強夯法處理吹填砂土基的試驗研究

胡順洋，劉 海，嚴秀俊

(1.揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 225009;2.江蘇中核華緯工程設計研究有限公司，江蘇 南京 210019;3.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029)

1 工程概述

某沿江地區擬建設市政道路，局部地段為河塘，由于受設計高程的限制，上層土為新近吹填的粉細砂，厚約2 m，下為粉土，土的物理力學性質見表1。路基土物理力學性質較差，屬軟土地基工程［1］，采用普通碾壓手段，路基壓實度難以達到設計要求，須對該路段土基進行地基處理。

表1 土層①處理前土的物理力學性質

地基處理的目的是提高地基承載力，降低其壓縮性，確保基礎穩定，減少基礎在道路運行過程中的不均勻沉降。主要方法有置換法、深層攪拌法和強夯法等［2］。

換填法是將地基軟弱層的全部或部分換填強度較高、透水性好的材料，可以提高地基承載力降低沉降量;深層攪拌法是在軟土地基土中摻入水泥、石灰等，用粉噴、攪拌等方法使之充分混合和固化，或把一些能固化的化學漿液(水泥漿、水玻璃、氯化鈣溶液等)注入地基土孔隙，以改善地基土的物理性質，達到加固目的;強夯法，又稱動力固結法，是法國 MENARD(1969年)首創的一種地基加固方法，就是用起重機械將夯錘起吊到一定高度后，自由落下，產生強大的沖擊能量，對地基進行夯實，從而提高地基承載力，降低其壓縮性。LEON［3］、劉海沖［4］等國內外許多學者對強夯法加固機理進行了研究，目前被普遍認可的加固機理為動力密實、動力固結和動力置換原理三個方面［5］。它具有施工簡單、經濟可行、施工周期短及加固效果明顯等優點，在地基的加固工程中得到廣泛應用，特別適用于砂土地基。強夯法技術作為一種比較成熟的地基處理方法，在沿江地區公路工程中的應用卻很少，并且在進行強夯施工時對周圍環境沒有影響。同時對于具體工程土質條件，強夯處理后的效果卻有較大差別。因此，本文以該工程為研究背景，對吹填砂土基采用強夯處理進行試驗研究，以確定土基的回彈模量和地基承載力，為沿江地區吹填砂土基的回彈模量取值提供參考，并對類似工程提供借鑒作用。

本次采用降水結合強夯擊密法對試驗段進行處理，即采用井點降水在施工區域內進行降水，強夯法進行土體擊密，最后滿夯，再整平碾壓。第一遍強夯夯能采用2 000 kN·m，擊數為8～10擊，夯坑點距3.5 m×3.5 m，梅花形布置;第二遍強夯夯能1 800 kN·m，第二遍夯點與第一遍夯點呈梅花形錯位布置，單點夯擊數為6～8擊;第三遍采取滿夯，夯能1 000 kN·m，夯印搭接1/4。強夯的間隔時間為7 d。

2 土基回彈模量試驗

土基回彈模量是路面結構設計中必不可少的設計參數，直接影響路面設計的厚度。因其受土質、含水率、壓實度、測試方法等諸多因素的影響，使其數值的確定比較困難，也就給設計與施工帶來很多的不確定因素和問題。相關規范要求最好通過現場試驗直接測定，現場實測法一般將現場實測值取一定保證率后，計算得到土基回彈模量代表值，再考慮不利季節影響，采用15% ～30%［6］的折減系數進行折減，得到土基設計回彈模量。

回彈模量試驗采用現場載荷板法，是測定逐級加載、卸載時相應于各級荷載的回彈彎沉值，按彈性半空間體公式計算路基的靜回彈模量值。即采用直徑30 cm的剛性承載板，在土基表面逐級加載和卸載，測出與每級荷載相對應的回彈變形。對軟弱路基，規范中規定測定回彈變形量為1 mm前的應力、變形線性回歸值，根據公式［7］進行計算。

經測試，土基現場回彈模量值為 33.2～52.4 MPa，見表2;測點4壓力—回彈量變化曲線見圖 1。對實測回彈模量進行統計，取95%的保證率，計算土基回彈模量的代表值為31.2 MPa，考慮不利季節影響，吹填砂路基土的設計回彈模量為21.8～26.5 MPa，滿足一般路基土要求。

表2 土層①處理后路基土回彈模量

圖1 測點4壓力—回彈量變化曲線

3 承載力試驗

3.1 淺層平板靜荷載試驗

本次試驗采用堆載法，試驗加載方式:采用快速維持荷載法，堆重統一為260 kN，加載用手動油壓千斤頂，測力用壓力表，依據率定曲線確定各級荷載值的大小，測沉降用百分表，測量數據由人工記錄。經檢測，地基容許承載力均 ＞130 kPa，最大累計沉降量為21.51 mm，見表3。

3.2 靜力觸探檢測

本工程靜力觸探試驗采用3T觸探架，單橋10 cm2探頭，并用JC-H2儀器進行數據采集。貫入時反力系統采用地錨反力法，貫入速度約為1.0 m/min。檢測表明:強夯處理后地基容許承載力能滿足路基設計要求，在有效深度范圍內，土的比貫入阻力平均值及容許承載力等均有大幅提高，見表3及圖2。

表3 土層①處理后路基土物理力學性質

圖2 吹填砂處理前后比貫入阻力曲線

4 結論

1)強夯法是處理吹填砂路基土的一種有效方法。吹填砂土基經過強夯法處理后，其物理力學指標(如:土的密度、含水率、稠度、比貫入阻力平均值及容許承載力等)均有大幅提高，能滿足一般路基設計要求;通過強夯處理后，可減少土基總沉降量，消除淺層土的不均勻性和不均勻沉降的影響，以及消除吹填土的液化和大面積填土固結沉降影響。

2)土基回彈模量試驗P—L曲線具有近似線性關系，符合含水率小且密實土的特征。

［1］中華人民共和國交通部.JTJ017—96 公路軟土地基路堤設計與施工技術規范［S］.北京:人民交通出版社，1997.

［2］張發祥.重錘夯實與 CFG樁聯合處理地基工程應用研究［J］.鐵道建筑，2011(5):75-77.

［3］LEON F J.Dynamic pre-compaction treatment-A case history［C］//International Symposiumon Case Histories in Geotechnical Engineering.

［4］劉海沖.強夯法加固地基機理的探討［J］.勘察技術，2001(6):25-27.

［5］葉書麟.地基處理與托換技術［M］.北京:中國建筑工業出版社，1996.

［6］張洪華.應用 FWD測定土基回彈模量的研究［J］.中國公路學報，1994(增 1):9-13.

［7］中華人民共和國交通運輸部.JTG E60—2008 公路路基路面現場測試規程［S］.北京:人民交通出版社，2008.