm，取s/b=0.015所對應的荷載，得出單樁承載力基本值為120kPa，復合地基承載力為126.2kPa，滿足設計要求。試驗加載方式為慢速維持加荷法，總加載重量為設計要求的兩倍，加荷等級分為7級。每加一級荷載，單樁靜荷載試驗在加荷前后各記錄沉降一次。當一小時內(nèi)沉降增量小于0.10mm時，即可加下一級荷載。樁間土靜荷載試驗每級加載后，按間隔10分、10分、10分、15分、15分，以后為每隔半小時讀一次沉降，當連續(xù)兩小時內(nèi)，每小時的沉降量小于0.10mm時，則認為已趨穩(wěn)定，可加下一級荷載。經(jīng)檢測，復合地基承載力特征值大于120kPa，滿足設計要求。下圖為現(xiàn)場某處靜荷載試驗p-s曲線。

3.2 重Ⅱ型動力觸探

利用重Ⅱ型動力觸探對樁體的密實度及樁長進行檢測，被檢測的樁體中，標準貫入錘擊數(shù)，處理前3-6擊，處理后10-27擊，平均擊數(shù)為18擊，樁體碎石充填較好，且垂直連續(xù)，檢測結(jié)果表明樁長達到14m。

3.3 瑞利波法

利用瑞利波法測出樁間土和樁體兩種瑞利波速，由不同介質(zhì)特性判定樁長。結(jié)果表明樁長為10.5-15.7m，滿足設計要求。下圖為現(xiàn)場某處瑞利波速度等值圖。

4 高能量異形錘強夯石渣樁加固評價：

綜合面波測試、重Ⅱ型動力觸探和靜載荷試驗的結(jié)果，強夯地基土承載力、壓縮模量和有效加固深度均能滿足設計要求。

5 結(jié)語

5.1 強夯法處理軟土地基具有較強的經(jīng)驗性和特殊性，施工前期應認真慎重對待試夯。

5.2 強夯設計時，夯點布置應盡量均勻、對稱，并且不能過密，避免土體側(cè)擠破壞和過分隆起。

綜上所述：高能量異形錘強夯石渣樁施工設備簡單，工藝方便，施工速度快，加固效果好，經(jīng)濟效益可觀。該方法值得推廣并具有較大的應用價值及前景，尤其在沿海地區(qū)大力推廣。但需在理論上加深研究，使其進一步完善。

[1]水偉厚，王鐵宏，王亞凌.碎石回填地基上10000kN.m高能級強夯標準貫入試驗[J].巖土工程學報，2006，28(10):

[2]鄭穎人，李學志，馮遺興，等.軟粘土地基的強夯機理及其工藝研究[J].巖石力學與工程學報，1998，17(5)：571-580.

[3]DB21/907－2005建筑地基基礎技術規(guī)范[S].2005.

[4]任繼榮.強夯置換技術在水域濕地軟基處理中的應用[J].建筑施工，2006，(11).