王 蕊

(金陵科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇南京 211169)

強(qiáng)夯加固軟弱地基的試驗(yàn)研究

王 蕊

(金陵科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇南京 211169)

以位于長(zhǎng)江漫灘區(qū)某地基工程為例，詳細(xì)介紹了強(qiáng)夯加固軟土地基的試驗(yàn)方案。通過(guò)各種原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)對(duì)強(qiáng)夯加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究結(jié)果表明，在強(qiáng)夯的地基中增加塑料排水板后，有利于深層軟土的排水固結(jié)。加大強(qiáng)夯加固的有效深度，可改善深層軟土的物理力學(xué)性質(zhì)，提高地基的承載力，強(qiáng)夯有效加固深度可達(dá)到4～6 m，研究結(jié)論為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)施工提供借鑒。

淤泥質(zhì)黏土； 強(qiáng)夯； 試驗(yàn)

強(qiáng)夯法，又名動(dòng)力固結(jié)法，是由法國(guó) Menard 技術(shù)公司于20世紀(jì)70年代初首創(chuàng)的一種地基處理方法[1]。強(qiáng)夯法廣泛用于砂土、粉土、濕陷性黃土、碎石土、軟黏土等各種類(lèi)型地基的加固[2-5]。另外沿海地區(qū)廣泛分布著表層為吹填砂，下伏軟黏土的軟弱地基。周健、胡修文和鄒維列等人[6-8]采用了強(qiáng)夯法對(duì)此地基進(jìn)行了處理，取得了良好的處理效果。本文結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)強(qiáng)夯法在處理淤泥質(zhì)軟土地基加固的適用性及相應(yīng)的施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并對(duì)加固效果進(jìn)行了檢驗(yàn)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 工程地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地位于長(zhǎng)江漫灘區(qū)，地下水位埋深為0.7 m,工程地質(zhì)勘察提供的土層報(bào)告自上而下為：①粉煤灰層：松散，厚度為6～8 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為1擊，經(jīng)分析為嚴(yán)重液化層，是本次試驗(yàn)重點(diǎn)加固層；②素填土層，軟塑，厚度為2～4 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為2～3擊；③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，飽和，流塑，厚度為3～18 m；④粉質(zhì)黏土層：飽和，可塑，厚度為2～10 m；⑤粉砂層：飽和，中密～密實(shí)，厚度為11～14 m。

1.2 試夯設(shè)計(jì)

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三個(gè)分區(qū),每個(gè)分區(qū)又分為設(shè)置塑料排水板和不設(shè)置塑料排水板兩個(gè)亞區(qū)(分別稱(chēng)為A區(qū)和B區(qū))，每個(gè)試驗(yàn)亞區(qū)選用不同的夯擊參數(shù)，試驗(yàn)區(qū)面積均為34 m×28 m,并且在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)區(qū)夯點(diǎn)一部分采用梅花形布置，另一部分采用正方形布置，夯點(diǎn)間距均為3 m,夯擊試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)計(jì)遵照多遍夯擊，逐步提高夯擊能的原則。強(qiáng)夯施工參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 強(qiáng)夯施工參數(shù)

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容

為研究強(qiáng)夯加固效果，進(jìn)行了一系列的室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作。強(qiáng)夯前后分別進(jìn)行地表沉降、靜力載荷、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作，同時(shí)對(duì)表層粉煤灰及下伏軟土層取樣，對(duì)其進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)分析

2.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.1.1 沉降測(cè)量

每遍強(qiáng)夯后，按照10 m×10 m方格網(wǎng)，用水準(zhǔn)儀測(cè)地面標(biāo)高，與夯前地面標(biāo)高進(jìn)行比較，其差值即為本遍強(qiáng)夯地面沉降值(表2)。

由表2可以看出，從地表的平均夯沉量的結(jié)果可以看出，Ⅰ區(qū)夯沉量最小，Ⅱ和Ⅲ區(qū)夯沉量比較接近，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ試驗(yàn)區(qū)加插塑料排水板比不加插塑料排水板平均夯沉量分別增大了17.5%、3.8%和3.0%，究其原因是加插塑料排水板能夠加快地基的動(dòng)力固結(jié)排水速度，夯沉量增大；同時(shí)Ⅰ區(qū)比Ⅱ、Ⅲ區(qū)的增加幅度要大，主要是由于Ⅰ區(qū)的夯擊能量與夯擊遍數(shù)均低于Ⅱ、Ⅲ區(qū)，加插塑料排水板對(duì)夯沉量的影響更大。

表2 沉降測(cè)量

2.1.2 強(qiáng)夯前后地基土物理力學(xué)指標(biāo)比較

強(qiáng)夯前后對(duì)A區(qū)和B區(qū)不同深度土層進(jìn)行了室內(nèi)土工試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。在2.0～6.0 m深度范圍內(nèi)，土體的含水量平均降低了50.3%和45.1%，干密度平均提高了28.8%和25.0%，孔隙比平均降低了22.1%和18.2%，壓縮系數(shù)平均減少了86.9%和53.8%，壓縮模量平均增加了147%和98.5%。上述結(jié)果表明，強(qiáng)夯后，距地面6.0 m深度內(nèi)的粉煤灰和淤泥質(zhì)軟土層的物理力學(xué)指標(biāo)得到了明顯地改善，有效地提高了地基的強(qiáng)度；而在6.0 m以下土層，其物理力學(xué)指標(biāo)提高不大，不過(guò)設(shè)置塑料排水板區(qū)夯后土的物理力學(xué)性質(zhì)的改善優(yōu)于不設(shè)置塑料排水板區(qū)。

表3 強(qiáng)夯前后地基的土工性質(zhì)指標(biāo)

2.1.3 載荷試驗(yàn)

為了分析強(qiáng)夯加固后的粉煤灰地基承載力提高情況，經(jīng)過(guò)一段間歇時(shí)間后又在其上進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)。按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012), 載荷板的面積為3 m×3 m，取荷載板沉降量為0.008b時(shí)，所對(duì)應(yīng)的荷載值為地基承載力，如圖1所示。

圖1 強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)荷載沉降曲線(xiàn)

由圖1可以看出：ⅠA、ⅠB、ⅡA、ⅡB、ⅢA、ⅢB區(qū)的最大試驗(yàn)荷載分別為160 kPa、130 kPa、290 kPa、200 kPa、310 kPa和250 kPa，3個(gè)分區(qū)強(qiáng)夯加固處理后的地基承載力都超過(guò)設(shè)計(jì)承載力120 kPa的要求，且Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)加插塑料排水板比不加插塑料排水板的承載力分別大1.45倍和1.24倍，說(shuō)明軟土層中設(shè)置塑料排水板后，地基的承載力得到了提高，原因是設(shè)置塑料排水板后加快軟土地基的動(dòng)力固結(jié)排水速度。

2.1.4 CPT試驗(yàn)

強(qiáng)夯前后對(duì)試驗(yàn)區(qū)的檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行CPT試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可以看出，對(duì)于Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)，0～5 m深度內(nèi)土體的強(qiáng)夯后Ps值平均為5.35MPa，與夯前相比增大了10倍，而對(duì)于Ⅲ區(qū)，0～6m深度內(nèi)土體的Ps值平均為6.31MPa，與夯前相比增大了11倍，并且設(shè)塑料排水板區(qū)比不設(shè)塑料排水板的區(qū)土體強(qiáng)夯后Ps值平均大32.8%。上述結(jié)果表明，Ⅲ區(qū)強(qiáng)夯有效加固深度大于Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)，同時(shí)設(shè)置塑料排水板的土體強(qiáng)夯后的加固效果優(yōu)于不設(shè)置塑料排水板。分析其原因主要是設(shè)置塑料排水板區(qū)的深部土體的固結(jié)排水速度快于不設(shè)置塑料排水板區(qū)。

2.1.5SPT試驗(yàn)

強(qiáng)夯前后對(duì)各個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了SPT試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表5可以看出，試驗(yàn)區(qū)0～6m深度內(nèi)的土體經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯處理后標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)有非常顯著的提高，上部土體得到了很好的加固，而深部的軟土加固效果不明顯，但塑料排水板區(qū)的深部軟土加固效果優(yōu)于未設(shè)置塑料排水板區(qū)，該結(jié)論與CPT的測(cè)試結(jié)果相同。

3 討論分析

分析上述試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ⅢA區(qū)的地基土層的加固效果最好。首先ⅢA區(qū)設(shè)置塑料排水板有利于深層軟土的排水固結(jié)，減少夯坑周?chē)∑?，有利于夯能向下傳遞；此外ⅢA區(qū)夯點(diǎn)布置采用梅花形布置，跳夯施工，和正方形布置相比，減少了夯擊過(guò)程中對(duì)夯點(diǎn)周?chē)馏w的振動(dòng)擾動(dòng)影響，改善了加固效果；接著ⅢA區(qū)的夯擊次數(shù)為3遍，每遍夯擊次數(shù)從4擊逐步增加到8擊，每遍所采用夯擊能也從逐步2 000kN·m增加到3 000kN·m，夯擊能量和夯擊次數(shù)逐步由低到高，這樣既保證了深部的軟土層能得到有效地加固，又能有效地降低深層土的擾動(dòng)，減少橡皮土的發(fā)生。

表4 各試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯處理前后靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

表5 各試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

綜上分析，增設(shè)塑料排水板，夯點(diǎn)采用梅花形布置，初始以低能量夯擊，逐步增加夯擊能量，適當(dāng)增加夯擊遍數(shù)能有效加固淤泥質(zhì)軟土地基。

4 結(jié)論

通過(guò)分析強(qiáng)夯加固淤泥質(zhì)軟土層地基的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，可以得出以下結(jié)論。

(1)綜合強(qiáng)夯施工處理后的現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)測(cè)試結(jié)果表明ⅢA區(qū)的加固效果為最好。

(2)對(duì)于高含水量、大孔隙比的淤泥質(zhì)軟土層，開(kāi)始以低能量加固，再以高的能量加固，適當(dāng)增加夯擊遍數(shù)，能夠有效提高強(qiáng)夯效果。

(3)在強(qiáng)夯加固的土體中設(shè)置塑料排水板后，可以增大強(qiáng)夯加固的有效深度。

(4)夯點(diǎn)采取梅花形布置，采取跳夯的方式能夠提高軟土層的加固效果。

[1]MenardL,BroiseY.Theoreticalandpracticalaspectsofdynamicconsolidation[J].Geotechnique, 1975, 25(1): 3-18．

[2] 匡健，李曉靜，張巖,等. 黃泛區(qū)強(qiáng)夯加固地基效果的數(shù)值模擬研究[J]. 鐵道建筑，2012(2)：62-65.

[3] 徐玉勝，趙有明，高明顯. 強(qiáng)夯置換法處理軟土地基的模型試驗(yàn)研究[J]. 鐵道建筑，2011(1)：77-80.

[4] 張麗娟，李彰明，韓江. 動(dòng)靜力排水固結(jié)法在淤泥質(zhì)地基處理工程中的應(yīng)用[J]. 巖土力學(xué)，2009，30(2)：5679-571.

[5] 周紅波，盧劍華，蔣建軍. 動(dòng)力排水固結(jié)法加固浦東機(jī)場(chǎng)促淤地基試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué)，2005，26(11)：1779-1784.

[6] 周健，崔積弘，賈敏才，等. 吹填細(xì)砂軟弱地基處理試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué)，2008，29(4)：859-864.

[7] 胡修文，張唯，王堅(jiān). 以吹填砂為覆蓋層的飽和軟粘土地基強(qiáng)夯試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2004，25(5)：818-823.

[8] 鄒維列，吳國(guó)高，安駿勇，等. 強(qiáng)夯加固軟土上覆填海砂層的試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué)，2003，24(6)：983-986.

王蕊(1975～)，女，碩士，講師，主要從事巖土工程、結(jié)構(gòu)工程等方面的教學(xué)與科研。

U472.3+1

B

[定稿日期]2015-07-23