強(qiáng)夯法在大厚度碎石土地基處理中的應(yīng)用

郭 鑫

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

強(qiáng)夯法在大厚度碎石土地基處理中的應(yīng)用

郭 鑫

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

通過(guò)陽(yáng)泉某工程場(chǎng)地地基處理的工程實(shí)例，闡述了強(qiáng)夯法加固大厚度碎石土地基的設(shè)計(jì)方案，對(duì)強(qiáng)夯初步設(shè)計(jì)參數(shù)、地基處理步驟、施工要求、試夯質(zhì)量檢測(cè)要求等進(jìn)行了論述，實(shí)踐檢測(cè)效果表明：強(qiáng)夯法分層處理大厚度碎石土地基是可行的。

強(qiáng)夯法，大厚度碎石，地基處理，質(zhì)量檢測(cè)

0 引言

強(qiáng)夯法是反復(fù)將重量很大的錘(一般為10 t～60 t)提吊到一定高度(一般為10 m～40 m),使其自由落下,給地基土以強(qiáng)大的沖擊和振動(dòng)能量,在地基土中產(chǎn)生沖擊波和動(dòng)應(yīng)力,迫使土體孔隙壓縮,從而提高地基的承載力,降低其壓縮性，改善地基性能[1]。

強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土、素填土等，一般均能取得較好的效果。本文通過(guò)具體事例闡述強(qiáng)夯法在大厚度碎石土地基中的應(yīng)用，本文結(jié)合陽(yáng)泉某工程近18萬(wàn)m2采用強(qiáng)夯技術(shù)進(jìn)行碎石土地基處理的實(shí)際情況,進(jìn)行了400 m2試夯區(qū)的試驗(yàn)研究,從而得出較好的施工工藝,指導(dǎo)了大面積施工。

1 工程概況

陽(yáng)泉某工程，場(chǎng)地位于陽(yáng)泉市泉中路以北，李蔭路以西，占地面積約18.3萬(wàn)m2，包括16棟高層住宅樓及場(chǎng)地地基處理。2010年前原場(chǎng)地曾進(jìn)行過(guò)露天煤礦開采，回填厚度為20 m～30 m，由于煤層開采沒有統(tǒng)籌考慮，將大量煤屑、碎石、棄土堆積在原場(chǎng)地，堆積時(shí)間短，造成場(chǎng)地工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

1)工程地質(zhì)概況。

a.地形地貌。擬建場(chǎng)地地形起伏較大，整體為西高東低，擬建場(chǎng)地地貌單元屬侵蝕性中低山區(qū)。

b.地層概況。經(jīng)地質(zhì)調(diào)查、勘察揭示，場(chǎng)地地基土自上而下分為2層，現(xiàn)分述如下：

第①層碎石土：雜色，含泥巖塊、砂巖塊、頁(yè)巖塊、灰?guī)r塊、煤矸石塊、碎石等，粗顆粒含量大于70%，粉土及碎屑等細(xì)顆粒含量小于30%、粗細(xì)顆粒分布不均，稍濕、松散、欠固結(jié)。回填時(shí)未經(jīng)處理，回填時(shí)間約2年，厚度深度為20 m～30 m。

第②層泥巖：灰黑色，較完整，主要礦物為石英、云母等，主要粘結(jié)物為粘土礦物，屬軟巖，具層理結(jié)構(gòu)，巖芯呈短柱狀，巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ。厚度深度為15 m～20 m。

2)地下水情況。

根據(jù)人工挖孔試樁結(jié)果，在碎石土與泥巖接觸面上存在滯水。

2 強(qiáng)夯方案設(shè)計(jì)

由于場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜，經(jīng)經(jīng)濟(jì)，技術(shù)可行性等多次專題論證，并與分層碾壓法、樁基方案、振動(dòng)壓實(shí)法等方案比較后，確定擬建場(chǎng)地采用分層強(qiáng)夯法進(jìn)行場(chǎng)地地基處理。

2.1 強(qiáng)夯初步設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況、規(guī)范要求及專家組的建議,場(chǎng)地強(qiáng)夯試夯區(qū)面積為20 m×20 m，夯擊能選用主夯單擊夯擊能5 000 kN·m,采用自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)。

錘重與落距：要求單擊夯擊能5 000 kN·m，錘重300 kN，落距16.7 m。錘底面積2 m2，應(yīng)控制夯錘的寬高比，以防止偏錘現(xiàn)象。

夯擊點(diǎn)布置與間距：擬建場(chǎng)地采用“點(diǎn)夯兩遍，滿夯一遍”。擬建場(chǎng)地地段挖掘至填土厚度不大于7 m；樓座地段挖掘至基巖面后再回填7 m土層，點(diǎn)夯夯擊能為5 000 kN·m，夯點(diǎn)間距5.5 m，等邊三角形布置。

夯擊次數(shù)與遍數(shù)：夯擊次數(shù)一般取15擊，最后兩擊的夯沉量不大于100 mm。滿夯夯擊能為2 000 kN·m，滿夯擊數(shù)4擊，錘印搭接不小于1/4d。

間歇時(shí)間：間隔時(shí)間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間。本工程回填土為碎石土，含水量小于9%，滲透性好，可連續(xù)夯擊。

2.2 強(qiáng)夯法地基處理步驟

對(duì)于距已有建筑物較遠(yuǎn)地段，將填土挖除至剩余厚度不大于7 m(樓座地段外擴(kuò)不小于4 m開挖溝槽，挖至基巖底部。將大于300 mm碎石清除再回填。樓座地段基巖起伏不大時(shí)，應(yīng)整平至統(tǒng)一標(biāo)高；基巖變化較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置臺(tái)階，分階回填)進(jìn)行地基處理。強(qiáng)夯夯擊能選用5 000 kN·m。待檢驗(yàn)合格后，回填7 m土層進(jìn)行強(qiáng)夯，待檢測(cè)合格后，再回填7 m土層進(jìn)行強(qiáng)夯，直至回填至場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高下2 m時(shí)，采用振動(dòng)式壓路機(jī)分層碾壓粘性土(有一定的隔水效果)至場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.3 施工要求

場(chǎng)地強(qiáng)夯處理經(jīng)驗(yàn)收合格后，至回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高下2 m時(shí)，采用振動(dòng)式壓路機(jī)分層碾壓粘性土(有一定的隔水效果)至場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高，加強(qiáng)路基排水。若基巖與填土接觸面處有水存在，應(yīng)將水抽干再進(jìn)行施工。地基處理過(guò)程中、投入使用階段，場(chǎng)地做好排水措施[3]。

在場(chǎng)地道路、管溝處鋪設(shè)土工格柵限制土體的側(cè)向位移、防止路面裂紋作用。

碎石土下伏基巖坡度在20°以上時(shí)，地基土搭接面開挖成階梯狀搭接,每3 m高設(shè)置不小于3 m的卸荷平臺(tái)，邊坡整體坡度不小于1∶1，使得壓實(shí)填土與斜坡坡面緊密接觸，形成整體，防止壓實(shí)填土向下滑動(dòng)。

若基巖底部存在較多的裂隙，裂隙較淺時(shí)，將其全部挖除；裂隙發(fā)育較深時(shí)，采用水泥砂漿灌注縫隙。

2.4 試夯質(zhì)量檢測(cè)要求

如果整體樣本充分性度量值(Measure of Sample Adequacy, MSA)>0.70，Bartlett’s的P值≤0.01時(shí)，說(shuō)明該條目可以用于后續(xù)的因子分析。通過(guò)正交旋轉(zhuǎn)修改最初的問卷?xiàng)l目的分類結(jié)構(gòu)進(jìn)行EFA，并將其用于SEM中的測(cè)量模型。

強(qiáng)夯施工結(jié)束后，間隔1周～2周對(duì)地基加固質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)方法采用動(dòng)力觸探、載荷試驗(yàn)、固體體積率法[3]、瑞利波測(cè)試四種方法。由于場(chǎng)地面積大，檢測(cè)點(diǎn)主要分布在樓座及園林、景觀地段，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)加密。檢驗(yàn)深度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)處理深度，且需分層檢測(cè)。

3 效果檢測(cè)

強(qiáng)夯影響有效加固深度的原因很多，除了夯錘重和落距外，強(qiáng)夯次數(shù)，夯底單位壓力，地基土性質(zhì)，不同土層的厚度和埋藏順序以及地下水都與加固深度有密切的關(guān)系[1]。根據(jù)工程需要，2013年9月對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行試夯，驗(yàn)證場(chǎng)地選擇的夯擊次數(shù)、強(qiáng)夯的有效加固深度、地基承載力是否合適，確定強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.1 試夯地基質(zhì)量檢驗(yàn)

1)碎石土可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定地基承載力，為此，試夯后進(jìn)行了載荷試驗(yàn)[4]。

從夯后的p—s曲線可以看出，當(dāng)壓力增加到200 kPa時(shí)，p—s曲線仍呈直線變化，從沉降速率和下沉量來(lái)看地基土的承載力大于180 kPa(見圖1，表1)。

表1 載荷試驗(yàn)成果表

2)瑞利波沿地面表層傳播，表層的厚度約為一個(gè)波長(zhǎng)，因此同一個(gè)波長(zhǎng)的面波的傳播特性反映了地質(zhì)條件在水平方向的變化情況，不同波長(zhǎng)的面波的傳播特性反映著不同深度地質(zhì)情況。通過(guò)將記錄中不同頻率的瑞利波分離開來(lái)，從而得到Vr—f曲線或Vr—λ曲線,通過(guò)解釋，判斷強(qiáng)夯有效加固深度。

3)通過(guò)重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)及夯前、夯后測(cè)試對(duì)比確定地基下承載力并判斷強(qiáng)夯有效加固深度。

根據(jù)重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果，夯前試驗(yàn)擊數(shù)介于2.3擊～5.7擊之間，平均為4.3擊，呈松散～稍密狀態(tài)；夯后重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)擊數(shù)介于10.3擊～21.5擊之間，平均為16.3擊，呈中密～密實(shí)狀態(tài)，證明強(qiáng)夯加固的有效深度可以達(dá)到7 m。

4)碎石土可采用現(xiàn)場(chǎng)固體體積率法測(cè)定，將一定體積的土體取出，然后用灌砂(水)法測(cè)出碎石土的體積。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)固體體積率法試驗(yàn)確定每層回填土的干密度值。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)固體體積率法實(shí)驗(yàn)結(jié)果，夯前地基土的干密度介于1.63 g/cm3～1.73 g/cm3，平均為1.7 g/cm3。夯后地基土的干密度介于1.90 g/cm3～2.20 g/cm3，平均為2.0 g/cm3。反映處理深度范圍內(nèi)回填土密實(shí)度均能滿足要求。

3.2 試夯結(jié)果對(duì)原設(shè)計(jì)參數(shù)的反饋

1)在場(chǎng)地試夯過(guò)程中，因?qū)λ槭吝M(jìn)行虛填，隨意堆積，回填厚度為7 m，主夯15擊后，夯坑深度4.5 m～5.0 m，夯坑過(guò)深，導(dǎo)致提錘困難，夯坑周圍地面隆起過(guò)大?？紤]到處理深度達(dá)到20 m～30 m，為減小工后沉降，減少地面隆起將原設(shè)計(jì)方案中每層回填7 m改為回填6.5 m，填土不得虛填。一次性回填厚度為3 m，經(jīng)碾壓密實(shí)后再回填3.5 m。

2)根據(jù)試夯結(jié)果(見圖2)，主夯夯擊數(shù)13擊，可滿足最后兩擊的夯沉量不大于100 mm的要求。增加夯擊數(shù)不但可以提高地基承載力，壓縮模量大幅增長(zhǎng)，而且可以減少工后沉降，有利于增大加固深度[3]，因此確定主夯夯擊數(shù)仍采用15擊，滿夯夯擊數(shù)為4擊。

4 結(jié)語(yǔ)

1)目前該工程施工已結(jié)束，經(jīng)檢測(cè)地基承載力、地基變形均能滿足要求，證明強(qiáng)夯法處理大厚度填土地基是可行的。

2)強(qiáng)夯法具有施工簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可行、加固效果明顯等優(yōu)點(diǎn)。強(qiáng)夯施工機(jī)具、設(shè)備簡(jiǎn)單，只需起重機(jī)和夯錘、挖掘機(jī)等設(shè)備即可，效率高，施工速度快。

3)對(duì)于陽(yáng)泉某場(chǎng)地大厚度碎石土場(chǎng)地，采用分層強(qiáng)夯法經(jīng)濟(jì)可行。由于陽(yáng)泉地區(qū)粉土、粘性土少，采用換填方案需換填土方5 000 m3，造價(jià)比強(qiáng)夯法施工增加1倍～2倍。在原場(chǎng)地業(yè)主做過(guò)樁基施工試驗(yàn)，挖掘1根20 m的人工樁，需要1個(gè)月的時(shí)間。園林景觀區(qū)采用樁基方案造價(jià)要增加3倍～5倍，且工期大大延長(zhǎng)。

綜上所述，強(qiáng)夯法在碎石土等地基處理中具有廣闊的應(yīng)用前景，但由于強(qiáng)夯法沒有一套成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，因土質(zhì)條件差異，施工方法的不同，加固后出現(xiàn)的下沉量也不同，加固的有效深度也不同，這些都有待進(jìn)一步實(shí)踐、研究總結(jié)[2]。另外，強(qiáng)夯施工產(chǎn)生的噪聲和震動(dòng)，也給周圍環(huán)境帶來(lái)影響，在居民住宅區(qū)，應(yīng)采取一定的防治措施。

[1] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 吳承明，郭正言.強(qiáng)夯置換法在合肥市樊洼路采石坑雜填土地基處理上的應(yīng)用[J].安徽地質(zhì)，2007(4)：11-12.

[3] CECS 297：2010，強(qiáng)夯地基處理技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 曾華健.強(qiáng)夯法處理廣東科學(xué)中心軟弱地基的試驗(yàn)研究[J].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010(5)：39-40.

Application of dynamic compaction method in big-thickness gravel foundation treatment

Guo Xin

(ShanxiAcademyofSurveyDesign,Taiyuan030013,China)

Based on Yangquan engineering field engineering foundation treatment example, the paper describes design schemes of big-thickness gravel foundation reinforcement with dynamic compaction method, and discusses preliminary design parameters, foundation treatment procedures, construction demands and dynamic quality detection demands and so on. Practice proves that: dynamic compaction method is feasible in processing big-thickness gravel foundation.

dynamic compaction method, big-thickness gravel, foundation treatment, quality detection

2014-12-14

郭 鑫(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)06-0088-03

TU472.31

A