淺談強夯法加固地基的質量檢測方法及應用

付海軍FU Hai-jun；李娜LI Na；馮康FENG Kang；孫茂前SUN Mao-qian

（①國核電力規劃設計研究院，北京 100095；②南陽市住宅建筑工程公司，南陽 473002；③濟南市水利局，濟南 250101）

（①State Nuc1ear E1ectric Power P1anning Design and Research Institute，Beijing 100095，China；②Nanyang Residentia1 Construction Engineering Company，Nanyang 473002，China；③Ji'nan Water Conservancy Bureau，Ji'nan 250101，China）

0 引言

強夯法是法國Menard技術公司于1969年提出的一種地基加固方法，我國自引進強夯技術以來，經過多年的研究與實踐，廣泛應用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土，濕陷性黃土、回填土等地基的處理，用來提高地基強度，降低土的壓縮性，消除濕陷性或者提高抗液化能力等。強夯法處理后的地基加固效果是否達到預期目的和設計要求，需要對處理后的地基進行科學合理的檢測。目前，檢測方法有傳統的平板靜力載荷試驗、圓錐動力觸探試驗、標準貫入試驗、土工試驗以及新興的瑞雷波法、探地雷達法等，諸多檢測方法中，在操作方法、適用條件、檢測效果、工期、成本等方面各有優缺，但使用的目的和作用大同小異。

1 檢測方法

1.1 平板靜力載荷試驗 平板靜力載荷試驗是在一定面積的承壓板上向地基逐級施加荷載，測求地基土的壓力與變形特性的原位測試方法，它反映承壓板下1.5～2.0倍承壓板直徑或寬度范圍內地基土強度、變形的綜合性狀。該方法適用于粘性土、粉土、砂土和粒徑不大的碎石土，是檢驗地基土強度的常用手段。所使用設備由承壓板、穩壓加荷裝置和沉降觀測裝置三部分組成。分級加荷，每次加荷后均按照一定的時間間隔測讀一次沉降量，滿足試驗結束條件時，停止加荷，結束試驗。根據試驗可確定地基土的承載力特征值fak和變形模量Eo。

1.2 圓錐動力觸探試驗 圓錐動力觸探試驗是利用一定質量的落錘，以一定高度的自由落距將標準規格的圓錐形探頭打入土層中，根據探頭貫入的難易程度判定土層的性質，該試驗適用于砂土和碎石土。試驗裝置由圓錐觸探頭、觸探桿和穿心錘三部分組成，試驗需鉆探設備配合完成，可選擇某一深度試驗，也可自上而下連續貫入試驗。通過動力圓錐觸探試驗地基土的物理力學性質指標，經過試驗對比和相關分析，可初步評價地基土的密實度、地基承載力、變形指標等參數，也可判定地基土在豎直向的變化規律和水平向上的變化，評價地基的均勻性。

1.3 標準貫入試驗 標準貫入試驗用質量為63.5kg的重錘按76cm的落距自由下落，將標準規格的貫入器打入地層，根據貫入器在貫入一定深度得到的錘擊數來判定土層的性質，該試驗適用于砂土、粉土和一般粘性土等。試驗設備由標準貫入器、觸探桿及穿心錘組成，試驗需與鉆探配合進行。根據試驗結果，可確定砂土的密實度、土的抗剪強度、地基承載力、土的變形參數、判別砂土液化等。

1.4 土工試驗 土工試驗是通過對采取的土試樣進行相應的試驗，獲得土的物理力學性質指標的試驗工作。土工試驗以室內試驗為主，對象主要為粉土、粘性土、砂土等，其前提是現場取到合格的土試樣。不同的試驗所使用的儀器設備不盡相同，往往是多臺套的。通過對強夯施工前后地基土取樣試驗及對試驗結果進行對比分析，判斷強夯法對地基處理的加固效果。

1.5 瑞雷波測試 瑞雷波法檢測是近年來興起的物探檢測手段。瑞雷波是沿介質表面或層面傳播的一種彈性波，其穿透深度約為一個波長。瑞雷波檢測的物理基礎是瑞雷波相速度與巖（土）體物理力學性質和面波的頻散性的密切相關性，利用瑞雷波的頻散特征求得巖土體中波速的分布，再利用波速與巖（土）體其他物理力學參數的相關性對地基巖（土）體進行分析評價。瑞雷波法測試方法是在地面安置一系列規則排列的檢波器，用它們來接受瞬態震動在介質中引發的地震波（以面波為主），獲得瑞雷波相速度。瑞雷波法檢測利用波速在巖（土）體中傳播的大小來判斷地基土的密實度、均勻性等，可應用于不同地層條件的工程場地，尤其在大面積碎石回填、拋石填海等強夯地基的檢測中具有較大的優勢。

1.6 探地雷達測試 探地雷達法是地球物理方法中的一種高分辨率、高效率、實時探測方法?；驹硎歉哳l脈沖電磁波通過發射天線被定向送到地下，雷達波在地下介質傳播時，當遇到存在電性差異的地層或目標體時便發生反射，通過對地面天線收到的雷達波進行處理和分析，根據雷達波波形、強度、接收時間等推斷地下介質的空間位置、結構、電性質及幾何形態。探地雷達檢測方法所使用的儀器裝置輕便，操作靈活。通過電磁波反射波形特征變化，宏觀評價地基的均勻性，對比分析強夯施工前后場地地層結構的宏觀空間結構的變化來判斷強夯處理的深度和效果。

1.7 各種檢測方法的優缺點 根據對上述6種檢測方法的原理、測試方法、適用對象及結果應用的簡述，不同方法有優勢也有局限性，如表1所示。

表1 各種檢測方法的優勢及局限性對比表

通過表1對各種檢測方法優勢和局限性的對比，傳統的方法能夠直接反映強夯處理后地基加固的效果，結果真實可靠，但適用范圍有限，且有工期長、成本高、代表性弱等劣勢；工程物探檢測方法具有適用范圍廣、操作靈活、工期短、成本低的優勢，但其測試結果往往需要傳統的檢測方法輔助進行對比驗證。因此，綜合分析認為，如何科學合理地檢測強夯地基加固的效果，靠單一的方法是難以實現的，要全面考慮檢測的目的、地層結構及特征、檢測工程量、工期及成本等多種因素，合理選擇多種檢測方法綜合檢測，定性、定量對比分析，才能達到檢測的目的。

2 工程應用

2.1 工程概況 某500kV變電站位于低山丘陵區，站區地面高程為82.00～96.40m，起伏大，場地中南部有一小塘壩，地勢低。站區上覆第四系全新統粘性土，下伏元古界片麻巖。站區最大挖方高度7.17m，最大填方深度8.20m，填土成分主要為強風化片麻巖碎塊和少量粘性土。為提高填土地基土強度及場地整體性，采用強夯法進行地基處理，處理面積約15000m2。設計要求強夯處理后地基承載力特征值 fak＞150kPa。

2.2 強夯施工方案 施工方案如下：①夯擊分主夯、滿夯和拍夯，夯擊能分別為 3000kN·m，2000kN·m和1000kN·m；夯點布置成等邊三角形，邊長為4.80m。②三遍夯擊工藝順序為：主夯點的夯擊順序按同方向順序夯擊，一遍夯完；滿夯包括主夯點的加固夯和主夯點間地段的間夯，按同方向順序夯擊，一遍夯完；拍夯為滿堂夯擊，相鄰的夯點錘印相交1/3，一遍夯完。③主夯點總錘擊數≥8擊，滿夯點總錘擊數5擊，拍夯點總錘數3擊。主夯停錘標準按錘擊數和最后兩擊平均夯沉量不大于50mm雙重標準進行控制。

2.3 強夯質量檢驗 為了檢驗強夯后地基的加固效果，包括地基的強度和均勻性?？紤]填土性質、處理面積及施工情況，檢測采用了傳統的平板載荷試驗、鉆探、取樣、室內試驗、標準貫入試驗和重型圓錐動力觸探試驗（連續貫入）。共布設18個檢測點，檢測工作量布置見表2。

表2 檢測工作量一覽表

①載荷試驗結果及分析。在檢測區域內布置了3個平板載荷試驗點（主夯點兩個，主夯點間1個），試驗深度位于基礎埋深上方約0.50m處。試驗儀器、設備，分級加荷，觀測、卸荷及數據處理滿足相關規程的要求行。根據試驗結果，極限荷載小于對應比例界限荷載值的2倍，承載力取極限荷載值的一半。結果見表3。從表3知，地基承載力特征值 fak≥200kPa，E0＞40MPa，滿足設計要求，說明按強夯加固后的地基強度得到了明顯的提高。②動力觸探試驗結果及分析。為檢測處理后地基的密實度及地基土水平及垂直向的變化規律，選用重型圓錐動力觸探試驗。檢測區內共布置4個試驗測試點，其中主夯點3個，間夯點1個。試驗自夯后地面開始，以每分鐘10～15擊連續貫入，直至原始基巖頂面，記錄每貫入10cm的錘擊數。試驗結果見表4。由表4知，三個主夯點處測試點的動力觸探試驗測試值在水平方向上的擊數較均勻，在垂直方向上的試驗擊數隨深度的增加變化較大；間夯點處的錘擊數比主夯點處的小。由此判斷，強夯處理后的地基土基本上達到密實狀態，在同一深度內地基土的密實度基本一致，均勻性較好，達到處理的效果。③標準貫入試驗結果及分析。在強夯區共布置的11個鉆孔中，根據揭露地層情況，在地層條件滿足的情況下進行了標準貫入試驗，以確定強夯處理后地基土的密實程度和地基強度。結果見表5。由表5知，強夯處理后的填土密實，標準貫入試驗在水平方向上的擊數較均勻，但在2和8號檢測點下部錘擊數相對較小，是由于存在部分原狀土所致，但標準貫入試驗值總體上較高，所反映處理后的填土的性質是較好的。④土工試驗結果及分析。原狀土試樣主要從原始地層中采取，通過對比夯前和夯后地基土的物理力學性質指標，評價強夯的影響深度和效果。對比結果見表6。由表6知，強夯后地基土的各項指標均有明顯的變化，說明強夯對地基土的結構有較好的改善作用，土的強度有明顯的提高。綜合上述四中檢測方法，得出場地回填土經強夯處理后達到密實狀態，在水平方向上所取得的測值比較均勻，在垂直方向上，變化較小，符合強夯地基的變化規律。地基土承載力fak＞200kPa，滿足設計要求，強夯加固地基效果顯著。

3 結束語

隨著物探檢測技術日新月異，其在工程中的應用也越來越廣泛，其優勢彌補了傳統技術以點代面、工期長、成本高、經驗性強等缺陷，但新興的物探檢測技術在實際工程中也需要傳統的檢測方法輔助驗證，總之，每種方法都有其優劣的一面，實際工程中應結合工程情況綜合運用多種檢測方法，定性與定量，點與線、面的有機結合，更能科學合理地反映強夯法加固地基的效果。

表3 平板載荷試驗結果統計表

表4 重型圓錐動力觸探試驗結果一覽表

表5 標準貫入試驗統計一覽表

表6 強夯前后場地土物理力學性質指標對比表

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