軟弱黏土夾層對(duì)粉細(xì)砂地基強(qiáng)夯加固效果影響

劉鳳松，陳智軍，王福春，郭玉彬，朱勝利

（1.天津港（集團(tuán)）有限公司，天津 300461；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津市港口巖土工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，港口巖土工程技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

0 引言

強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。對(duì)飽和度較高的粉土和淤泥質(zhì)土可采用強(qiáng)夯置換法[1]。由此，對(duì)于砂土地基，采用強(qiáng)夯法加固是可行的。

地基通常由天然沉積或吹填造陸等方式形成。對(duì)于天然沉積土，由于歷史上的沉積環(huán)境因素的變化，常呈現(xiàn)成層分布特征，某些沉積層會(huì)相對(duì)比較軟弱；對(duì)于吹填土，其形成陸域的土層情況與吹填料源的土質(zhì)有關(guān)，而對(duì)于料源土質(zhì)較均勻的情況，也會(huì)由于吹填過(guò)程的水力分選作用，形成軟弱黏土夾層。可見，地基中軟弱黏土夾層的存在是較為普遍的。

本文結(jié)合曹妃甸礦石碼頭二期工程堆場(chǎng)強(qiáng)夯施工區(qū)的檢測(cè)結(jié)果，就軟弱黏土夾層對(duì)強(qiáng)夯加固效果的影響進(jìn)行了分析。

1 場(chǎng)地地質(zhì)條件

曹妃甸礦石碼頭二期工程[2]堆場(chǎng)場(chǎng)地原始地面為淺海及灘涂，通過(guò)吹填外海海底粉細(xì)砂土形成陸域，吹填厚度約5～7 m，局部深槽區(qū)域最大沖填厚度約14 m，吹填頂高程為+4.0~+4.5 m，水位+2.0 m。吹填砂土層部分區(qū)域內(nèi)分布軟弱黏土夾層，該夾層以砂混淤泥為主，局部為淤泥、淤泥質(zhì)土，厚度為0.2～0.5 m。砂混淤泥中以粉細(xì)砂為主混有少量黏粒，高含水量，平均標(biāo)貫擊數(shù)1.1擊；淤泥及淤泥質(zhì)土，流塑，土質(zhì)不均勻，混少量粉細(xì)砂，平均標(biāo)貫擊數(shù)小于1擊。

該場(chǎng)地地基承載力低、后期沉降大且差異沉降大，不適合直接作為堆場(chǎng)使用。

2 強(qiáng)夯施工

2.1 強(qiáng)夯區(qū)布置

根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)情況及強(qiáng)夯施工工藝[3]，本工程按照夯擊參數(shù)劃分為4塊場(chǎng)地，各場(chǎng)地采用相同的夯點(diǎn)布置方式，強(qiáng)夯區(qū)夯點(diǎn)布置見圖1。

2.2 強(qiáng)夯機(jī)具與施工參數(shù)

本工程采用50 t履帶式夯機(jī)、自動(dòng)脫鉤裝置，點(diǎn)夯夯錘底面直徑2.2 m、錘重15.2 t，普夯夯錘底面直徑2.3m、錘重11.5 t。夯錘采用圓形，中心設(shè)排氣孔，孔徑為250～300 mm，整平用裝載機(jī)、推土機(jī)，排水用挖掘機(jī)挖溝后汽油泵和潛水泵若干臺(tái)抽水。

圖1 強(qiáng)夯區(qū)夯點(diǎn)布置示意圖Fig.1 Tam ping points layout in dynam ic com paction area

對(duì)表層砂土松散、強(qiáng)度較差無(wú)法直接進(jìn)行強(qiáng)夯的區(qū)域，正式施工前進(jìn)行點(diǎn)夯排水1～2遍，以滿足強(qiáng)夯正式施工的要求，排水夯夯擊能2 000 kN·m，點(diǎn)夯后普夯2遍，夯擊能 1 000 kN·m，錘印相互搭接1/4錘底面積。

各強(qiáng)夯區(qū)強(qiáng)夯主要施工參數(shù)見表1。

表1 強(qiáng)夯試驗(yàn)主要施工參數(shù)Table 1 M ain construction parametersof dynam ic compaction test

2.3 施工情況

2.3.1 場(chǎng)地平整

采用機(jī)械將施工區(qū)整平，并在強(qiáng)夯區(qū)兩側(cè)開挖排水溝，排水溝內(nèi)積水及時(shí)排出，防止表面積水并滿足機(jī)械行走作業(yè)要求。

2.3.2 強(qiáng)夯施工

1）清理并平整施工場(chǎng)地，強(qiáng)夯區(qū)域兩邊挖臨時(shí)排水溝。

2）標(biāo)設(shè)第1遍強(qiáng)夯點(diǎn)位置，測(cè)量原地面高程。

3）起重機(jī)就位，使夯錘中心對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置。

4） 測(cè)量夯前錘頂標(biāo)高。

5）將夯錘起吊到預(yù)定高度，開啟脫鉤裝置，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊勾鉤，測(cè)量夯錘頂高程，若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時(shí)，應(yīng)及時(shí)將坑底整平。

6） 重復(fù)步驟5），按設(shè)計(jì)規(guī)定的控制標(biāo)準(zhǔn)，完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊（點(diǎn)夯停錘標(biāo)準(zhǔn)：最后兩擊平均夯擊沉降量不大于100 mm）。

7） 換夯點(diǎn)，重復(fù)3）～6）步驟，完成第1遍全部夯點(diǎn)的夯擊。

8）用推土機(jī)將夯坑填平，并測(cè)量場(chǎng)地高程。

9）按上述步驟完成各遍點(diǎn)夯施工，最后用低能量滿夯，將場(chǎng)地表層夯實(shí)，測(cè)量夯后場(chǎng)地高程。

強(qiáng)夯施工完成后采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)[4]對(duì)強(qiáng)夯加固效果進(jìn)行檢測(cè)。

3 強(qiáng)夯施工后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果分析

3.1 場(chǎng)地強(qiáng)夯后檢驗(yàn)結(jié)果

本工程第1～4塊強(qiáng)夯區(qū)加固后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢驗(yàn)孔分別為17孔（其中含軟弱黏土夾層10孔，孔號(hào)為A1～B3）、8孔（其中含軟弱黏土夾層5孔，孔號(hào)為A5～A6）、20孔（其中含軟弱黏土夾層4孔，孔號(hào)為H18～H6）、11孔（其中含軟弱黏土夾層3孔，孔號(hào)為A7～A14），共檢驗(yàn)56孔（其中含軟弱黏土夾層22孔）。

第1塊、第2塊、第3塊、第4塊強(qiáng)夯區(qū)加固后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果見圖2，圖中深度4.65 m位置數(shù)據(jù)為含軟弱黏土夾層位置下部砂土中標(biāo)貫擊數(shù)數(shù)據(jù)。

圖2 加固后標(biāo)貫擊數(shù)-深度曲線Fig.2 Curve of standard penetration number and depth after dynam ic com paction

3.2 軟弱夾層對(duì)標(biāo)貫擊數(shù)的影響分析

由圖2可見，第1塊、第2塊、第3塊、第4塊場(chǎng)地在局部4～5m深度處存在厚度小于20 cm的淤泥質(zhì)土，強(qiáng)夯后該淤泥質(zhì)土對(duì)其上部1 m砂層的標(biāo)貫擊數(shù)有影響，對(duì)其上部2 m砂層的標(biāo)貫擊數(shù)無(wú)影響，對(duì)其下砂層的標(biāo)貫擊數(shù)影響不明顯，與淤泥質(zhì)土夾層相鄰的測(cè)試點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)統(tǒng)計(jì)見表2。

由圖2可見，在軟弱黏土夾層上覆1m位置，強(qiáng)夯后標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)明顯小于不含軟弱黏土夾層時(shí)對(duì)應(yīng)位置的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，第1塊、第2塊、第3塊、第4塊場(chǎng)地軟弱黏土夾層位置標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)分別為20、16、25、19，而不含軟弱黏土夾層時(shí)，對(duì)應(yīng)位置的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)分別為28、23、38、27，其折減系數(shù)分別為 0.714、0.696、0.658、0.704。

表2 與淤泥質(zhì)土夾層相鄰的測(cè)試點(diǎn)標(biāo)貫擊數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 2 Standard penetration number of the test pointw ith siltsoil interlayer adjacent

由表2經(jīng)統(tǒng)計(jì)，軟弱黏土夾層上覆2 m位置共22個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試點(diǎn)的擊數(shù)為17～37擊，平均值為28.5擊；上覆1 m位置共22個(gè)標(biāo)貫測(cè)試點(diǎn)的擊數(shù)為10～35擊，平均值為18.5擊；軟弱黏土夾層區(qū)位置下部砂土中共22個(gè)標(biāo)貫測(cè)試點(diǎn)的擊數(shù)為33～48擊，平均值為39.8擊；下覆1 m位置（原海床）共22個(gè)標(biāo)貫測(cè)試點(diǎn)的擊數(shù)為37～50擊，平均值為44.0擊。可見，4塊強(qiáng)夯區(qū)有著共同特點(diǎn)，當(dāng)砂中存在淤泥質(zhì)土夾層時(shí)，強(qiáng)夯后該淤泥質(zhì)夾層上部1 m范圍內(nèi)砂層標(biāo)貫擊數(shù)明顯減少，少量夾層的存在對(duì)夾層區(qū)下部砂土的標(biāo)貫擊數(shù)影響不明顯。若按上覆2 m位置標(biāo)貫擊數(shù)為基準(zhǔn)，上覆1m位置標(biāo)貫擊數(shù)折減系數(shù)為0.653。

對(duì)于軟弱黏土夾層上部1 m范圍內(nèi)的砂土密實(shí)度降低的原因進(jìn)行分析，其是由于軟弱黏土夾層剛度較小，致使夯擊能經(jīng)軟弱黏土夾層回彈能量減少是造成淤泥質(zhì)夾層上部砂層標(biāo)貫擊數(shù)減少的主要原因；次要原因是夾層中的淤泥質(zhì)土向上滲透排水導(dǎo)致上部土質(zhì)中的細(xì)顆粒土增加所致，而對(duì)于夾層下砂土層，由于地基土剛度均勻，軟弱黏土夾層的存在對(duì)于軟弱黏土夾層下1 m砂土層甚至是更深（加固深度范圍內(nèi)）的砂土層的密實(shí)程度無(wú)明顯影響。

4 結(jié)語(yǔ)

軟弱黏土夾層為薄夾層時(shí)，軟弱黏土夾層的存在對(duì)其上部加固區(qū)的不利影響范圍約為1 m，夯后淤泥質(zhì)夾層上部砂層標(biāo)貫擊數(shù)明顯減少，折減系數(shù)為0.658～0.714；對(duì)于存在抗震要求的地基加固工程及對(duì)工后沉降、差異沉降要求較高的工程，這一不利特性需引起重視。

[1]JGJ79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].JGJ79—2012,Technical code forground treatmentofbuildings[S].

[2]王福春.唐山港曹妃甸港區(qū)礦石碼頭二期堆場(chǎng)地基強(qiáng)夯處理區(qū)地基檢測(cè)報(bào)告[R].天津：天津港灣工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，2010.WANG Fu-chun.Foundation test report on storage yard dynamic compaction area in phase IIproject of ore terminal at Caofeidian Harbor of Tangshan Port[R].Tianjin：Tianjin Port Engineering Quality TestingCenter Co.,Ltd.,2010.

[3]唐山港曹妃甸港區(qū)礦石碼頭二期堆場(chǎng)地基強(qiáng)夯分區(qū)施工圖[R].天津：中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2009.Partition construction drawing ofstorage yard foundation under dynamic compaction in phase IIprojectof ore terminal at Caofeidian Harbor of Tangshan Port[R].Tianjin：CCCCFirstHarbor ConsultantsCo.,Ltd.,2009.

[4]GB 50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].GB 50021—2001,Code for investigation of geotechnical engineering[S].