強夯處理填土地基試驗分析

劉桑梓

（湖南省勘測設計院，長沙 410000）

現代工程建設中，用地日趨緊張，開山平地的情況越加常見，難免遇到回填土地基處理問題。對于此類填土地基，強夯法是最常用、最經濟的處理方法，其特點是施工設備簡單、施工速度快、適用范圍廣、經濟效果顯著，它具有極大的推廣應用價值，本文著重就強夯處理填土地基試驗展開詳細分析。

1 強夯法加固原理

強夯法也被稱為動力固結法，可以用于地基加固，其主要是將10～60 t（最重可達200 t）的重錘提升，高度控制在10～40 m，通過自由下落的方式實現機械能與沖擊能轉換，一般能量值為500～18 000 kN·m，以此沖擊地基土，達到減小土的壓縮性、不均勻沉降以及提高地基土承載力的目標。

圖1 強夯時地基土體的加固變化規律

根據地基土類型的不同，強夯法加固原理分為兩種：動力壓密和動力固結。一是根據動力壓密原理，通過給予非飽和地基土一個沖擊力，改變地基土孔隙率，實現土體結構的重新組合，有效增強地基土承載力。二是針對飽和地基土，基于動力固結原理，具體夯實過程分為5 步：動應力促使孔隙水溢出→地基土中氣體釋放→壓縮地基土→飽和土局部液化→飽和土觸變恢復。

經過多年的實踐，強夯法已經在碎石地基、黏性土地基、砂土地基、雜填土地基、濕陷性黃土地基中得到廣泛應用[1]。本文主要從填土地基的角度出發，對強夯法的應用進行試驗分析，探討強夯處理效果，為類似工程提供有價值的參考。

2 強夯處理填土地基試驗方法

根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2012），對于強夯地基，應使用靜載試驗、其他原位測試、室內土工試驗等方法，綜合評定其承載力，且可利用動力觸探或標準貫入試驗、靜力觸探、室內土工試驗等方法確定夯后地基的均勻性。

2.1 淺層平板荷載試驗

淺層平板荷載試驗主要用于填筑體表層地基土強夯后地基承載力檢測，其原理是保持填土地基天然狀態，模擬設計要求的荷載條件，采用一定面積的承載板向地基施加豎向荷載，根據荷載與沉降量的關系，判定強夯處理后填土地基的承載力特征值。

試驗中主要采用油壓千斤頂加荷，現場千斤頂的反力多以強夯機作為配重解決；采用慢速維持荷載法進行試驗加荷，每級荷載相對穩定后繼續加下一級荷載，每級加載量為設計承載力特征值的2 倍的1/10，最終加載至設計承載力特征值的2 倍[2]；每次加載后均需要進行沉降觀測，若沉降≤0.1 mm/h 且連續測定兩次，則認為相對穩定，可繼續下一級加載。當壓力（P）與沉降（S）的關系曲線為平緩的光滑曲線時，取S/d＝0.010～0.015（d為承壓板的直徑）對應的荷載值，具體根據工程特點、實際壓實質量進行確定，且要求在最大加載量的1/2 以內。

2.2 靜力觸探試驗

靜力觸探試驗指的是以靜力將探頭壓入土中，探頭內設有力傳感器，電子量測器可記錄探頭受到的貫入阻力[3]。根據貫入阻力與土層性質的關系，可判斷土層工程性質。此方法需依賴巖土工程師的工程經驗、地區經驗并與荷載試驗成果進行對比，屬于一種經驗法。在對填土地基進行檢測時，檢測深度要至少超過分層回填厚度1 m，靜力觸探試驗必須提交比貫入阻力（Ps）-深度（h）關系曲線。

2.3 室內土工試驗

對填土地基強夯處理效果進行檢測時，可采取土試樣進行土工試驗。室內土工試驗可提供各種常規物理力學參數，如含水量、比重、天然密度、干密度、孔隙比、飽和度、液限、塑限、壓縮系數和壓縮模量等，通過上述參數的對比，可判斷強夯處理效果[4]。

2.4 重型圓錐動力觸探試驗

重型圓錐動力觸探試驗是一種常規的原位測試方法，主要利用一定質量的落錘（63.5 kg）、一定高度的自由落距（76 cm）將標準規格的探頭（直徑74 mm、錐角60°）打入地層，讀取每貫入10 cm 的讀數，根據貫入難易程度對土層地質進行評價。

3 強夯處理填土地基試驗與效果分析

3.1 場地概況

本項目位于半挖半填區域，強夯處理面積21 萬m2。此填方區由開山填土堆填而成，其母巖為泥質砂礫巖，填土組成包括卵礫石、砂粒、黏性土。主要地層分布如下：第①層為填土（），第②層為粉質黏土（），第③層為殘積土（），第④1層為強風化泥質砂礫巖（），第④2層為棕紅色中風化泥質砂礫巖（）。其中，第①層填土是地基處理的主要加固土層，層厚為0.2～20.0 m，呈棕紅色，由人工堆填而成，局部夾雜少量的植物根莖。此部分填土土質不均、變形大、壓縮性大、強度低、孔隙大，具有濕陷性。

3.2 強夯設計方案

本項目填土地基強夯處理要求地基承載力標準值≥150 kPa、壓縮模量≥9.0 MPa，基本消除填土自重固結，滿足一般建筑物、道路建設要求。通過試夯，根據實際場地填土厚度，場地可劃分為5 塊區域，不同區域強夯設計參數如表1所示。

表1 不同區域強夯設計參數

3.3 強夯處理工藝

本項目強夯處理工藝流程如下：平整場地→測量放點→第一遍點夯→回填推平，測量并恢復點位→第二遍點夯→回填推平，測量并恢復點位→第三遍點夯→回填推平，測量并恢復點位→滿夯推平、碾壓，測量場地高程→檢測→竣工驗收。在整個強夯過程中，要詳細記錄填料情況，且夯點放樣誤差必須≤5 cm，若發現偏錘，必須重新對點；若夯坑積水，及時抽出并回填石料，然后繼續施工；兩邊夯擊需要間隔1～2 周[5]。

3.4 強夯處理填土地基試驗方法

為對強夯處理效果進行評價，本項目在夯前、夯后均進行了重型圓錐動力觸探測試、瑞雷波測試、壓實度測試以及室內土工試驗，夯后增加了淺層平板荷載試驗。

3.4.1 重型圓錐動力觸探試驗

共開展98 組試驗，繪制錘擊數（N63.5）-深度（h）對比曲線。

3.4.2 瑞雷波試驗

采用多道面波分析法（MASW）進行試驗，選用SWS-7S 型工程檢測儀、4 Hz 面波專用傳感器，采樣間隔0.125 ms，記錄長度為2 048 點，濾波方式為全通，每個測點至少重復取值3次，繪制夯前、夯后頻散曲線。

3.4.3 壓實度試驗

考慮場地內道路修建，夯前、夯后要對回填土表層進行壓實度試驗。

3.4.4 室內土工試驗

室內土工試驗包括常規固結壓縮試驗、濕陷性試驗。

3.4.5 淺層平板荷載試驗

嚴格按相關規范開展淺層平板荷載試驗，選用正方形剛性板（1.5 m×1.5 m），最大加載量為400 kPa，共測試92 個點，繪制P-S曲線。

3.5 強夯處理填土地基效果分析

動力觸探試驗結果顯示，夯后填土動探平均擊數增加44%～58%，土體密實度提高，且夯后平均變異系數減少，表明填土均勻性改善。對試驗數據進行分層統計，結果顯示，80%試驗點表部0.5～1.0 m以上的淺層土體加固效果不佳，而加固影響深度內中部段土層加固效果好。

重型圓錐動力觸探測試點附近測得的瑞雷波頻散曲線顯示，其拐點與動探試驗數據基本一致，此工程區波速主要保持在210～250 m/s，而回填淺的區域和加固好的區域面波速度偏高。對比夯前、夯后面波速度，結果顯示，夯后增幅為50%～80%，但是局部還欠均勻。根據淺層平板荷載試驗，平均地基承載力特征值、變形模量分別為200 kPa、12 MPa（介于8～17 MPa）。經測定，夯前、夯后填土壓實系數分別為0.73～0.89、0.90～0.93，側面反映地基土的密實度夯后有所提高。

本次土工試驗結果與現場原位測試、觀測到的地面沉降情況不符，判斷原因可能是場地填土不均，含有大量卵礫石，試驗中剔除大塊卵石對土樣造成的擾動，試驗結果不具有參考價值。

4 結語

在填土地基處理中，強夯法加固效果顯著，具有設備簡單、施工方便、工期短、費用低等優勢，應用較為廣泛。由工程實踐經驗分析可知，填土地基往往存在填土薄厚不一、時間不一、承載力低和壓縮性大等特點，必須根據場地情況、試夯結果合理制定強夯方案，夯前、夯后做好動力觸探試驗、平板荷載試驗和室內土工試驗等，收集試驗數據，通過數據對比分析，明確強夯處理效果與存在的不足，切實保證處理后的場地各項指標滿足使用需求，為后續工作打下堅實的基礎。