强夯法加固大面积素填土与液化土地基应用研究

王智合（中铁十七局集团有限公司勘察设计院，山西太原030032）

强夯法加固大面积素填土与液化土地基应用研究

王智合
（中铁十七局集团有限公司勘察设计院，山西太原030032）

依据强夯法的加固机理，对拟建住宅小区大面积素填土和液化土地基进行强夯处理。通过平板荷载、标准贯入、静力触探、重型动力触探及室内土工试验研究对比，分析结果验证了强夯法处理此场地地基的适用性与设计参数选取的合理性。研究成果对加固相关素填土与液化土地基工程具有重要的指导意义。

素填土与液化土地基；强夯法；地基承载力

强夯法是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固处理方法 ，也称动力固结法，一般通过8 t～30 t的重锤（最重可达200 t）和8 m～20 m的落距（最高可达40 m），对地基土施加500 kN·m～8 000 kN·m的冲击能来加固地基［1］。近年来，利用强夯法加固各类不良地基的工程项目日益增多，此法主要用于加固湿陷性黄土、杂填土、碎石土、砂性土地基，甚至还用于加固淤泥、淤泥质土等饱和软黏土地基。

强夯法加固地基原理［2］主要是由于强大的夯击能在地基中产生强烈的冲击波和动应力对土体作用的结果。由强夯产生冲击波，从夯击点向地基深处传播，对地基土起压缩与剪切作用，引起地基土的压缩挤密。强夯法加固地基的作用机理［3-4］主要表现为:在强大的冲击能、强制超压下，使多孔隙、粗颗粒、非饱和土地基得到密实；在强大的夯击能与冲击波作用下 ，以液化的细颗粒饱和土体产生很多裂隙作为排水通道，使土体产生固结；通过强夯把填土挤入土体中使地基土产生置换［5］。

1 工程概况及现场试验方案

本工程位于福建省泉州市惠安县某工业园区内，为拟建住宅小区，共28栋，均为6层砖混结构，设计拟采用墙下条形基础，要求强夯处理后地基承载力特征值 fak不小于280 kPa。场地地层分布情况:第①层素填土，灰黄～褐黄等色，以坡残积粘性土为主，含少量中～粗砂和砾砂。总体上呈稍湿～湿、稍密状态，局部呈松散状态。在场地内均有分布。该层为新近回填而成 ，回填面积较大，土层深度0～6.0 m，为未经分层压实的欠压密固结土；第②层广泛分布有中等～严重液化［6］粉细砂，灰～灰黄色，松散～稍密，湿～饱和，砂质不纯，含15%～20%粘性土，砂的级配不良，土层深度4.9 m～11.3 m；第③层为残积土，灰黄、灰白色，可塑～硬塑，饱和，主要由高岭土、石英及云母组成 ，砾粒含量小于20%，母岩特征明显，为中压缩性土，无摇震反应，稍有光滑，干强度中等 ，韧性中等。该层自上而下风化程度逐渐减弱 ，强度逐渐增强，土层深度10.3 m～12.0 m；地基不能满足工程建设需求，在工程开工前采用强夯法对场地进行试验研究，对比分析强夯法处理该场地的适用性及确定强夯法的设计参数。

采用8 000 kN·m能级强夯置换试验工艺:选用材质较好的石料为夯坑填料，粒径≤50 mm，分两层填筑。夯点间距为6 m，四遍成夯。夯锤底面积为4.0 m2，锤的底面对称设置若干个与其顶面贯通的孔径为300 mm排气孔。夯点的收锤标准:最后两击的平均夯沉量≤200 mm且击数在10击左右；最后两遍满夯能级为1 500 kN·m，每点两击，夯印搭接，夯坑周围地面不发生过大隆起［7］、不因夯坑过深而发生提锤困难。两遍主夯点分别呈9 m×9 m正方形布置，第一、二遍夯点隔行跳点布置，第三遍夯点在第一、二遍相邻四个主夯点的中间插点 ，具体试验参数如下:

（1）第一遍点夯夯击能级为8 000 kN·m，锤重450 kN，落距17.7 m，夯点25个，每点平均填料4次、夯10击。

（2）第二遍点夯夯击能级为8 000 kN·m，锤重450 kN，落距17.7 m，夯点16个，每点夯10击。

（3）第三遍点夯能级为3 000 kN·m，锤重180 kN，落距16.7 m，夯点40个，每点夯10击。

（4）满夯两遍，能级为1 500 kN·m，每点夯2击，夯印搭接1/4。

2 承载力试验

为综合分析强夯法处理此场地地基的加固效果，本文通过平板荷载试验测定强夯处理后承压板下应力影响范围内地基的承载力和变形特性；通过标准贯入试验、静力触探试验、重型动力触探试验来确定强夯对深层土体的承载力的提高情况及对有效加固深度的影响与土体液化的消除情况；通过室内试验来确定夯后素填土孔隙比、含水率等参数的变化程度。

2.1 平板荷载试验

该试验主要用于确定表层填土强夯后的承载力。试验之前受台风带来的降雨影响，整个试验区受雨水渗入浸泡严重。后经过几天抽水和晾晒工作，但浅层地基仍然比较松散，土体含水率较高。静载试验采用0.71 m×0.71 m的方形承压板，最大加载到400 kN（800 kPa），最大沉降量为20.32 mm，PS曲线呈缓变形，试验开始阶段，土体受荷而压实，荷载 P与沉降S接近线性关系，随荷载继续增加，沉降变化速率减慢，停止加载后，沉降曲线只发生部分回弹，说明强夯加固挤密效果明显。取 S/b= 0.010所对应的荷载为承载力特征值 ，确定的地基承载力特征值为256 kPa，加固效果明显，达到设计要求。夯间点由于受降雨影响，存在浅层土层的滞水现象，在试验加载过程中水从试坑中慢慢渗出 ，导致地基沉降较大（见图1）。

图1 荷载与沉降曲线

2.2 标准贯入试验

标准贯入试验、静力触探试验、重型动力触探试验主要用于确定强夯对深层土体的加固效果、强夯的影响深度和有效加固深度，以及确定深层地基的承载力和变形模量 ，判别加固深度范围内粉砂层的液化情况。本场地夯前粉细砂的标贯击数较低，只有3击～4击，性质较差，根据《建筑抗震设计规范》，通过计算得到粉砂层的液化指数为13.5，液化等级为中等。夯后夯间粉砂层的标贯击数提高到7击～14击，提高约1倍～2倍，地基有效影响加固深度达到11.0 m，经计算强夯处理后地基承载力特征值达到300 kPa，满足设计要求（见图2）。

图2 夯后标贯曲线

2.3 静力触探试验

夯前粉砂层的静探比贯入阻力较小，平均承载力约为95 kPa。经过强夯处理后的上层粉砂的加固效果最好，静探比贯入阻力［8］平均提高2倍以上，地基平均承载力约为320 kPa；而下层粉砂承载力比夯前也有一定程度的提高。地基有效影响加固深度达到11.0 m，满足设计要求（见图3、表1）。

图3 夯后静探曲线

表1夯后与夯前静探数据对比

2.4 重型动力触探试验

本次动力触探采用自动落锤装置，锤重63.5 kg，锤击贯入连续进行，记录每贯入10 cm的锤击数N63.5作为评价指标，当遇碎、块石锤击反弹时，应清除碎、块石再进行试验。经过填石强夯置换后，置换深度达到6 m左右。夯点填石以下的粉砂层动力触探击数为10击～12击，修正后的平均动探击数为10.4击～13.3击，深层承载力超过250 kPa；对于5.5 m～8.5 m的粉砂层，夯间土承载力特征值为200 kPa；对于8.5 m～11.0 m的粉砂层，夯间土承载力特征值约为120 kPa。根据动力触探的规范建议和相关经验可知，粉砂层修正后的平均动探击数大于20击，故粉砂处于密实状态，液化完全消除（见图4）。动探结果见表2所示。

表2夯后动探结果

图4 夯后动探曲线

2.5 室内土工试验

由于饱和粉砂极易塌孔，难以取到完整的土样，故只得到素填土和残积粘性土的室内土工试验结果。通过夯前、夯后物理力学指标对比可知，夯后素填土孔隙比和含水率减小，压缩模量增大，强夯处理对此层土的加固密实效果明显。该土层具体物理力学指标如表3所示。

表3 试验夯前、夯后夯间土层物理力学指标对比

3 结 论

（1）采用8 000 kN·m高能级的强夯置换法处理后，本场地的有效加固深度达到11.0 m，夯间土地基深层承载力提高了120 kPa～220 kPa，土层加固效果明显，对于粉砂层埋藏较深、厚度较大的区域，可采用此方法进行一次性处理，使之满足上部结构对地基的承载力和变形要求。

（2）强夯法是一种经济高效、节能环保的地基处理方法，适合于本场地的地基处理，但应结合地基处理目的、场地地质情况、工程设计要求、结构基础型式等采用不同能级、工艺、填料的强夯和强夯置换法进行处理。

（3）点夯强夯引起表层填土结构破坏，使得夯后表层填土强度降低，建议通过增加满夯遍数和不同满夯能级的方法来提高表层填土的地基承载力。

（4）大面积强夯施工应严格按照设计要求的夯点间距、夯击击数、夯击遍数进行施工，严格控制强夯收锤标准和施工间歇时间。

（5）鉴于试验区试验和施工过程中受降雨影响较大的原因，建议大面积施工前应做好整个场地的排水措施，雨水应及时排出场外，避免暴雨对施工场地的浸泡和冲刷影响。同时大面积施工应尽量避开雨季。

［1］ 水伟厚，王铁宏，王亚凌.高能级强夯地基土载荷试验研究［J］.岩土工程学报，2007，29（7）:1090-1093.

［2］ Menard L，Broise Y.Theoretical and practical aspects of dynamic compaction［J］.Journal of Civil Engineering，1975，25 （1）:3-18.

［3］ 龚晓南.地基处理手册（第三版）［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［4］ 范维垣，史美筠，裘以惠.关于强夯法加固地基的几个问题［J］.太原工学院学报，1982，（2）:15-26.

［5］ 徐至均，张亦农.强夯和强夯置换法加固地基［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［6］ 中华人民共和国建设部.JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2013.

［7］ 齐 锋.路基不均匀沉降及强夯处治措施研究［D］.大连:大连理工大学，2008.

［8］ 胡顺洋，刘 海，严秀俊.强夯法处理吹填砂土地基试验研究［J］.铁道建筑，2012，（3）:83-84.

The Application Research of Dynamic Consolidation for Large Foundations of Plain Fill and Liquefied Soil

WANG Zhi-he
（China Railway 17th Bureau Co.，Ltd.Survey and Design Institute，Taiyuan，Shanxi 030032，China）

According to the reinforcing mechanisms of the dynamic consolidation，the proposed residential community foundation of plain fill and liquefied soil was constructed by adopting dynamic consolidation method.And then，the experimental results of plate loading test，standard penetration test，static cone penetration test，heavy dynamic penetration test and laboratory soil test were compared and analyzed，which proved that the practice was applicable for this foundation and the selection of design parameters was reasonable.The research results will provide some guidance for the consolidation construction of similar plain fill and liquefied soil foundations.

plain fill and liquefied soil foundation；dynamic consolidation；bearing capacity of the foundation

TU472

A

1672—1144（2015）02—0197—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2015.02.041

2014-11-07

2014-12-27

王智合（1983—），男，内蒙赤峰人，硕士 ，助理工程师 ，主要从事民用建筑结构设计工作。E-mail:1113766851@qq.com