液化地基強夯法處理的現場試驗研究

劉衛峰 （安徽省海通建設集團有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前言

強夯法又稱動力固結法或動力壓密法，它是將質量為10t～40t（最大可達400t)的重錘，從10m～40m高處自由落下，給地基以沖擊和振動，使地基內出現強大的應力波，引起土體應力、孔隙水壓力等的變化，達到提高地基強度、降低其壓縮性、改善土的振動液化條件的目的[1～4]。由于強夯法具有施工簡單、經濟可行、加固效果明顯等優點,在許多工程的地基處理中有廣泛的應用[5～10]。本文將以某液化地基為例，在劃分區塊內進行強夯試驗，通過現場試驗和孔隙水壓力監測進行合理的施工控制,得出一些有益結論可供強夯處理飽和液化土地基設計與施工參考。

1 試驗概況

1.1 工程概況

擬建場地處于某液化地區內，地下水位埋深在1.7m左右。據勘察資料分析：I區場地內巖土層分布自上而下依次分別為黃褐色粉質粘土夾粉土、灰色粉質粘土夾粉土、灰色粉質粘土和黃褐色粉質粘土夾粉細砂等，厚度分別為4.5m、3.1m、1.4m、3m，標貫擊數平均值分別為4擊、4擊、14擊、13擊；II區場地內巖土層分布自上而下依次分別為黃褐色粉質粘土、灰色粉質粘土、灰綠色粉質粘土和黃褐色粉質粘土夾粉細砂等，厚度分別為4.2m、3.3m、1.2m、3.3m,標貫擊數平均值分別為 6擊、6擊、15擊、17擊。

地基處理的設計要求：有效加固深度不小于6～8m，地基承載力達到180kPa。地基存在的主要問題有：地基中粉土含量較多，同時經計算該地段修正液化臨界標準貫入錘擊數為6擊，判斷該地段地基為液化地基，需要進行抗液化處理。綜合以上分析，在場地內劃分了強夯試驗區，通過試驗來確定合理的施工控制并研究強夯加固效果。

1.2 強夯試驗參數及內容

為了保證工程質量，并為后續大面積施工提供合理的工藝參數，現場試驗分為I、II區進行，且I區和II區又分別分為IA、IB和 IIA、IIB4個亞區。IA、IB、IIA、IIB區主副夯夯擊能分別為 3000kN·m、2000kN·m、3000kN·m、2000kN·m，相應墊層厚度分別為0.8m、0.7m、1.0m、0.7m。I、II區夯點布置與測試內容見圖 1和圖2。

圖1 I區夯點布置與測試內容圖

2 試驗結果及分析

2.1 夯沉量與擊數的關系

各試夯區典型夯點夯沉量與擊數關系見圖3所示。

從圖3中可見，夯擊能量大的（IA、IIA）夯沉量總大于夯擊能量小的（IB、IIB）夯沉量，隨著擊數的增加，有墊層時的夯沉量小于無墊層時的夯沉量；2000kN·m時，最佳夯擊次數為4次，3000kN·m時，最佳夯擊次數為3次。

2.2 孔隙水壓力隨深度的變化

夯擊時孔隙水壓力隨深度的變化規律見圖4所示。

圖3 試夯區典型夯沉量與擊數關系曲線（a）

圖2 II區夯點布置與測試內容圖

圖3 試夯區典型夯沉量與擊數關系曲線（b）

圖3 試夯區典型夯沉量與擊數關系曲線（c）

從圖4中可見，在I區：夯擊時總的孔隙水壓力值相對較小，這主要時由于I區土的滲透性較大，孔隙水壓力難以積累所致。夯擊能為3000kN·m時，10m處的孔隙水壓力有一定的增長，說明其影響深度達10m，而2000kN·m時，8m處的孔隙水壓力幾乎沒有變化，而6m處有較明顯的變化，因此推測其影響的深度達7.5m。在II區：夯擊能為3000kN·m時，9m處孔隙水壓力有明顯的變化，而12m處孔隙水壓力無變化，因此3000kN·m時，影響深度約為10m，夯擊能為2000kN·m時，6m處孔隙水壓力有明顯的變化，而9m處孔隙水壓力無變化，因此2000kN·m時的影響深度能達7.5m。

2.3 孔隙水壓力隨時間的消散關系

強夯引起的孔隙水壓力隨時間的消散規律見圖5所示。

從圖4中可見，對于I區：無論有墊層還是無墊層，孔隙水壓力消散較快，3000kN·m時，24h內即消散90%；2000kN·m時，24h內消散完畢。因此，I區遍夯間歇時間為1d。對于II區：3000kN·m時72h內孔壓消散達90%以上，2000kN·m時48h孔壓消散即達70%以上，72h內消散完畢。因此，II區遍夯間歇時間為3d。

3 試夯區處理效果

為了檢驗強夯后試夯區處理效果，夯后對試夯區進行SPT、CTP、SAMW試驗，I區在遍夯8d～10d，副夯20d～22d進行。II區在主夯后45d進行。其中II區試驗過程中由于場地條件限制只進行了部分主夯。

圖4 I、II區超孔隙水壓力隨深度變化關系（a）

圖4 I、II區超孔隙水壓力隨深度變化關系（b）

圖4 I、II區超孔隙水壓力隨深度變化關系（c）

圖4 I、II區超孔隙水壓力隨深度變化關系（d）

3.1 標準貫入試驗SPT

圖5 I、II區孔隙水壓力消散曲線（a）

圖5 I、II區孔隙水壓力消散曲線（b）

在I區共進行了36個標貫試驗，II區共進行了20個標貫試驗，從測試結果可以看出：

①處理后的地基強度有較大的提高；

②I區較I區夯后強度增長較多，這與夯后間歇時間較長有關，也說明夯后土層強度會隨時間而增長；

③在7m以上土層N63.5夯后均增大，在8m～8.5m深度處N63.5略有減少，這主要是下部粘性土受擾動影響所致；

④夯擊能2000kN·m的有效加固深度為7m，3000kN·m的有效加固深度可取為7.5m～8.0m，與2000kN·m無明顯區別，這與試驗區土層分布密切相關；

⑤墊層對加固后土層的N63.5無明顯影響，亦即本工程中墊層設置與否對加固效果沒有直接影響。

3.2 靜力觸探試驗CPT

從靜力觸探試驗CPT結果可以看出：

①夯后土層靜力觸探試驗比貫入阻力ps值明顯增大，說明土層強度得到了改善；

②能量為2000kN·m時，深度7.0m～7.5m以上ps值增大，其下則無明顯變化，這說明2000kN.m的有效加固深度為7.0m；

③能量為3000kN·m時，有效加固深度為7.5m～8.0m；

④墊層設置的影響在CPT成果中有明顯反映。首先，當有墊層時地表形成一硬殼層，ps值增大很多；第二設置墊層對強夯影響深度有一定影響，一般使影響深度略有增大。

3.3 SAMW試驗

SASW法是利用瞬態激振時產生頻率豐富的瑞利波，通過頻譜分析，來確定傳播介質的特性，因此該法又稱為表面波頻譜分析法。SASW法具有快捷、可靠的特點，是地基處理效果評價的一種新技術，特別適合于大面積地基處理評價。本試驗在I區夯前后用SASW法進行了測試，夯前與夯后地基剪切波速與深度的關系見表1所示。

夯前夯后SASW法剪切波速測試成果(單位：m/s) 表1

由表1分析可知：

①夯后土層剪切波速有顯著的變化，即較夯前有明顯的提高；

②夯擊能位2000kN·m時，在7.0m以上，剪切波速增大，而深部剪切波速略有減小，說明有效加固深度為7m，這與前述SPT、CPT測試結果是一致的；

③夯擊能為3000k·Nm時，在8.0m以上剪切波速增大，其下則略有降低，這與前述的SPT、CPT測試結果也是一致的；

④有無墊層對深部剪切波速影響不大。

這些成果說明SASW法檢驗液化地基強夯加固效果是切實可行的。

4 結論

①根據強夯試驗、試驗區試驗效果，最佳夯擊能為2000kN·m，夯擊4次。

②由孔隙水壓力消散規律得出，I區遍夯間歇時間為1d，II區遍夯間歇時間為3d。

③當土層條件以粉質亞粘土、粉土為主要加固對象時，2000kN·m的有效加固深度為7.0m，即梅納公式中的a系數可取0.5；試驗取采用3000kN·m時的影響深度達10.0m，但有效加固深度僅為8.0m左右，這主要與下伏粘性土的工程性質有關。

④根據本區墊層設置的比較，本區墊層的主要作用除了支撐強夯設備，保證強夯施工順利進行外，還對提高表層地基處理程度、改善上部加固效果有一定的作用，因此為保證強夯施工順利進行，以達到預期的效果，在地表軟弱地段設置50cm～70cm墊層是必要的，可以滿足施工要求。

[1]張唯，王堅.吹填砂地基強夯試驗研究[J].地質科技情報，2003(3).

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