強夯法處理填土地基試驗研究

劉 斌

(攀枝花中冶實久勘察設計院有限公司,四川 攀枝花 617023)

強夯法首先由法國人梅納提出,其加固原理主要是依靠強大的夯擊能使土體從表層到深部得到不同程度壓縮,以提高其強度和降低其壓縮模量[1]-[3]。該方法加固效果好,施工簡單,費用低,在地基加固中得到了廣泛的應用,但由于強夯加固作用機理復雜,施工主要依靠經驗,沒有成熟的設計理論用于指導實踐[4]。本文結合四川涼山州某強夯工程,對強夯處理填土地基進行了現場試驗,分析了強夯加固前后地基的物理力學特性和不同夯擊能下強夯的有效加固深度,為填土強夯地基設計和施工提供有用的數據。

1 試驗設計

1.1 工程地質概況

該工程位于四川省涼山州某山區,場地填土高度 23m,填料主要為填土。強夯機械參數為:夯錘重量 20 t,夯錘直徑 2.2m,單擊夯擊能為 3000 kN·m。

1.2 方案設計

施工場地地處山谷之中,填料來源于周邊山坡的削坡,填料不均勻,主要以粉土為主,含有砂礫、黏土、局部存在大塊孤石,易使地基產生不均勻沉降。根據工程條件,在現場確定一強夯試驗區,在試夯區采用不同夯擊能和不同夯擊遍數,確定強夯參數,并通過強夯前后的試驗,確定強夯加固效果。

2 強夯效果試驗研究

2.1 承載力試驗成果分析

從圖 1可以看出:荷載 -沉降關系曲線呈近似直線關系。強夯前地基沉降位移 10mm以上,強夯后地基沉降位移不超過 7mm。強夯后地基的沉降量明顯小于夯前沉降量,地基沉降位移減小近 1/3,地基土的壓縮模量有了較大提高,土體的可壓縮性明顯提高,達到了加固效果。

2.2 強夯前后地基土物理力學性質

在試夯區現場定出試驗點,取強夯前后不同深度土樣。從表 1中可以得出:在距離地面深度0.4m取樣,地基土物理力學性質基本沒有變化,地基承載力沒有提高,隨著深度增大,地基土強度增高,由強夯前的 130 kPa提高到 200 kPa以上,且夯后地基土含水量明顯降低,加固過程中伴隨有排水現象。強夯對淺層地表無加固效果,為非影響區;在非影響區以下,強夯加固效果明顯,為影響區。

圖1 強夯前后地基承載力試驗曲線

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2.3 強夯有效加固深度探討

強夯加固深度又稱為處理深度,影響深度等。對于強夯處理地基來說是個非常重要的量,但對其一直爭議較大,得不到明確肯定。按照張峰有效加固深度定義為豎向壓縮變形 5%的深度[5]。張高、廣運等人認為經強夯加固后,從起夯面算起,地基土強度提高,壓縮模量增大,滿足設計要求的深度范圍。王鐵宏認為:“需要采用強夯法加固處理的地基,都是因為在一定深度內地基土性狀不能滿足工程承載力、變形、穩定的要求,強夯法能夠使一定深度內地基土的不利性狀,在一定程度上得到改善。”

工程中,強夯有效加固深度檢測的最有效、最常用的方法為原位測試。本文依據現場試夯區試驗測試數據,對不同夯擊能下加固深度進行了研究(圖 2)。

圖2 不同夯擊能下有效加固深度曲線

從圖 2中可以看出:

(1)動力觸探試驗曲線的規律大致是增加 -極點 -減小。距地表 50 cm左右擊數明顯偏低,存在一軟弱層,土體松散,應力達不到要求,說明強夯加固地基存在盲區。隨著深度增加,強夯加固效果明顯提高。

(2)根據試驗分析,在距離地表 2.5倍錘徑以下,擊數變化不大,說明強夯加固填土地基最大有效加固深度為夯錘直徑的 2.5倍左右。同時根據擊數變化規律,筆者認為強夯加固深度存在三個不是很明顯的分區:高加密區、中加密區和低加密區。地基承載力呈不斷遞減的趨勢,在低加密區承載力不能滿足 200 kPa,但是從基礎持力層受力分析來看,強夯處理地基達到了效果。

2.4 夯擊次數與夯沉量關系

強夯夯擊次數與夯沉量的變化如圖 3所示。強夯次數與夯沉累計量關系曲線是個曲率遞減曲線,隨著強夯次數增加,夯沉量增加的幅度越來越小,當夯擊次數為 7擊時,夯沉量變化小于 5%,確定7擊為本強夯區域最佳夯擊次數。

圖3 夯擊次數與夯沉量關系曲線

3 結論與問題

(1)強夯加固填土地基,夯后地基沉降量為夯前地基沉降量的 2/3,使地基壓縮模量大大提高,承載力增大,達到設計要求。

(2)強夯加固法處理地基時存在加固盲區(距離地表 50 cm);強夯加固效果在盲區以下基本達到最好效果;隨著加固深度不斷增加,強夯加固能力逐漸減弱,存在一個有效加固深度。根據本文對填土地基加固研究,加固深度約為夯錘直徑的 2.5倍。

(3)強夯夯沉量隨夯擊次數增加而不斷增大,曲線呈曲率遞減關系,根據試夯區試驗確定 21000 kN·m為本工程的最佳夯擊能。

(4)強夯存在盲區,在強夯處理地基后,建議對地表進行碾壓。

[1]地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1994

[2]王鐵宏.全國重大工程項目地基處理工程實錄[M].北京:中國建筑工業出版社,2005

[3]冶金工業部建筑研究總院.地基處理技術[M].北京:冶金工業出版社,1989

[4]葉書鱗.地基處理工程實例應用手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1998

[5]張峰.碎石土的強夯模型研究[J].建筑科學,1992(3):25-28