强夯法处理填土地基试验研究

刘 斌

(攀枝花中冶实久勘察设计院有限公司,四川 攀枝花 617023)

强夯法首先由法国人梅纳提出,其加固原理主要是依靠强大的夯击能使土体从表层到深部得到不同程度压缩,以提高其强度和降低其压缩模量[1]-[3]。该方法加固效果好,施工简单,费用低,在地基加固中得到了广泛的应用,但由于强夯加固作用机理复杂,施工主要依靠经验,没有成熟的设计理论用于指导实践[4]。本文结合四川凉山州某强夯工程,对强夯处理填土地基进行了现场试验,分析了强夯加固前后地基的物理力学特性和不同夯击能下强夯的有效加固深度,为填土强夯地基设计和施工提供有用的数据。

1 试验设计

1.1 工程地质概况

该工程位于四川省凉山州某山区,场地填土高度 23m,填料主要为填土。强夯机械参数为:夯锤重量 20 t,夯锤直径 2.2m,单击夯击能为 3000 kN·m。

1.2 方案设计

施工场地地处山谷之中,填料来源于周边山坡的削坡,填料不均匀,主要以粉土为主,含有砂砾、黏土、局部存在大块孤石,易使地基产生不均匀沉降。根据工程条件,在现场确定一强夯试验区,在试夯区采用不同夯击能和不同夯击遍数,确定强夯参数,并通过强夯前后的试验,确定强夯加固效果。

2 强夯效果试验研究

2.1 承载力试验成果分析

从图 1可以看出:荷载 -沉降关系曲线呈近似直线关系。强夯前地基沉降位移 10mm以上,强夯后地基沉降位移不超过 7mm。强夯后地基的沉降量明显小于夯前沉降量,地基沉降位移减小近 1/3,地基土的压缩模量有了较大提高,土体的可压缩性明显提高,达到了加固效果。

2.2 强夯前后地基土物理力学性质

在试夯区现场定出试验点,取强夯前后不同深度土样。从表 1中可以得出:在距离地面深度0.4m取样,地基土物理力学性质基本没有变化,地基承载力没有提高,随着深度增大,地基土强度增高,由强夯前的 130 kPa提高到 200 kPa以上,且夯后地基土含水量明显降低,加固过程中伴随有排水现象。强夯对浅层地表无加固效果,为非影响区;在非影响区以下,强夯加固效果明显,为影响区。

图1 强夯前后地基承载力试验曲线

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2.3 强夯有效加固深度探讨

强夯加固深度又称为处理深度,影响深度等。对于强夯处理地基来说是个非常重要的量,但对其一直争议较大,得不到明确肯定。按照张峰有效加固深度定义为竖向压缩变形 5%的深度[5]。张高、广运等人认为经强夯加固后,从起夯面算起,地基土强度提高,压缩模量增大,满足设计要求的深度范围。王铁宏认为:“需要采用强夯法加固处理的地基,都是因为在一定深度内地基土性状不能满足工程承载力、变形、稳定的要求,强夯法能够使一定深度内地基土的不利性状,在一定程度上得到改善。”

工程中,强夯有效加固深度检测的最有效、最常用的方法为原位测试。本文依据现场试夯区试验测试数据,对不同夯击能下加固深度进行了研究(图 2)。

图2 不同夯击能下有效加固深度曲线

从图 2中可以看出:

(1)动力触探试验曲线的规律大致是增加 -极点 -减小。距地表 50 cm左右击数明显偏低,存在一软弱层,土体松散,应力达不到要求,说明强夯加固地基存在盲区。随着深度增加,强夯加固效果明显提高。

(2)根据试验分析,在距离地表 2.5倍锤径以下,击数变化不大,说明强夯加固填土地基最大有效加固深度为夯锤直径的 2.5倍左右。同时根据击数变化规律,笔者认为强夯加固深度存在三个不是很明显的分区:高加密区、中加密区和低加密区。地基承载力呈不断递减的趋势,在低加密区承载力不能满足 200 kPa,但是从基础持力层受力分析来看,强夯处理地基达到了效果。

2.4 夯击次数与夯沉量关系

强夯夯击次数与夯沉量的变化如图 3所示。强夯次数与夯沉累计量关系曲线是个曲率递减曲线,随着强夯次数增加,夯沉量增加的幅度越来越小,当夯击次数为 7击时,夯沉量变化小于 5%,确定7击为本强夯区域最佳夯击次数。

图3 夯击次数与夯沉量关系曲线

3 结论与问题

(1)强夯加固填土地基,夯后地基沉降量为夯前地基沉降量的 2/3,使地基压缩模量大大提高,承载力增大,达到设计要求。

(2)强夯加固法处理地基时存在加固盲区(距离地表 50 cm);强夯加固效果在盲区以下基本达到最好效果;随着加固深度不断增加,强夯加固能力逐渐减弱,存在一个有效加固深度。根据本文对填土地基加固研究,加固深度约为夯锤直径的 2.5倍。

(3)强夯夯沉量随夯击次数增加而不断增大,曲线呈曲率递减关系,根据试夯区试验确定 21000 kN·m为本工程的最佳夯击能。

(4)强夯存在盲区,在强夯处理地基后,建议对地表进行碾压。

[1]地基处理手册编写委员会.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1994

[2]王铁宏.全国重大工程项目地基处理工程实录[M].北京:中国建筑工业出版社,2005

[3]冶金工业部建筑研究总院.地基处理技术[M].北京:冶金工业出版社,1989

[4]叶书鳞.地基处理工程实例应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998

[5]张峰.碎石土的强夯模型研究[J].建筑科学,1992(3):25-28