粉質粘土回填土地基強夯加固效果現場試驗研究

蔡德慶

（中鐵五局集團置業有限公司，湖南 長沙 410083）

回填土地基作為一類欠固結土地基而具有承載力低、壓縮性大、土質結構疏松等缺點。在環境允許、土體條件良好的情況下，實用性強、簡單快捷、經濟易行的強夯法是地基處理的可靠方法之一[1]。大量的研究表明強夯法處理回填土地基獲得了較為理想的加固效果，可有效提高回填土地基的密實度和承載力[2-4]。而強夯加固效果的影響因素復雜，主要包括強夯工藝因素、被夯體的性質及賦存環境[5-6]。通過現場試驗對比能級8 000 kN·m下不同的夯擊工藝時厚拋填粘土地基的強夯加固效果;利用FLAC-3D與ABAQUS模擬分析不同強夯工藝對加固效果的影響。同時，針對不同的被夯體進行了強夯加固效果的系列研究，結果表明強夯加固效果因不同的被夯體而具有不同的加固效果與適用性好的強夯工藝，分別基于軟土地區山皮土與細砂回填土土質條件下的強夯加固效果進行對比試驗研究；在房渣土回填地基強夯加固有效深度研究中指出加固深度可根據多點位移監測與標貫試驗確定；針對泥巖高填方地基開展了強夯工藝現場的試驗研究對比了方案的技術經濟性，為類似土體強夯能級的選擇提供了思路[7]。

本文基于四川某標準工業廠房8萬m2的粉質粘土回填土地基進行強夯加固現場試驗。根據不同的回填土厚度選擇合適的夯擊能，劃分夯擊試驗區，在同一夯擊能下進行3種不同夯擊次數的對比試驗，采用工程地質鉆探、重型動力觸探試驗、原狀土體壓縮模量測試進行強夯效果檢測，從而加深對粉質粘土回填土地基強夯加固設計及效果的認識，為該類土作為回填土地基的工程應用提供參考。

1 粉質粘土回填土地基現場試驗

1.1 試驗現場條件

根據現場不同填土厚度，設置2個不同夯擊能。在同一夯擊能下，試夯3種不同夯擊次數的區域，試驗總強夯面積約為2 400 m2。根據25個鉆孔揭露的地質資料，場地填土主要由粉質粘土組成，其特征：褐色-黃褐色，褐紅色，未完成自重固結，呈稍濕、松散、可塑-硬塑狀態，填土厚度約為5.0 m與8.0 m。

1.2 試夯設計參數

1.2.1 單擊夯擊能與夯擊點的布置

（1）填土深度在5 m的區域，試夯采用2 000 kN·m的夯擊能；（2）填土深度在8 m的區域，試夯采用4 000 kN·m的夯擊能；（3）2 000 kN·m的試夯區夯點按：3.0 m×3.0 m正方形布置；（4）4 000 kN·m的試夯區夯點按：3.5 m×3.5 m正方形布置。

1.2.2 夯點的夯擊次數

為了檢測不同夯擊次數下的強夯效果，本次試夯在相同夯擊能下按9擊、14擊、19擊，分為3個試夯區，考慮工期影響，采用夯擊遍數為2遍，間歇時間為7 d，最后采用低能量滿夯夯實表層松土。試夯3種不同夯擊次數的區域。以最后兩擊的平均夯沉量小于50 mm可結束強夯試驗，同時夯坑周圍地面不應發生過大的隆起且不因夯坑過深而發生提錘困難。

1.3 強夯效果檢測及技術指標

為了查明試驗區內地基強夯的處理效果，確定地基土的承載力，試驗區強夯效果檢驗在野外鉆探的基礎上，進行了取樣后的原狀土壓縮模量試驗（共6孔81次測試）、重型動力觸探試驗（63.5 kg，共12孔90次）、密實度試驗（取3試樣，共18次測試）、荷載板試驗（采用堆載法，荷載板面積為0.5 m2，加荷等級不少于8級，共計6處）等方法。通過4種方法來確定地基土的承載力是否達到設計要求。技術指標包括：（1）承載力的要求是廠房內地坪及道路地基承載力特征值fak≥150 kPa；（2）壓縮模量的要求是強夯區范圍上部（3 m以內）的壓縮模量Es≥5 MPa，3 m以下壓縮模量Es≥4 MPa；（3）壓實度的要求：強夯區范圍壓實度90%。

2 試驗結果及分析

2.1 重型動力觸探試驗結果及分析

如圖1和圖2所示的夯擊能分別為2 000 kN·m、4 000 kN·m的強夯試驗區的動力觸探試驗曲線，根據室內土工試驗、重型（63.5 kg）動力觸探試驗，通過綜合分析，結果表明重型（63.5 kg）動力觸探試驗在0～3.0 m范圍內承載力標準值偏大，這可能由于上部的填土經強夯后已形成了較密實的硬殼層而造成的。填土在地層垂直方向上每約1.0 m均作1項檢測試驗，故較為全面系統地了解了夯區加固粉質粘土地層的工程地質特征。

圖1 夯擊能為2 000 kN·m重型動力觸探試驗曲線圖

圖2 夯擊能為4 000 kN·m重型動力觸探試驗曲線圖

2.2 壓縮模量試驗結果及分析

通過對所取非擾動土樣進行固結試驗，所得各強夯區域的壓縮模量試驗成果如圖3所示。從圖中可以看出，隨著夯實功及夯擊次數的增加，壓縮模量也隨著增加，尤其回填土厚度在0～3 m范圍內變化趨勢較明顯；因此土體加固效果更佳。亦知，隨著夯擊次數的增加，強夯加固影響深度在逐漸增加，如圖3（a）中夯擊能2000 kN·m地基土厚度5 m位置處擊數為9和14時壓縮模量相差不大，擊數為19時壓縮模量變化明顯；圖3（b）中亦可以得到類似的結果，地基土厚度8 m位置處擊數為9和14時壓縮模量變化不大，擊數為19時壓縮模量變化明顯，說明夯擊能2 000 kN·m和4 000 kN·m擊數達到14擊強夯影響深度均可以滿足回填土厚度5 m、8 m填土加固要求。夯擊能2 000 kN·m時擊數14與19擊及夯擊能4 000 kN·m時均能滿足加固深度范圍內0～3 m壓縮模量Es≥5 MPa，深度超過3.0 m時Es≥4 MPa，因此以壓縮模量為技術指標，在考慮影響深度、施工效率及經濟性的情況下，夯擊能2 000 kN·m時擊數為14擊可滿足強夯加固要求，在4 000 kN·m擊數達到19可較好地滿足工程要求。

圖3 壓縮模量圖

2.3 壓實度試驗結果及分析

通過室內擊實試驗，及現場壓實度試驗，對不同區域測得壓實度試驗結果見表1。通過比較表中數據可以看出：隨著夯擊能及夯擊次數的增加，壓實度也隨著增加，其中夯擊能4 000 kN·m擊數為14、19擊和夯擊能2 000 kN·m擊數為19擊可以較好地滿足技術性能指標90%的要求，夯擊能2 000 kN·m擊數為14擊基本滿足壓實度技術指標要求。

表1 壓實度試驗結果

3 結論

（1）強夯法對厚填粉質粘土回填土地基具有較好的加固效果，隨著擊能或夯擊數增加強夯加固效能影響深度增加。

（2）粉質粘土填土地基經強夯后可能形成上部范圍較密實的硬殼層，造成的重型（63.5 kg）動力觸探試驗在0～3.0 m范圍內承載力標準值偏大。

（3）對于本工程中欠固結的稍濕粉質粘土，采用強夯能級2000 kN·m擊數14擊可滿足填土厚度為0～5.0 m的回填土地基對壓縮模量、承載力特征值和壓實度的技術要求，而對粉質粘土填土厚度5.0～8.0 m則當強夯能級增大至4 000 kN·m擊數為19可以很好滿足工程技術要求，這對粉質粘土回填土地基的強夯工程實踐具有參考意義。