黏性土充填的碎石類填土強夯處理適宜性評價

張 斌

北京東方新星石化工程股份有限公司,保定 071051

黏性土充填的碎石類填土強夯處理適宜性評價

張 斌

北京東方新星石化工程股份有限公司,保定 071051

通過介紹強夯法在安慶石化煉油新區項目的應用實例，從工程地質勘察的角度分析黏性土充填的碎石類填土地基強夯處理的適宜性以及影響強夯處理效果的各種因素，通過探討各種工程地質因素對強夯處理效果的影響，為類似場地地基土的處理積累相關的經驗。

強夯; 碎石土;適宜性;勘察;承載力

引言

強夯是法國Menard技術公司于1969年首創的一種地基加固方法，我國于1978年引進并首次進行了強夯法試驗研究，它是通過反復將夯錘提到一定的高度使其自由下落，給地基以沖擊和振動能量，將地基土夯實，從而提高地基土的強度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件等。

強夯地基處理可用于機場、道路、港口、堆場、儲罐、倉儲和工業與民用建筑等工程場地的地基處理。

安慶石化煉油新區擴建項目，位于安徽省安慶市主城區西部。該項目為全廠性改擴建工程的主體部分，包括新建500萬噸/年常減壓蒸餾裝置、200萬噸/年重油加氫裝置、200萬噸/年催化裂化裝置、等大型石化生產裝置。該場地地貌類型為沿江剝蝕～堆積階地地貌，原始地形較復雜，地勢起伏較大。項目建設初期進行了場地平整，平整方案采取高挖低填的方式，填料主要為場地地勢較高處原有的碎石土、黏性土、砂土和全風化泥質砂巖混合填料。

由于回填土的承載力和變形模量均不能滿足設計要求，需要對其進行處理。考慮到強夯法夯擊能量大，影響深度大，同時與其他地基處理方法相比具有工藝簡單、效果顯著、設備簡單、費用低廉、質量容易控制、適用土層范圍廣及施工周期短等優點，故決定采用強夯法對該場地回填土進行地基加固處理。本文通過介紹夯后勘察和地基檢測結果，探討黏性土充填的碎石類填土地基的強夯適宜性。

1 場地地層

工程勘察資料顯示場地地層主要為：第四系全新統(Q4)素填土、粉質黏土、第四系上更新統沖洪積卵石土(Q1al+pl)和白堊系上統宣南組全～中風化泥質砂巖、砂巖(K2x)。根據成因、巖性及物理力學性質的不同，地層劃分如下：

①層素填土（Q4ml）：灰黃、灰褐、褐黃等色，整體色雜，主要由卵石、碎石及黏性土等組成，結構松散，組成物質復雜，不均勻，為場地整平過程中人工回填而成，層厚0～17.80m。

②層粉質黏土（Q4al+pl）：褐黃色～黃褐色，一般硬塑，部分可塑，含少量礫砂、卵石，切面稍有光澤，無搖震反應，干強度中等，韌性中等，部分地段為黏土、粉土。

③層卵石（Q1al+pl）：灰褐色、灰黃色，濕～飽和，稍密～中密。卵石含量一般50%～70%左右，粒徑一般2cm～5cm，少量7cm～10cm，最大粒徑超過10cm，分選中等，磨圓一般，多呈次圓狀、亞圓狀，另含少量礫石，局部夾薄層砂礫，母巖成分主要為石英巖、石英砂巖和燧石等，強度高，孔隙間由黏性土、中粗砂或礫砂充填。

④層全風化泥質砂巖(K2x)：灰紅色、紫紅色，部分灰白色、灰黃色，巖體風化強烈，原巖結構、構造已完全被風化破壞，巖芯呈土柱狀、砂柱狀，手可掰開，泥質含量變化較大，巖體風化不均勻。

⑤層強風化泥質砂巖(K2x)：灰紅色、紫紅色，部分灰白、灰黃色，砂泥質結構，中厚層狀構造，泥質膠結，膠結程度差，浸水易軟化，結構大部分破壞，風化裂隙很發育，主要成分為石英、長石，含少量云母和泥質，各成分變化較大。

⑥層中風化泥質砂巖(K2x)：灰紅色、紫紅色，砂泥質結構，中厚層狀構造，泥質膠結，風干易裂解，主要成分為石英、長石、云母及泥質，裂隙稍發育，巖芯較完整，呈柱狀，柱長一般10cm～40cm，指甲可刻劃，巖質軟。

2 強夯法

2.1 強夯施工

由于場地范圍內原始地勢起伏較大，整平后填土厚度相差亦較大，為達到理想的強夯效果，對填土厚度不同的地段采用不同的夯擊能級，共有6個夯擊能級：1500 kN·m能級、3000kN·m能級、6000kN·m能級、8000kN·m能級、10000kN·m能級、12000kN·m能級。

現以6000kN·m能級夯區S6-1/2/3/4/5/6為例，夯錘直徑為3.6m，分三遍進行，第一、二遍的單擊夯擊能均為6000kN·m，每遍夯擊次數以最后兩擊平均夯沉量不大于10cm且每遍夯擊次數不少于16擊控制；第三遍滿夯兩遍，夯擊能級為2000kN·m，每遍每點三擊。兩遍主夯點呈7.5m×7.5m正方形布置，第一、第二遍夯點采取隔行跳點方式進行施工，第三遍滿夯夯印要求搭接1/4，以夯實地基淺部填土，并整平地基表面。處理后地基承載力特征值要求fak≥200kPa，壓縮模量要求Es≥10MPa，處理范圍為回填土和①層素填土，最深有效加固深度約8.0m。

2.2 強夯處理效果

地基土檢測采用重型圓錐動力觸探試驗和載荷試驗等檢測方法。重型動力觸探試驗成果及夯后地基土載荷試驗成果分別見表1和表2：

由表1強夯前后重型圓錐動力觸探試驗數據對比，可以看出，夯后各夯區平均動探擊數普遍不同程度地高于夯前平均擊數，這就意味著地基土密實度在強夯后普遍有了一定程度的增加，由夯前的極松散～松散變成夯后的近稍密～稍密。

表1 重型圓錐動力觸探試驗成果

表2 載荷試驗成果

由表2載荷試驗成果，可以看出，強夯后地基土的承載力特征值12個試驗點，有6個達到設計要求，還有6個未達到設計要求且基本上與設計要求值相差甚遠。

3 強夯處理效果分析

強夯后各夯區平均動探擊數均較夯前后所提高，地基土密實度在強夯后普遍有了一定程度的增加，這說明了強夯法在增加黏性土充填的碎石類填土的密實度方面，效果是比較明顯的。

夯后有一半數量的載荷試驗點測得的地基土承載力特征值未達到設計要求且基本上與設計要求值相差甚遠，造成這種結果的原因大致有以下幾點：

(1)由勘察報告可知，承載力特征值較低的試驗點，地基土中的黏性土占比一般較大，局部為含碎石黏性土，由于黏性土透水性差，場地地下水位較淺，強夯施工時未設置豎向排水通道，夯錘對土體施加瞬時荷載，土體中的孔隙水來不及排出，在土體內產生超靜孔隙水壓力且長時間得不到消散，導致土體內的有效應力大大減小，從而較大程度上降低了地基土承載力。

這點可以從下面的事實得到印證：強夯后經過 天的孔隙水壓力消散，在黏性土占比較大的試驗點鉆孔，有大量的壓力水從孔中涌出，這表明仍有較高的孔隙水壓力未消散。

而地基土黏性土占比較小的試驗點，粗顆粒土之間形成的空隙不會被黏性土完全充填，形成天然的排水通道，因而土體在強夯后較短時間內由瞬時荷載引起的超靜孔隙水壓力就可以消散掉，轉變為有效應力，從而提高地基土的承載力。

(2)場地位于長江下游地區，降雨量豐富，回填整平過程中，由于降雨等因素，回填土的含水量較高。由勘察報告中的土工試驗結果可知，黏性土含水量為20.2%～33.7%，大于最優含水量14%，無黏性土含水量11.4%～26.7%，大于最優含水量7%～9%。

對于黏性土來說，含水量增加，會使顆粒表面的薄膜水變厚，顆粒間電分子吸引力下降，土體內聚力降低，因而地基土承載力也會降低；對于非黏性土，含水量的增加會在土顆粒表面形成潤滑作用，使得土的內摩擦角降低，因而地基土承載力也會降低。

4 結語

強夯法可以較明顯地增加黏性土充填的碎石類填土地基密實度。

影響黏性土充填的碎石類填土地基強夯處理效果的主要因素有：

(1)回填土中黏性土占比：嚴格控制回填土質量，按照一定的顆粒級配，采用合理的黏性土比例，科學地進行場地回填，是保證碎石類填土地基強夯處理效果的重要前提。對于黏性土占比較大的碎石類填土地基，可設置豎向排水通道以增加土體排水能力，加速強夯后超靜孔隙水壓力的消散，提高地基土承載力。

(2)回填土含水量：填土的回填時間應避開雨季，以免雨水混入回填土使回填土含水量增加，影響強夯處理效果。當回填土含水量較高時，可采用晾曬或添加石灰等添加劑的方法，減小土層含水量，保證強夯處理效果。

當回填土中黏性土占比較大，含水量又較高時，不宜進行強夯處理。

[1]中華人民共和國建設部.巖土工程勘察規范（GB50021-2001）.北京：中國建筑工業出版社，2009

[2]高大釗，袁聚云.土質學與土力學.人民交通出版社，2006

[3]北京東方新星石化工程股份有限公司.中國石油化工股份有限公司安慶分公司含硫原油加工適應性改造及油品質量升級工程煉油新區巖土工程勘察報告.北京東方新星石化工程股份有限公司，2011

[4]何長明.強夯法的發展現狀與展望.中國水運，2010

[5]中國工程建設標準化協會.強夯地基處理技術規程(CECS 279：2010).北京：中國計劃出版社，2010.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.010