軟弱黏土夾層對粉細砂地基強夯加固效果影響

劉鳳松，陳智軍，王福春，郭玉彬，朱勝利

（1.天津港（集團）有限公司，天津 300461；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津市港口巖土工程技術重點實驗室，港口巖土工程技術交通行業重點實驗室，天津 300222）

0 引言

強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。對飽和度較高的粉土和淤泥質土可采用強夯置換法[1]。由此，對于砂土地基，采用強夯法加固是可行的。

地基通常由天然沉積或吹填造陸等方式形成。對于天然沉積土，由于歷史上的沉積環境因素的變化，常呈現成層分布特征，某些沉積層會相對比較軟弱；對于吹填土，其形成陸域的土層情況與吹填料源的土質有關，而對于料源土質較均勻的情況，也會由于吹填過程的水力分選作用，形成軟弱黏土夾層。可見，地基中軟弱黏土夾層的存在是較為普遍的。

本文結合曹妃甸礦石碼頭二期工程堆場強夯施工區的檢測結果，就軟弱黏土夾層對強夯加固效果的影響進行了分析。

1 場地地質條件

曹妃甸礦石碼頭二期工程[2]堆場場地原始地面為淺海及灘涂，通過吹填外海海底粉細砂土形成陸域，吹填厚度約5～7 m，局部深槽區域最大沖填厚度約14 m，吹填頂高程為+4.0~+4.5 m，水位+2.0 m。吹填砂土層部分區域內分布軟弱黏土夾層，該夾層以砂混淤泥為主，局部為淤泥、淤泥質土，厚度為0.2～0.5 m。砂混淤泥中以粉細砂為主混有少量黏粒，高含水量，平均標貫擊數1.1擊；淤泥及淤泥質土，流塑，土質不均勻，混少量粉細砂，平均標貫擊數小于1擊。

該場地地基承載力低、后期沉降大且差異沉降大，不適合直接作為堆場使用。

2 強夯施工

2.1 強夯區布置

根據場地地質情況及強夯施工工藝[3]，本工程按照夯擊參數劃分為4塊場地，各場地采用相同的夯點布置方式，強夯區夯點布置見圖1。

2.2 強夯機具與施工參數

本工程采用50 t履帶式夯機、自動脫鉤裝置，點夯夯錘底面直徑2.2 m、錘重15.2 t，普夯夯錘底面直徑2.3m、錘重11.5 t。夯錘采用圓形，中心設排氣孔，孔徑為250～300 mm，整平用裝載機、推土機，排水用挖掘機挖溝后汽油泵和潛水泵若干臺抽水。

圖1 強夯區夯點布置示意圖Fig.1 Tam ping points layout in dynam ic com paction area

對表層砂土松散、強度較差無法直接進行強夯的區域，正式施工前進行點夯排水1～2遍，以滿足強夯正式施工的要求，排水夯夯擊能2 000 kN·m，點夯后普夯2遍，夯擊能 1 000 kN·m，錘印相互搭接1/4錘底面積。

各強夯區強夯主要施工參數見表1。

表1 強夯試驗主要施工參數Table 1 M ain construction parametersof dynam ic compaction test

2.3 施工情況

2.3.1 場地平整

采用機械將施工區整平，并在強夯區兩側開挖排水溝，排水溝內積水及時排出，防止表面積水并滿足機械行走作業要求。

2.3.2 強夯施工

1）清理并平整施工場地，強夯區域兩邊挖臨時排水溝。

2）標設第1遍強夯點位置，測量原地面高程。

3）起重機就位，使夯錘中心對準夯點位置。

4） 測量夯前錘頂標高。

5）將夯錘起吊到預定高度，開啟脫鉤裝置，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊勾鉤，測量夯錘頂高程，若發現因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應及時將坑底整平。

6） 重復步驟5），按設計規定的控制標準，完成一個夯點的夯擊（點夯停錘標準：最后兩擊平均夯擊沉降量不大于100 mm）。

7） 換夯點，重復3）～6）步驟，完成第1遍全部夯點的夯擊。

8）用推土機將夯坑填平，并測量場地高程。

9）按上述步驟完成各遍點夯施工，最后用低能量滿夯，將場地表層夯實，測量夯后場地高程。

強夯施工完成后采用標準貫入試驗[4]對強夯加固效果進行檢測。

3 強夯施工后標準貫入試驗成果分析

3.1 場地強夯后檢驗結果

本工程第1～4塊強夯區加固后標準貫入試驗檢驗孔分別為17孔（其中含軟弱黏土夾層10孔，孔號為A1～B3）、8孔（其中含軟弱黏土夾層5孔，孔號為A5～A6）、20孔（其中含軟弱黏土夾層4孔，孔號為H18～H6）、11孔（其中含軟弱黏土夾層3孔，孔號為A7～A14），共檢驗56孔（其中含軟弱黏土夾層22孔）。

第1塊、第2塊、第3塊、第4塊強夯區加固后標準貫入試驗檢驗結果見圖2，圖中深度4.65 m位置數據為含軟弱黏土夾層位置下部砂土中標貫擊數數據。

圖2 加固后標貫擊數-深度曲線Fig.2 Curve of standard penetration number and depth after dynam ic com paction

3.2 軟弱夾層對標貫擊數的影響分析

由圖2可見，第1塊、第2塊、第3塊、第4塊場地在局部4～5m深度處存在厚度小于20 cm的淤泥質土，強夯后該淤泥質土對其上部1 m砂層的標貫擊數有影響，對其上部2 m砂層的標貫擊數無影響，對其下砂層的標貫擊數影響不明顯，與淤泥質土夾層相鄰的測試點標準貫入擊數統計見表2。

由圖2可見，在軟弱黏土夾層上覆1m位置，強夯后標準貫入擊數明顯小于不含軟弱黏土夾層時對應位置的標準貫入擊數，經統計，第1塊、第2塊、第3塊、第4塊場地軟弱黏土夾層位置標準貫入擊數分別為20、16、25、19，而不含軟弱黏土夾層時，對應位置的標準貫入擊數分別為28、23、38、27，其折減系數分別為 0.714、0.696、0.658、0.704。

表2 與淤泥質土夾層相鄰的測試點標貫擊數統計表Table 2 Standard penetration number of the test pointw ith siltsoil interlayer adjacent

由表2經統計，軟弱黏土夾層上覆2 m位置共22個標準貫入測試點的擊數為17～37擊，平均值為28.5擊；上覆1 m位置共22個標貫測試點的擊數為10～35擊，平均值為18.5擊；軟弱黏土夾層區位置下部砂土中共22個標貫測試點的擊數為33～48擊，平均值為39.8擊；下覆1 m位置（原海床）共22個標貫測試點的擊數為37～50擊，平均值為44.0擊。可見，4塊強夯區有著共同特點，當砂中存在淤泥質土夾層時，強夯后該淤泥質夾層上部1 m范圍內砂層標貫擊數明顯減少，少量夾層的存在對夾層區下部砂土的標貫擊數影響不明顯。若按上覆2 m位置標貫擊數為基準，上覆1m位置標貫擊數折減系數為0.653。

對于軟弱黏土夾層上部1 m范圍內的砂土密實度降低的原因進行分析，其是由于軟弱黏土夾層剛度較小，致使夯擊能經軟弱黏土夾層回彈能量減少是造成淤泥質夾層上部砂層標貫擊數減少的主要原因；次要原因是夾層中的淤泥質土向上滲透排水導致上部土質中的細顆粒土增加所致，而對于夾層下砂土層，由于地基土剛度均勻，軟弱黏土夾層的存在對于軟弱黏土夾層下1 m砂土層甚至是更深（加固深度范圍內）的砂土層的密實程度無明顯影響。

4 結語

軟弱黏土夾層為薄夾層時，軟弱黏土夾層的存在對其上部加固區的不利影響范圍約為1 m，夯后淤泥質夾層上部砂層標貫擊數明顯減少，折減系數為0.658～0.714；對于存在抗震要求的地基加固工程及對工后沉降、差異沉降要求較高的工程，這一不利特性需引起重視。

[1]JGJ79—2012，建筑地基處理技術規范[S].JGJ79—2012,Technical code forground treatmentofbuildings[S].

[2]王福春.唐山港曹妃甸港區礦石碼頭二期堆場地基強夯處理區地基檢測報告[R].天津：天津港灣工程質量檢測中心有限公司，2010.WANG Fu-chun.Foundation test report on storage yard dynamic compaction area in phase IIproject of ore terminal at Caofeidian Harbor of Tangshan Port[R].Tianjin：Tianjin Port Engineering Quality TestingCenter Co.,Ltd.,2010.

[3]唐山港曹妃甸港區礦石碼頭二期堆場地基強夯分區施工圖[R].天津：中交第一航務工程勘察設計院有限公司，2009.Partition construction drawing ofstorage yard foundation under dynamic compaction in phase IIprojectof ore terminal at Caofeidian Harbor of Tangshan Port[R].Tianjin：CCCCFirstHarbor ConsultantsCo.,Ltd.,2009.

[4]GB 50021—2001，巖土工程勘察規范[S].GB 50021—2001,Code for investigation of geotechnical engineering[S].