強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基的試驗(yàn)研究

陸偉偉 元麗強(qiáng) 胡一坦 許 琨

（中國(guó)建筑一局（集團(tuán)）有限公司，北京 100161）

強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基的試驗(yàn)研究

陸偉偉 元麗強(qiáng) 胡一坦 許 琨

（中國(guó)建筑一局（集團(tuán)）有限公司，北京 100161）

通過對(duì)比分析強(qiáng)夯后夯點(diǎn)與夯區(qū)外的現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，得出單擊夯沉量隨夯擊次數(shù)的增加逐漸減小，并逐漸趨于穩(wěn)定。根據(jù)夯點(diǎn)下土體變形分析可得，夯擊能主要消耗在土體的豎向壓縮變形上，側(cè)向擠出量不大。試驗(yàn)夯點(diǎn)相對(duì)于夯區(qū)外土體的參數(shù)有較大改善，使土體壓縮，增加其承載性能，同時(shí)隨著深度的增加各參數(shù)提高幅度逐漸減小，夯點(diǎn)與夯區(qū)外逐漸趨于相同，說明在強(qiáng)夯過程中夯擊能量逐漸消散。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有科學(xué)價(jià)值，能為學(xué)者今后的研究提供有意義的參考。

地基處理；強(qiáng)夯法；壓縮變形；影響深度

1 強(qiáng)夯法的概念及其研究概況

強(qiáng)夯法是用起重機(jī)械反復(fù)將質(zhì)量一般為10～60t的夯錘提升到10～40m的高度后松開夯錘使其自由落下，這樣就能給地基一定的沖擊和振動(dòng)，使地基的壓縮性得到顯著降低、承載力明顯提高，從而改善地基性能，因此工程界也將強(qiáng)夯法稱為動(dòng)力固結(jié)法［1］。該法由法國(guó)梅那公司于1969年提出。強(qiáng)夯法憑借其范圍廣、節(jié)約材料、工期短、設(shè)備簡(jiǎn)單、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用［2］。但目前，尚未形成一套成熟的理論和設(shè)計(jì)計(jì)算方法，其施工參數(shù)一般通過試夯來確定［3］。詹金林［4］通過試驗(yàn)分析，總結(jié)了強(qiáng)夯法處理沙漠土的一些規(guī)律。水偉厚［5］通過承載板試驗(yàn)得出：夯點(diǎn)與夯間地基土的密實(shí)度基本一致，無需過大增加荷載板的面積。張繼文［6］通過試驗(yàn)研究探討了濕陷性黃土的含水量對(duì)強(qiáng)夯效果的影響，同時(shí)也探討了地層層序等工程地質(zhì)條件差異對(duì)強(qiáng)夯主加固深度的影響。

本文以濕陷性黃土地區(qū)洛陽某新建電廠強(qiáng)夯試驗(yàn)為依托，通過不同參數(shù)條件下強(qiáng)夯試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，對(duì)強(qiáng)夯后土的物理力學(xué)參數(shù)、夯沉量及黃土濕陷性消除等情況進(jìn)行分析，探討各因素對(duì)黃土地基加固效果的影響，得出相關(guān)結(jié)論，并提出個(gè)人見解，為將來強(qiáng)夯法在試驗(yàn)地區(qū)的應(yīng)用提供工程經(jīng)驗(yàn)。

2 試驗(yàn)概況

根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告，該場(chǎng)地基土自上而下共分6個(gè)工程地質(zhì)單元層。表1依次為2-6層土的主要物理力學(xué)特性指標(biāo)。

表1 各層土主要物理力學(xué)特性指標(biāo)

試驗(yàn)場(chǎng)地地下水在自然地面下46m左右，地下水年變幅在1～2m，豐水季節(jié)場(chǎng)地最高平均穩(wěn)定水位按地面下42m左右考慮，不需考慮孔隙水壓對(duì)強(qiáng)夯效果的影響。

3 試驗(yàn)?zāi)康募霸囼?yàn)參數(shù)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用強(qiáng)夯處理，通過強(qiáng)夯處理后達(dá)到達(dá)到以下目的：①有效影響深度不小于7m；②消除影響深度范圍內(nèi)濕陷性黃土的全部濕陷性；③通過強(qiáng)夯使地基土的承載力、物理力學(xué)指標(biāo)以及非均勻性得到提高與改善；④通過強(qiáng)夯試驗(yàn)，采用不同能級(jí)、夯擊次數(shù)等變量，測(cè)出有關(guān)土層的物理力學(xué)指標(biāo)和消除濕陷性的數(shù)據(jù)，確定最佳夯擊能，為強(qiáng)夯處理地基選擇合適的參數(shù)。

3.2 試驗(yàn)布置及參數(shù)

圖1 夯點(diǎn)布置（單位：cm）

按照需要事先確定的合理施工參數(shù)要求，根據(jù)不同夯擊能量、不同間距、不同夯擊次數(shù)等諸多因素，試驗(yàn)區(qū)按夯點(diǎn)中心間距6m，成梅花形布置夯點(diǎn)25個(gè)，夯擊面積421m2。試驗(yàn)區(qū)夯點(diǎn)布置圖見圖1所示。夯擊能：分1 800kN·m和2 500kN·m兩種，各夯點(diǎn)夯擊數(shù)：分8擊和12擊兩種。

4 強(qiáng)夯試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)區(qū)夯沉量

試驗(yàn)過程對(duì)各種情況進(jìn)行分別測(cè)量，但由于機(jī)械推土不易控制，所以按總平均沉降為39.5cm。從各點(diǎn)測(cè)量的夯沉量情況來看，總夯沉量隨夯擊次數(shù)的增加而增加，夯擊次數(shù)多，累計(jì)夯沉量大，12擊的夯沉量明顯大于8擊的夯沉量。單擊的夯沉量隨夯擊次數(shù)的增加而減小，說明土層隨夯擊次數(shù)的增加逐步加密。同時(shí)，夯沉量隨夯擊能級(jí)的提高而加大，2 500kN·m的夯沉量明顯大于1 800kN·m的夯沉量，但累計(jì)夯沉量隨夯擊次數(shù)增加而逐步趨于穩(wěn)定，說明在夯擊能一定的情況下不斷增加夯擊次數(shù)夯擊效果并不明顯。具體見圖2和圖3。

圖2 單次夯沉量與夯擊次數(shù)的關(guān)系

圖3 累計(jì)夯沉量與夯擊次數(shù)的關(guān)系

4.2 試驗(yàn)區(qū)夯點(diǎn)外的土體變形

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果可知，試驗(yàn)區(qū)各點(diǎn)在夯擊過程中，夯點(diǎn)周圍不僅沒有隆起，反而隨夯坑一起沉陷，使夯坑口面直徑不同程度地增大。形成一個(gè)以夯坑為中心的鍋底形沉陷，同時(shí)周圍出現(xiàn)環(huán)狀裂縫，縫寬為2～5mm。這說明，在夯擊過程中，所產(chǎn)生的沖擊能量主要消耗在土體的豎向壓縮變形上，側(cè)向擠出量不大。雖然對(duì)深層加固較好，但夯間特別是地表層需要通過滿夯認(rèn)真處理。

4.3 試驗(yàn)區(qū)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析

本試驗(yàn)過程中進(jìn)行豎井取樣，室內(nèi)常規(guī)土工試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

圖4 夯區(qū)外和夯點(diǎn)干容重對(duì)比

圖5 夯區(qū)外和夯點(diǎn)孔隙比對(duì)比

圖6 夯區(qū)外和夯點(diǎn)壓縮模量對(duì)比

圖7 夯點(diǎn)外、夯點(diǎn)及夯點(diǎn)間濕陷系數(shù)對(duì)比

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知：夯區(qū)外和夯點(diǎn)干重度隨著深度的增加逐步趨于接近，并且夯點(diǎn)的干重度相比于夯區(qū)外均有大幅度提高，說明起到土體加固的作用。夯區(qū)外和夯點(diǎn)孔隙比隨著深度的增加也逐步趨于接近，且孔隙比夯區(qū)外有較大減小。夯點(diǎn)和夯區(qū)外壓縮模量對(duì)比分析可得，壓縮模量較夯區(qū)外有較大增加，提高了土體的壓縮性能。綜合上述試驗(yàn)結(jié)果可知：試驗(yàn)夯點(diǎn)相對(duì)于夯區(qū)外土體的參數(shù)有較大改善，使土體壓縮，增加其承載性能，一定范圍內(nèi)濕陷性得到消除；同時(shí)，隨著深度的增加各參數(shù)提高幅度逐漸減小，夯點(diǎn)與夯區(qū)外逐漸趨于相同，說明在強(qiáng)夯過程中，存在一個(gè)合理的影響深度，但深度的確定還需進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

①土層隨夯擊次數(shù)的增加逐步加密，夯沉量隨夯擊能級(jí)的提高而加大，2 500kN·m的夯沉量明顯大于1 800kN·m的夯沉量，但累計(jì)夯沉量隨夯擊次數(shù)增加而逐步趨于穩(wěn)定，這說明，在夯擊能一定的情況下，不斷增加夯擊次數(shù)夯擊效果并不明顯。

②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果可知，試驗(yàn)區(qū)各點(diǎn)在夯擊過程中，夯點(diǎn)周圍不僅沒有隆起，反而隨夯坑一起沉陷，在夯擊過程中，所產(chǎn)生的沖擊能量主要消耗在土體的豎向壓縮變形上，側(cè)向擠出量不大。

③試驗(yàn)夯點(diǎn)相對(duì)于夯區(qū)外土體的參數(shù)有較大改善，使土體壓縮，增加其承載性能，有效消除原有地基的濕陷性。同時(shí)，隨著深度的增加，各參數(shù)提高幅度逐漸減小，夯點(diǎn)與夯區(qū)外逐漸趨于相同，說明在強(qiáng)夯過程中存在一個(gè)合理的影響深度。

［1］L Menard，Y Broise.Theoretical and practical aspects of dynamic consolidation［J］.Geotechnique，1975（1）：3-18.

［2］高廣運(yùn)，水偉厚，王亞凌.高能級(jí)強(qiáng)夯在大型石化工程中的應(yīng)用［J］.巖土力學(xué)，2004（8）：1275-1278.

［3］陳文，曾金艷，張敏.影響強(qiáng)夯法加固效果因素的試驗(yàn)研究［J］.勘察科學(xué)技術(shù)，2006（2）：28-31.

［4］詹金林，水偉厚，梁永輝，等.強(qiáng)夯法加固沙漠土地基處理試驗(yàn)研究［J］.巖土力學(xué)，2009（S2）：489-493.

［5］水偉厚，王鐵宏，王亞凌.高能級(jí)強(qiáng)夯地基土載荷試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2007（7）：1090-1093.

［6］張繼文，屈百經(jīng)，王軍，等.超高能級(jí)強(qiáng)夯法加固濕陷性黃土地基的試驗(yàn)研究［J］.工程勘察，2010（1）：15-18.

Research on The Application of Dynamic Compaction Method in the Collapsible Loess Foundation Treatment

Lu WeiweiYuan Liqiang Hu Yitan Xu Kun
（China Construction First Building(Group)Corporation Limited，Beijing 100161）

Combining with the experimental results of the field test and the indoor experiment,the results showed that click tamping settlement decreases with the increase of number of dynamic compaction reduces gradually,and tends to be gradually stabilized.According to the analysis of the soilde for mation compaction the next point,tamping energy is mainly consumed in the compressive deformation of soil vertical,lateral extrusion amount is not too big.Test the compaction points are greatly improved compared to the parameters of compaction soil outside the district,the soil has been compressed,the bearing capacity increased,and each parameter increase gradually decreased with the increasing in depth.

foundation treatment；dynamic compaction；compression deflection；influence depth

TU352.1

A

1003-5168（2017）07-0109-03

2017-06-01

陸偉偉（1985-），男，本科，工程師，研究方向：建筑工程。

許琨（1989-），男，碩士，助理工程師，研究方向：巖土工程施工管理。