復雜環境高填方場地強夯施工控制技術

李春法

(蕪湖港儲運股份有限公司淮南鐵路運輸分公司，安徽淮南 232000)

1 工程概況

某市檔案館廣場為高填方場地，面積約1萬m2，場地北部為即將建設完成的檔案館，緊鄰的東部、南部、西部為新建成道路。原場地為坑塘，采用粉土直接回填，填筑深度6 m～8 m，填筑過程未進行處理，現場地由綠化地改為停車場，場地的承載能力和抗變形能力不能滿足停車場要求，經過地基處理方案論證，決定采用強夯法加固處理。強夯法是高效經濟地基處理方法，但強夯施工過程中會產生較大的地面振動和水平方向動應力，處理不當會危及周圍的檔案館建筑物、道路安全。因此，檔案館場地強夯法處理必須在夯擊過程中對沖擊應力、地面振動進行控制，消除強夯施工的不利影響，確保檔案館和周圍道路安全。

2 不同夯擊能強夯現場試驗

2.1 強夯現場試驗目的

1)獲得強夯法處理高填方場地沖擊應力、地面振動速度與夯擊工藝參數的關系;2)獲得合理的強夯法施工工藝參數;3)提出減少對周圍建筑物、道路危害的技術措施。

2.2 強夯現場測試系統

1)夯擊過程土體沖擊應力分布規律測試。土體沖擊應力測試采用土體沖擊應力量測系統進行采集處理，量測系統由5只DY-1壓電式壓力傳感器，DH-3840多通道電荷放大器和DH-5939高速數據采集儀構成，見圖1。5只土壓力傳感器按圖1要求埋入土中。采用土體沖擊應力量測系統采集強夯過程中土體沖擊應力，獲得土體沖擊應力分布與強夯施工參數關系。

2)夯擊過程地面振動分布規律測試。夯擊過程地面振動測試用4臺TC-4850地面振動測試記錄儀采集處理夯擊過程中地面振動，每臺儀器有3個通道，連接3個振動速度傳感器，分別記錄地面水平徑向、水平切向和垂直地面方向振動速度，見圖2。測試將3個速度傳感器固定在地面上，布置位置見圖3，4臺儀器測試可獲得地面振動速度分布規律與強夯施工參數關系。

圖1 沖擊應力測試系統

圖2 地面振動量測系統

2.3 測點布置

在夯擊點周圍需要布置5個土壓力測點和4組地面振動測點，才能獲得土體沖擊應力和地面振動速度分布規律。測點布置見圖3。

圖3 沖擊應力、地面振動分布規律測試測點布置圖（單位：m）

2.4 強夯現場試驗結果及分析

按圖3所示布置測點，進行不同夯擊能(1 000 kN·m，2 000 kN·m，2 500 kN·m，3 000 kN·m)作用下土體應力和地面振動分布規律試驗，夯擊過程中記錄每次夯擊作用夯沉量，直到完成每級夯擊能夯擊。

2.4.1 夯沉量實測數據與分析

在強夯現場試驗過程中用水準儀分別測量在3 000 kN·m，2 500 kN·m，2 000 kN·m和1 000 kN·m四個夯擊能下每一擊的夯沉量，得到不同夯擊能作用下每擊夯擊能作用下夯沉量和累計夯沉量，見圖4。

圖4 不同夯擊能下每擊夯沉量和累計夯沉量與夯擊次數關系曲線

從夯擊次數與夯沉量的關系曲線，可得到:1)單擊夯沉量隨夯擊次數的增加而逐漸減小，單擊夯沉量曲線趨于收斂，但超過8擊～10擊后單擊夯沉量逐漸增大，說明8擊～10擊后地基土有破壞現象;2)累計夯沉量隨夯擊次數的增加逐漸增大，但增幅逐漸減小，累計夯沉量曲線趨于緩和;3)在相同夯擊次數、相同密實度、相同填方高度條件下，夯擊能越大，累計夯沉量就越大;4)根據夯沉量與夯擊次數關系得到最佳夯擊次數為7擊～8擊。

2.4.2 土體沖擊應力數據處理與分析

圖5為C1測點不同夯擊能(3 000 kN·m，2 500 kN·m，2 000 kN·m，1 000 kN·m)實測水平向的沖擊力時程(P—T)曲線圖。圖6為不同夯擊能作用下不同夯擊次數時水平方向沖擊應力峰值與距離分布曲線圖。

圖5 C1測點水平向的沖擊力時程（P—T）曲線圖

從水平向沖擊時程曲線和分布曲線，可得到:

1)水平方向沖擊力具有作用時間段(20 ms～40 ms)、峰值衰減快特點;2)水平方向沖擊應力峰值隨夯擊能的增大而增大，近似呈線性關系;3)水平方向上沖擊應力峰值隨距夯點距離的增大而衰減，并且呈近似負冪函數關系衰減。

根據沖擊應力峰值衰減曲線，2 000 kN·m～3 000 kN·m作用下，夯點與建構物距離大于4 m～7 m，水平方向上沖擊應力峰值小于100 kPa。因此，以2 000 kN·m～3 000 kN·m夯擊能進行強夯施工過程中，強夯加固土體側向的影響范圍在4 m～7 m，夯點布置間距4 m～6 m為宜，夯點與要保護結構物安全距離應大于7 m為宜。

圖6 水平方向沖擊應力峰值隨距離變化曲線

2.4.3 地面振動數據處理與分析

圖7根據實測數據繪制出不同夯擊能下不同夯擊次數下，垂向振動速率峰值與距夯點距離之間關系曲線和水平徑向振動速率峰值與距夯點距離之間關系曲線。

圖7 3 000 kN·m夯擊能作用下地面振動速率峰值與距離關系曲線

圖7顯示不同夯擊能作用下地面振動與距離間呈負冪指數關系，用Excel回歸出不同夯擊能、夯擊次數條件下，地面振動與距離間關系方程。按照場區內建筑物和道路允許振動速度要求，取安全允許地面振動速度為Vmax≤3 cm/s。依據強夯地面振動分布方程和允許振動速度，求得強夯地面振動安全距離見表1。

表1 強夯地面振動安全距離 m

綜合表1數據，復雜高填方場地強夯施工過程中安全控制距離建議值見表2。

3 主要結論與建議

表2 復雜高填方場地強夯施工安全控制距離建議值(V≤3 cm/s)

3.1 主要結論

通過對復雜高填方場地強夯處理現場試驗，得出主要結論如下:

1)高填方場地夯擊過程中，單擊夯沉量隨夯擊次數的增加而逐漸減小，累計夯沉量隨夯擊次數的增加逐漸增大，最佳夯擊次數為7擊～8擊。2)強夯沖擊高填方場地產生的水平沖擊應力峰值隨夯擊能的增大而增大，隨距夯點距離的增大而呈負冪函數關系衰減。2 000 kN·m～3 000 kN·m夯擊能進行強夯施工過程中，強夯加固土體側向的影響范圍在4 m～7 m，夯點合理間距為4 m～6 m，夯點與要保護結構物安全距離應大于7 m。3)強夯施工過程中產生的地面振動為低頻振動，地面垂向振動速度大于水平向振動速度，振動速度隨夯擊能增大而增大，隨距離增大而呈負冪函數關系衰減，1 000 kN·m～3 000 kN·m夯擊能施工的安全距離為11 m～18 m。4)靠近道路和檔案館附近夯擊時，控制夯擊能為1 000 kN·m，夯點與道路、檔案館安全距離為10 m～15 m，可確保道路與檔案館不受強夯施工影響。

3.2 建議

為了確保復雜高填方場地強夯處理質量和不對道路、檔案館產生不利影響，建議強夯施工按如下要求進行:

1)復雜高填方場地強夯處理應分區進行，場地中部采用較大的夯擊能施工，主夯和副夯采用2 000 kN·m～2 500 kN·m，夯點間距4 m～6 m，單點夯擊7次～8次，滿夯采用1 000 kN·m;場地周邊采用小夯擊能施工，主夯、副夯采用1 000 kN·m施工，單擊夯擊7次～8次，滿夯也采用1 000 kN·m施工。2)靠近道路和檔案館附近夯擊時，嚴格控制夯擊能不超過1 000 kN·m，夯點與道路、檔案館安全距離為10 m～15 m。

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