强夯法处理饱和土地基的应用

梁 进

0 引言

强夯法地基处理具有效果明显、设备简单、施工方便、节省材料、经济易行等优点，因而在工程中已广泛应用。目前，强夯法适合于碎石土、砂土、黄土、填土和非饱和粘性土地基处理，已有相当成熟的实践经验。对地下水位较高的饱和粉土、粉质粘土等软土地基，普通强夯处理效果不明显，一般采用强夯置换的方法进行。但强夯置换法通常置换墩材料用量较大，产生费用较高。本文通过对普通强夯法工艺进一步改良，在饱和粉土、粉质粘土地基上铺垫1.5 m厚含水量较低的素土，然后采取主夯+复夯+满夯的方式，应用于山西某航空运动学校机场跑道地基处理项目。

试夯结果表明，通过该方式改良后的工艺为强夯法地基处理领域的拓展起到促进作用。

1 工程概况

1)该机场为新建通用航空机场，场址位于太原市西南42 km、清徐县东南12 km、祁县东北20 km，飞行区按照通用机场标准进行设计，跑道长度1800 m，宽度45 m;滑行道长度1800 m，宽度15 m，满足B737-800型飞机过往使用。

2)场区内地基土主要由第四系全新统近期、早期及第四系上更新统冲洪积成因的粉质粘土及粉土夹砂土组成。天然地基持力层为②-1层粉土和②-2层粉质粘土，下卧层为③层粉质粘土(见表1)。

表1 地基土物理性质指标统计表

场区存在两层地下水，第一层为上层滞水(由农民冬灌所致)、埋深0.90 m～4.80 m、高程 753.51 m～758.29 m;第二层为潜水，水位埋深6.00 m～7.50 m，高程 750.32 m～757.03 m。地基土在20 m深度范围内为中软土，建筑场地类别为Ⅲ类。拟建场地属抗震不利地段。本场区地基土饱和粉土存在液化，液化等级中等～严重。

3)试夯参数如下:

a.单击夯击能:主夯及复夯3000 kN·m(夯锤底直径2.5 m，重20 t)，满夯1000 kN·m(夯锤底直径2.5 m，重20 t)。

b.夯击次数:主夯分两遍完成:停锤标准按夯坑深度1.9 m控制。复夯分两遍完成:停锤标准按最后两击平均夯沉量不大于50 mm控制。

c.间隔时间:两遍夯击之间的间隔时间根据孔隙水压力测试结果，按消散率大于70%控制。

d.夯击点布置:采用正三角形布置。夯击点的中心间距为5 m。

e.满夯施工:采用单击夯击能1000 kN·m的低能量满夯一遍完成，每点3击，锤印搭接1/4夯锤直径。每遍点夯完成后的夯坑，均采用外运土方进行回填。

2 试夯检测手段及目的

1)强夯加固深度的判定。

主要采用静力触探试验、瑞利面波测试及钻探，通过对试夯前后地基土静力触探试验指标、面波波速的变化及标贯锤击数对比、分析，判定地基加固深度。

2)地基土承载力测试。

地基土通过平板载荷试验确定地基处理后地基承载力特征值。

3 试夯效果分析

1)对本次试验夯前静力触探试验与夯后(夯点、夯间)静力触探试验结果进行了对比。根据强夯前后静探指标对比分析，起夯面下7.0 m深度范围内，夯间比贯入阻力比夯前提高了80%，夯点比贯入阻力比夯前提高了71%，强夯处理效果明显。其下地基土静探指标变化不明显。静力触探试验结果见图1。

图1 静力触探试验结果

2)瑞利面波激发震源采用24磅大锤，面波接收采用4 Hz检波器及道距不同的接收电缆，检测检波点间距为1 m，最小偏移距分别为5 m，－28 m，接收道数为24道，分别在夯前和夯后进行测试，测试曲线见图2。

图2 瑞利面波测试曲线

由图2可以看出，所测瑞利面波曲线规则清楚，起夯面下约5.8 m深度范围内夯后波速值有明显提高，由夯前130 m/s～150 m/s提高到夯后140 m/s～180 m/s;5.8 m以下曲线接近重合。

3)根据强夯前后取土及标贯指标对比分析，起夯面下约6.5 m深度范围内，粉质粘土、粉土层夯后夯间平均实测标贯击数比夯前提高了248.8%，夯后夯间比夯前地基土干密度提高了8.3%，压缩模量提高了72.6%，孔隙比减小了19.7%;夯后夯点平均实测标贯击数比夯前提高了220.9%，夯后夯点比夯前地基土干密度提高了6.4%，压缩模量提高了28.7%，孔隙比减小了16.2%。该深度范围内强夯处理效果明显。6.5 m以下，地基土物理力学性质变化不明显。

4)本次共进行平板载荷试验3个点，各点试验数据见表2。

表2 各点试验数据

将最大试验压力的前一级压力作为极限荷载，其承载力特征值按极限荷载的一半取值，当极限荷载的一半大于相对变形s/d=0.01(d为压板直径、s为压板沉降量)对应的压力时，则按相对变形s/d=0.01(d为压板直径、s为压板沉降量)对应的压力取值。

表3 载荷试验成果表

由表3可知，3个试验点(Z4，Z5，Z6)的地基承载力特征值在210 kPa～270 kPa之间，平均240 kPa，极差60 kPa，极差为平均值的25.0%，由于极差小于平均的30%，因此确定试夯压板影响深度范围内地基承载力特征值为240 kPa。

4 结语

按静力触探试验、瑞利面波测试、土样试验及标贯确定地基处理有效加固深度试夯区约为起夯面下6.0 m;地基经强夯处理后地基土承载力特征值达到240 kPa;无论从处理深度还是地基承载力均满足设计要求。

由以上结论可知，在大面积饱和土地基处理时，通过对普通强夯法工艺进一步改良，在饱和粉土、粉质粘土地基上铺垫1.5 m厚含水量较低的素土，然后采取主夯+复夯+满夯的方式，相对强夯置换法等其他地基处理方式，降低了工程造价，减少工期，达到了预期的处理效果。由于各地区土质存在差异性，使用该方法处理时应进行试夯工作，确定处理施工参数。

[1]张军齐.强夯法处理地基时含水量与处理效果关系探讨[J].山西建筑，2011，37(4):72-73.