強夯加固軟弱地基的試驗研究

王 蕊

(金陵科技學院建筑工程學院，江蘇南京 211169)

強夯加固軟弱地基的試驗研究

王 蕊

(金陵科技學院建筑工程學院，江蘇南京 211169)

以位于長江漫灘區某地基工程為例，詳細介紹了強夯加固軟土地基的試驗方案。通過各種原位測試和室內土工試驗對強夯加固效果進行評價，研究結果表明，在強夯的地基中增加塑料排水板后，有利于深層軟土的排水固結。加大強夯加固的有效深度，可改善深層軟土的物理力學性質，提高地基的承載力，強夯有效加固深度可達到4～6 m，研究結論為類似工程的設計施工提供借鑒。

淤泥質黏土； 強夯； 試驗

強夯法，又名動力固結法，是由法國 Menard 技術公司于20世紀70年代初首創的一種地基處理方法[1]。強夯法廣泛用于砂土、粉土、濕陷性黃土、碎石土、軟黏土等各種類型地基的加固[2-5]。另外沿海地區廣泛分布著表層為吹填砂，下伏軟黏土的軟弱地基。周健、胡修文和鄒維列等人[6-8]采用了強夯法對此地基進行了處理，取得了良好的處理效果。本文結合工程實際，對強夯法在處理淤泥質軟土地基加固的適用性及相應的施工技術參數進行了試驗研究，并對加固效果進行了檢驗。

1 試驗概況

1.1 工程地質概況

擬建場地位于長江漫灘區，地下水位埋深為0.7 m,工程地質勘察提供的土層報告自上而下為：①粉煤灰層：松散，厚度為6～8 m，標準貫入擊數為1擊，經分析為嚴重液化層，是本次試驗重點加固層；②素填土層，軟塑，厚度為2～4 m，標準貫入擊數為2～3擊；③淤泥質粉質黏土層，飽和，流塑，厚度為3～18 m；④粉質黏土層：飽和，可塑，厚度為2～10 m；⑤粉砂層：飽和，中密～密實，厚度為11～14 m。

1.2 試夯設計

試驗現場分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三個分區,每個分區又分為設置塑料排水板和不設置塑料排水板兩個亞區(分別稱為A區和B區)，每個試驗亞區選用不同的夯擊參數，試驗區面積均為34 m×28 m,并且在現場試驗時，試驗區夯點一部分采用梅花形布置，另一部分采用正方形布置，夯點間距均為3 m,夯擊試驗參數的設計遵照多遍夯擊，逐步提高夯擊能的原則。強夯施工參數見表1。

表1 強夯施工參數

1.3 試驗內容

為研究強夯加固效果，進行了一系列的室內和現場測試工作。強夯前后分別進行地表沉降、靜力載荷、標準貫入試驗、靜力觸探試驗等現場測試工作，同時對表層粉煤灰及下伏軟土層取樣，對其進行室內土工試驗。

2 試驗分析

2.1 監測結果分析

2.1.1 沉降測量

每遍強夯后，按照10 m×10 m方格網，用水準儀測地面標高，與夯前地面標高進行比較，其差值即為本遍強夯地面沉降值(表2)。

由表2可以看出，從地表的平均夯沉量的結果可以看出，Ⅰ區夯沉量最小，Ⅱ和Ⅲ區夯沉量比較接近，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ試驗區加插塑料排水板比不加插塑料排水板平均夯沉量分別增大了17.5%、3.8%和3.0%，究其原因是加插塑料排水板能夠加快地基的動力固結排水速度，夯沉量增大；同時Ⅰ區比Ⅱ、Ⅲ區的增加幅度要大，主要是由于Ⅰ區的夯擊能量與夯擊遍數均低于Ⅱ、Ⅲ區，加插塑料排水板對夯沉量的影響更大。

表2 沉降測量

2.1.2 強夯前后地基土物理力學指標比較

強夯前后對A區和B區不同深度土層進行了室內土工試驗，試驗結果如表3所示。在2.0～6.0 m深度范圍內，土體的含水量平均降低了50.3%和45.1%，干密度平均提高了28.8%和25.0%，孔隙比平均降低了22.1%和18.2%，壓縮系數平均減少了86.9%和53.8%，壓縮模量平均增加了147%和98.5%。上述結果表明，強夯后，距地面6.0 m深度內的粉煤灰和淤泥質軟土層的物理力學指標得到了明顯地改善，有效地提高了地基的強度；而在6.0 m以下土層，其物理力學指標提高不大，不過設置塑料排水板區夯后土的物理力學性質的改善優于不設置塑料排水板區。

表3 強夯前后地基的土工性質指標

2.1.3 載荷試驗

為了分析強夯加固后的粉煤灰地基承載力提高情況，經過一段間歇時間后又在其上進行靜荷載試驗。按照《建筑地基處理技術規范》(JGJ 79-2012), 載荷板的面積為3 m×3 m，取荷載板沉降量為0.008b時，所對應的荷載值為地基承載力，如圖1所示。

圖1 強夯試驗區荷載沉降曲線

由圖1可以看出：ⅠA、ⅠB、ⅡA、ⅡB、ⅢA、ⅢB區的最大試驗荷載分別為160 kPa、130 kPa、290 kPa、200 kPa、310 kPa和250 kPa，3個分區強夯加固處理后的地基承載力都超過設計承載力120 kPa的要求，且Ⅱ區和Ⅲ區加插塑料排水板比不加插塑料排水板的承載力分別大1.45倍和1.24倍，說明軟土層中設置塑料排水板后，地基的承載力得到了提高，原因是設置塑料排水板后加快軟土地基的動力固結排水速度。

2.1.4 CPT試驗

強夯前后對試驗區的檢測點進行CPT試驗，試驗結果見表4。由表4可以看出，對于Ⅰ區和Ⅱ區，0～5 m深度內土體的強夯后Ps值平均為5.35MPa，與夯前相比增大了10倍，而對于Ⅲ區，0～6m深度內土體的Ps值平均為6.31MPa，與夯前相比增大了11倍，并且設塑料排水板區比不設塑料排水板的區土體強夯后Ps值平均大32.8%。上述結果表明，Ⅲ區強夯有效加固深度大于Ⅰ區和Ⅱ區，同時設置塑料排水板的土體強夯后的加固效果優于不設置塑料排水板。分析其原因主要是設置塑料排水板區的深部土體的固結排水速度快于不設置塑料排水板區。

2.1.5SPT試驗

強夯前后對各個試驗區進行了SPT試驗，試驗結果如表5所示。由表5可以看出，試驗區0～6m深度內的土體經過強夯處理后標準貫入擊數有非常顯著的提高，上部土體得到了很好的加固，而深部的軟土加固效果不明顯，但塑料排水板區的深部軟土加固效果優于未設置塑料排水板區，該結論與CPT的測試結果相同。

3 討論分析

分析上述試驗結果發現，ⅢA區的地基土層的加固效果最好。首先ⅢA區設置塑料排水板有利于深層軟土的排水固結，減少夯坑周圍隆起，有利于夯能向下傳遞；此外ⅢA區夯點布置采用梅花形布置，跳夯施工，和正方形布置相比，減少了夯擊過程中對夯點周圍土體的振動擾動影響，改善了加固效果；接著ⅢA區的夯擊次數為3遍，每遍夯擊次數從4擊逐步增加到8擊，每遍所采用夯擊能也從逐步2 000kN·m增加到3 000kN·m，夯擊能量和夯擊次數逐步由低到高，這樣既保證了深部的軟土層能得到有效地加固，又能有效地降低深層土的擾動，減少橡皮土的發生。

表4 各試驗區強夯處理前后靜力觸探試驗結果對比

表5 各試驗區強夯前后標準貫入試驗結果對比

綜上分析，增設塑料排水板，夯點采用梅花形布置，初始以低能量夯擊，逐步增加夯擊能量，適當增加夯擊遍數能有效加固淤泥質軟土地基。

4 結論

通過分析強夯加固淤泥質軟土層地基的現場測試結果，可以得出以下結論。

(1)綜合強夯施工處理后的現場和室內測試結果表明ⅢA區的加固效果為最好。

(2)對于高含水量、大孔隙比的淤泥質軟土層，開始以低能量加固，再以高的能量加固，適當增加夯擊遍數，能夠有效提高強夯效果。

(3)在強夯加固的土體中設置塑料排水板后，可以增大強夯加固的有效深度。

(4)夯點采取梅花形布置，采取跳夯的方式能夠提高軟土層的加固效果。

[1]MenardL,BroiseY.Theoreticalandpracticalaspectsofdynamicconsolidation[J].Geotechnique, 1975, 25(1): 3-18．

[2] 匡健，李曉靜，張巖,等. 黃泛區強夯加固地基效果的數值模擬研究[J]. 鐵道建筑，2012(2)：62-65.

[3] 徐玉勝，趙有明，高明顯. 強夯置換法處理軟土地基的模型試驗研究[J]. 鐵道建筑，2011(1)：77-80.

[4] 張麗娟，李彰明，韓江. 動靜力排水固結法在淤泥質地基處理工程中的應用[J]. 巖土力學，2009，30(2)：5679-571.

[5] 周紅波，盧劍華，蔣建軍. 動力排水固結法加固浦東機場促淤地基試驗研究[J]. 巖土力學，2005，26(11)：1779-1784.

[6] 周健，崔積弘，賈敏才，等. 吹填細砂軟弱地基處理試驗研究[J]. 巖土力學，2008，29(4)：859-864.

[7] 胡修文，張唯，王堅. 以吹填砂為覆蓋層的飽和軟粘土地基強夯試驗研究[J].巖土力學，2004，25(5)：818-823.

[8] 鄒維列，吳國高，安駿勇，等. 強夯加固軟土上覆填海砂層的試驗研究[J]. 巖土力學，2003，24(6)：983-986.

王蕊(1975～)，女，碩士，講師，主要從事巖土工程、結構工程等方面的教學與科研。

U472.3+1

B

[定稿日期]2015-07-23