黏性土充填的碎石類填土強(qiáng)夯處理適宜性評(píng)價(jià)

張 斌

北京東方新星石化工程股份有限公司,保定 071051

黏性土充填的碎石類填土強(qiáng)夯處理適宜性評(píng)價(jià)

張 斌

北京東方新星石化工程股份有限公司,保定 071051

通過介紹強(qiáng)夯法在安慶石化煉油新區(qū)項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)例，從工程地質(zhì)勘察的角度分析黏性土充填的碎石類填土地基強(qiáng)夯處理的適宜性以及影響強(qiáng)夯處理效果的各種因素，通過探討各種工程地質(zhì)因素對(duì)強(qiáng)夯處理效果的影響，為類似場地地基土的處理積累相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。

強(qiáng)夯; 碎石土;適宜性;勘察;承載力

引言

強(qiáng)夯是法國Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，我國于1978年引進(jìn)并首次進(jìn)行了強(qiáng)夯法試驗(yàn)研究，它是通過反復(fù)將夯錘提到一定的高度使其自由下落，給地基以沖擊和振動(dòng)能量，將地基土夯實(shí)，從而提高地基土的強(qiáng)度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件等。

強(qiáng)夯地基處理可用于機(jī)場、道路、港口、堆場、儲(chǔ)罐、倉儲(chǔ)和工業(yè)與民用建筑等工程場地的地基處理。

安慶石化煉油新區(qū)擴(kuò)建項(xiàng)目，位于安徽省安慶市主城區(qū)西部。該項(xiàng)目為全廠性改擴(kuò)建工程的主體部分，包括新建500萬噸/年常減壓蒸餾裝置、200萬噸/年重油加氫裝置、200萬噸/年催化裂化裝置、等大型石化生產(chǎn)裝置。該場地地貌類型為沿江剝蝕～堆積階地地貌，原始地形較復(fù)雜，地勢起伏較大。項(xiàng)目建設(shè)初期進(jìn)行了場地平整，平整方案采取高挖低填的方式，填料主要為場地地勢較高處原有的碎石土、黏性土、砂土和全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖混合填料。

由于回填土的承載力和變形模量均不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)其進(jìn)行處理。考慮到強(qiáng)夯法夯擊能量大，影響深度大，同時(shí)與其他地基處理方法相比具有工藝簡單、效果顯著、設(shè)備簡單、費(fèi)用低廉、質(zhì)量容易控制、適用土層范圍廣及施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，故決定采用強(qiáng)夯法對(duì)該場地回填土進(jìn)行地基加固處理。本文通過介紹夯后勘察和地基檢測結(jié)果，探討?zhàn)ば酝脸涮畹乃槭愄钔恋鼗膹?qiáng)夯適宜性。

1 場地地層

工程勘察資料顯示場地地層主要為：第四系全新統(tǒng)(Q4)素填土、粉質(zhì)黏土、第四系上更新統(tǒng)沖洪積卵石土(Q1al+pl)和白堊系上統(tǒng)宣南組全～中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、砂巖(K2x)。根據(jù)成因、巖性及物理力學(xué)性質(zhì)的不同，地層劃分如下：

①層素填土（Q4ml）：灰黃、灰褐、褐黃等色，整體色雜，主要由卵石、碎石及黏性土等組成，結(jié)構(gòu)松散，組成物質(zhì)復(fù)雜，不均勻，為場地整平過程中人工回填而成，層厚0～17.80m。

②層粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）：褐黃色～黃褐色，一般硬塑，部分可塑，含少量礫砂、卵石，切面稍有光澤，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，部分地段為黏土、粉土。

③層卵石（Q1al+pl）：灰褐色、灰黃色，濕～飽和，稍密～中密。卵石含量一般50%～70%左右，粒徑一般2cm～5cm，少量7cm～10cm，最大粒徑超過10cm，分選中等，磨圓一般，多呈次圓狀、亞圓狀，另含少量礫石，局部夾薄層砂礫，母巖成分主要為石英巖、石英砂巖和燧石等，強(qiáng)度高，孔隙間由黏性土、中粗砂或礫砂充填。

④層全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(K2x)：灰紅色、紫紅色，部分灰白色、灰黃色，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造已完全被風(fēng)化破壞，巖芯呈土柱狀、砂柱狀，手可掰開，泥質(zhì)含量變化較大，巖體風(fēng)化不均勻。

⑤層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(K2x)：灰紅色、紫紅色，部分灰白、灰黃色，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度差，浸水易軟化，結(jié)構(gòu)大部分破壞，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，主要成分為石英、長石，含少量云母和泥質(zhì)，各成分變化較大。

⑥層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖(K2x)：灰紅色、紫紅色，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，風(fēng)干易裂解，主要成分為石英、長石、云母及泥質(zhì)，裂隙稍發(fā)育，巖芯較完整，呈柱狀，柱長一般10cm～40cm，指甲可刻劃，巖質(zhì)軟。

2 強(qiáng)夯法

2.1 強(qiáng)夯施工

由于場地范圍內(nèi)原始地勢起伏較大，整平后填土厚度相差亦較大，為達(dá)到理想的強(qiáng)夯效果，對(duì)填土厚度不同的地段采用不同的夯擊能級(jí)，共有6個(gè)夯擊能級(jí)：1500 kN·m能級(jí)、3000kN·m能級(jí)、6000kN·m能級(jí)、8000kN·m能級(jí)、10000kN·m能級(jí)、12000kN·m能級(jí)。

現(xiàn)以6000kN·m能級(jí)夯區(qū)S6-1/2/3/4/5/6為例，夯錘直徑為3.6m，分三遍進(jìn)行，第一、二遍的單擊夯擊能均為6000kN·m，每遍夯擊次數(shù)以最后兩擊平均夯沉量不大于10cm且每遍夯擊次數(shù)不少于16擊控制；第三遍滿夯兩遍，夯擊能級(jí)為2000kN·m，每遍每點(diǎn)三擊。兩遍主夯點(diǎn)呈7.5m×7.5m正方形布置，第一、第二遍夯點(diǎn)采取隔行跳點(diǎn)方式進(jìn)行施工，第三遍滿夯夯印要求搭接1/4，以夯實(shí)地基淺部填土，并整平地基表面。處理后地基承載力特征值要求fak≥200kPa，壓縮模量要求Es≥10MPa，處理范圍為回填土和①層素填土，最深有效加固深度約8.0m。

2.2 強(qiáng)夯處理效果

地基土檢測采用重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)和載荷試驗(yàn)等檢測方法。重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果及夯后地基土載荷試驗(yàn)成果分別見表1和表2：

由表1強(qiáng)夯前后重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出，夯后各夯區(qū)平均動(dòng)探擊數(shù)普遍不同程度地高于夯前平均擊數(shù)，這就意味著地基土密實(shí)度在強(qiáng)夯后普遍有了一定程度的增加，由夯前的極松散～松散變成夯后的近稍密～稍密。

表1 重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果

表2 載荷試驗(yàn)成果

由表2載荷試驗(yàn)成果，可以看出，強(qiáng)夯后地基土的承載力特征值12個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，有6個(gè)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，還有6個(gè)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求且基本上與設(shè)計(jì)要求值相差甚遠(yuǎn)。

3 強(qiáng)夯處理效果分析

強(qiáng)夯后各夯區(qū)平均動(dòng)探擊數(shù)均較夯前后所提高，地基土密實(shí)度在強(qiáng)夯后普遍有了一定程度的增加，這說明了強(qiáng)夯法在增加黏性土充填的碎石類填土的密實(shí)度方面，效果是比較明顯的。

夯后有一半數(shù)量的載荷試驗(yàn)點(diǎn)測得的地基土承載力特征值未達(dá)到設(shè)計(jì)要求且基本上與設(shè)計(jì)要求值相差甚遠(yuǎn)，造成這種結(jié)果的原因大致有以下幾點(diǎn)：

(1)由勘察報(bào)告可知，承載力特征值較低的試驗(yàn)點(diǎn)，地基土中的黏性土占比一般較大，局部為含碎石黏性土，由于黏性土透水性差，場地地下水位較淺，強(qiáng)夯施工時(shí)未設(shè)置豎向排水通道，夯錘對(duì)土體施加瞬時(shí)荷載，土體中的孔隙水來不及排出，在土體內(nèi)產(chǎn)生超靜孔隙水壓力且長時(shí)間得不到消散，導(dǎo)致土體內(nèi)的有效應(yīng)力大大減小，從而較大程度上降低了地基土承載力。

這點(diǎn)可以從下面的事實(shí)得到印證：強(qiáng)夯后經(jīng)過 天的孔隙水壓力消散，在黏性土占比較大的試驗(yàn)點(diǎn)鉆孔，有大量的壓力水從孔中涌出，這表明仍有較高的孔隙水壓力未消散。

而地基土黏性土占比較小的試驗(yàn)點(diǎn)，粗顆粒土之間形成的空隙不會(huì)被黏性土完全充填，形成天然的排水通道，因而土體在強(qiáng)夯后較短時(shí)間內(nèi)由瞬時(shí)荷載引起的超靜孔隙水壓力就可以消散掉，轉(zhuǎn)變?yōu)橛行?yīng)力，從而提高地基土的承載力。

(2)場地位于長江下游地區(qū)，降雨量豐富，回填整平過程中，由于降雨等因素，回填土的含水量較高。由勘察報(bào)告中的土工試驗(yàn)結(jié)果可知，黏性土含水量為20.2%～33.7%，大于最優(yōu)含水量14%，無黏性土含水量11.4%～26.7%，大于最優(yōu)含水量7%～9%。

對(duì)于黏性土來說，含水量增加，會(huì)使顆粒表面的薄膜水變厚，顆粒間電分子吸引力下降，土體內(nèi)聚力降低，因而地基土承載力也會(huì)降低；對(duì)于非黏性土，含水量的增加會(huì)在土顆粒表面形成潤滑作用，使得土的內(nèi)摩擦角降低，因而地基土承載力也會(huì)降低。

4 結(jié)語

強(qiáng)夯法可以較明顯地增加黏性土充填的碎石類填土地基密實(shí)度。

影響?zhàn)ば酝脸涮畹乃槭愄钔恋鼗鶑?qiáng)夯處理效果的主要因素有：

(1)回填土中黏性土占比：嚴(yán)格控制回填土質(zhì)量，按照一定的顆粒級(jí)配，采用合理的黏性土比例，科學(xué)地進(jìn)行場地回填，是保證碎石類填土地基強(qiáng)夯處理效果的重要前提。對(duì)于黏性土占比較大的碎石類填土地基，可設(shè)置豎向排水通道以增加土體排水能力，加速強(qiáng)夯后超靜孔隙水壓力的消散，提高地基土承載力。

(2)回填土含水量：填土的回填時(shí)間應(yīng)避開雨季，以免雨水混入回填土使回填土含水量增加，影響強(qiáng)夯處理效果。當(dāng)回填土含水量較高時(shí)，可采用晾曬或添加石灰等添加劑的方法，減小土層含水量，保證強(qiáng)夯處理效果。

當(dāng)回填土中黏性土占比較大，含水量又較高時(shí)，不宜進(jìn)行強(qiáng)夯處理。

[1]中華人民共和國建設(shè)部.巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009

[2]高大釗，袁聚云.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué).人民交通出版社，2006

[3]北京東方新星石化工程股份有限公司.中國石油化工股份有限公司安慶分公司含硫原油加工適應(yīng)性改造及油品質(zhì)量升級(jí)工程煉油新區(qū)巖土工程勘察報(bào)告.北京東方新星石化工程股份有限公司，2011

[4]何長明.強(qiáng)夯法的發(fā)展現(xiàn)狀與展望.中國水運(yùn)，2010

[5]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).強(qiáng)夯地基處理技術(shù)規(guī)程(CECS 279：2010).北京：中國計(jì)劃出版社，2010.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.010