某工程不同夯擊能的試夯試驗研究

李建軍 趙惠華

1 工程概況及設計要求

建設場地位于恢河岸邊山前沖洪積黃土臺地上。該工程建筑場地，地勢為斜坡，地面標高為1 500 m～1 513 m(黃海高程系)，地形坡度8%左右，地勢上西高東低、南高北低。根據場地巖土工程資料，場地屬于穩定場地，勘測深度內場地地基土為第四系沖洪積成因的黃土(粉土)、粉土、卵石。其中②-1層黃土(粉土)具有濕陷性，濕陷土層厚度為1.7 m～5.8 m，站址場地為非自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅱ級。為消除濕陷性，提高地基承載力，擬采用強夯法處理。選取回填區及圍墻東北角處作為試夯場地，試夯區平面尺寸24 m×24 m。試夯能級為3 000 kN·m，錘重300 kN，落距10 m。夯點呈正方形分布，夯點間距4.24 m，采用隔排跳打的方法分兩遍夯擊，第一遍主夯點夯擊次數為14擊，第二遍副夯點夯擊次數為10擊;最后兩擊夯沉量不大于50 mm控制，同時夯坑周圍地面不應發生過大的隆起。兩遍強夯間隔時間暫按一周(7 d)考慮。起夯標高暫按－1.00 m(1 505.20 m)進行試夯。最末一遍夯擊后，再以低能量(夯錘重100 kN，單點夯擊能1 000 kN·m)對表層松土滿夯2擊，錘印搭接，不大于1/3D。

2 施工情況

施工采用50 t履帶式強夯機，夯錘重23.7 t，錘底直徑250 cm，落距13.5 m，采用隔排跳打的方法分兩遍夯擊，第一遍主夯點夯擊次數為10擊～14擊;最后兩擊沉降差3.5 cm～5 cm，平均4.30 cm;第二遍主夯點夯擊次數為8擊～13擊;最后兩擊沉降差3 cm～5 cm，平均3.94 cm;最后采用1 000 kN·m能級搭接1/3錘底直徑滿夯2擊。夯沉量詳見表1。

表1 夯沉量標高測量記錄 m

3 試驗方案

根據規范及設計單位要求，結合實際情況，檢測項目與數量見表2。室內試驗項目為含水量、干密度、比重、孔隙比、塑限、液限、壓縮系數、濕陷系數及測點位置等。

3.1 探井取樣，室內土工試驗

1)探井采用人工挖掘，井下觀察并進行地層描述，人工坑壁采取Ⅰ級土樣，探井深度為7 m(或到砂卵石層)，從終夯面起，每隔1.0 m取一土樣。2)室內土工試驗按GB/T 50123-1999土工試驗標準方法進行。試驗項目為含水量、干密度、比重、孔隙比、塑限、液限、壓縮性、濕陷性等。

表2 檢測工作量表

3.2 地基靜載荷試驗

1)依據GB 50025-2004濕陷性黃土地區建筑規范附錄J，JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范附錄A“復合地基載荷試驗要點”，采用慢速維持荷載法。在滿夯14 d后進行試驗，采用直徑d=1.00 m，厚30 mm的圓形鋼板。荷載分級按設計要求壓力值的2.2倍即330 kPa分10級，每級為33 kPa，實際按11級加載，荷載分級見表3。2)測讀沉降的間隔時間及相對穩定標準見相關規范。3)卸載:卸荷分三級進行(7級、4級、0級)，每卸一級，間隔30 min，讀記回彈量，直至穩定。待卸完全部荷載后間隔3 h讀記總回彈量。4)地基承載力特征值的確定:處理后的地基承載力特征值，應根據壓力(p)與承壓板沉降量(s)的p—s曲線形態確定。

表3 地基載荷試驗加荷分級表

4 檢測結果及分析

4.1 室內土工試驗結果及分析

夯終面標高為1 504.64 m，最終夯沉量0.56 m。

4.1.1 濕陷性處理效果分析

由土工試驗成果可知，試夯區場地地基土達到中密狀態。夯終面以下2.50 m內的濕陷性消除;2.5 m以下地基土濕陷性未完全消除，處理后剩余濕陷量為100 mm。

4.1.2 夯后地基土的物理力學性質分析

夯后地基土的物理力學性質參數見“地基土的物理力學性質指標統計表”，與夯前相比，土的干密度增加，孔隙比減小，壓縮系數減小，壓縮模量增大。

4.2 地基靜載荷試驗結果及分析

4.2.1 地基承載力

P1，P2，P3試驗點在試驗的過程中，隨著荷載的逐級增加，壓板的沉降量逐漸遞增，在各級荷載的作用下沉降均能達到穩定標準。達到最大試驗荷載330 kPa時，各試驗點的最終沉降量分別為14.05 mm，10.21 mm，14.86 mm，壓板下的地基土僅產生豎向位移，沒有側向擠出，壓板周圍未出現裂縫。各試驗點的壓力沉降曲線(p—s)均為平緩的曲線，沒有出現陡降段的起始點，說明荷載達到最大值330 kPa時，壓板下的土體仍處于彈塑性變形階段，極限承載力均大于330 kPa。全部卸載后，P1，P2，P3試驗點的殘余沉降量分別為 9.06 mm，6.96 mm，9.94 mm，回彈率分別為35.5%，31.8%，33.1%。

p—s曲線上沒有明顯的比例界限，根據GB 50025-2004濕陷性黃土地區建筑規范附錄J“墊層、強夯和擠密等地基的靜載荷試驗要點”，當p—s曲線上的比例界限不明顯時，可按壓板沉降(s)與壓板直徑(d)之比及相對變形確定，但其值不應大于最大加載量的一半。本試驗可取s/d=0.010(s=10 mm)所對應的壓力為地基承載力特征值，由P1，P2，P3試驗點的p—s曲線內插可得s=10 mm對應的承載力值分別為279 kPa，327 kPa，284 kPa，均大于最大加載量的一半165 kPa。所以取P1，P2，P3試驗點的承載力特征值均為165 kPa。三個試驗點承載力特征值極差為零，小于平均值的30%，可取平均值為地基承載力特征值，即fspk=165 kPa。強夯地基載荷試驗結果見表4。

表4 強夯地基載荷試驗結果匯總表

4.2.2 變形模量

土的變形模量根據p—s曲線的初始直線段，按均質各向同性半無限線彈性介質的彈性理論計算。根據GB 50021-2001巖土工程勘察規范第10.2.5條可知淺層平板荷載試驗的變形模量E0(MPa)計算公式如下其中，I0為剛性承壓板的形狀系數，圓形承壓板取0.785;μ為土的泊松比(粉土取0.35);d為承壓板直徑或邊長，m;p為p—s曲線線性段的壓力，kPa;s為與p對應的沉降，mm。根據上式可以計算出各試驗點土體在s=0.01b對應荷載下的變形模量E0:P1試驗點E01=19.22 MPa;P2 試驗點 E02=22.52 MPa;P3 試驗點 E03=19.56 MPa。

5 結語

1)試夯區夯終面以下2.50 m內的濕陷性消除，2.5 m以下地基土濕陷性未完全消除，處理后剩余濕陷量為100 mm。2)試夯區強夯地基承載力特征值fspk=165 kPa，滿足設計要求。3)試夯區強夯地基變形模量E0=10.72 MPa。

［1］ GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S］.

［2］ JGJ 106-2003，建筑基樁檢測技術規程［S］.

［3］ GB 50002-2002，建筑地基基礎工程施工質量驗收規范［S］.

［4］ GB/T 50123-1999，土工試驗標準方法［S］.

［5］ GB 50025-2004，濕陷性黃土地區建筑規范［S］.

［6］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范［S］.