陳碩

(大連市勘察測繪研究院有限公司,遼寧大連 116023)

強夯法在大連港東部地區(qū)復雜填海造地場地中的適用性研究

陳碩?

(大連市勘察測繪研究院有限公司,遼寧大連 116023)

大連港東部地區(qū)搬遷改造項目現(xiàn)場為新近填海造地區(qū)域，地質條件較復雜，下部存在厚度不均的淤泥質粉質粘土。為保證工程施工質量，在有代表性的試驗區(qū)采用載荷試驗、重型圓錐動力觸探(N63.5)、單點夯試驗及孔隙水壓力試驗對強夯法地基處理的適用性進行綜合評判。通過對后期強夯施工的跟蹤檢測，本次試夯檢測為設計單位提供的設計參數(shù)合理，強夯法地基處理效果良好。

平板載荷；動力觸探；單點夯試驗；強夯；填海造地

1 引 言

隨著城市建設步伐的日益加快,市區(qū)內可供使用的建筑用地也日趨緊張。對于山多平地少的沿海城市,填海造地是一個為城市發(fā)展制造平地的有效方法。但填海造地所形成的建筑場地地質條件較復雜,填海造地所用的開山石及原有海相沉積物理力學性質較差,選擇一種合適的地基處理方法,對填海造地場地至關重要[1～3]。

強夯法是法國Menard技術公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法,又名動力固結法或動力壓實法。這種方法是反復將質量為10 t～40 t的夯錘提到10 m～40 m使其自由落下,給地基以沖擊和振動能量,從而提高地基的承載力并降低其壓縮性,改善地基性能。強夯法加固效果明顯,施工方便,費用低廉,在我國是一種比較常用的地基處理方法[4]。但到目前為止,強夯法還沒有嚴密的理論分析和成熟的設計計算方法,尤其是在填海造地這種復雜的地質單元中。為保證工程質量,在強夯施工前,應在有代表性的場地進行試夯,以確定強夯法的適用性。本文結合工程實踐,對填海造地場地的強夯法適用性進行研究,為類似的強夯處理地基工作提供一定的參考。

2 工程概況

大連港東部地區(qū)搬遷改造項目靠近黃海大連灣,場區(qū)地貌原陸域部分屬于低丘陵,原海域部分屬于濱海水下岸坡,后經(jīng)人工回填。場地表層為回填厚度為10.5 m～12.0 m的劈山碎石,其下為厚度2.0 m～3.8 m的淤泥質粉質粘土、1.1 m～3.9 m厚的粉質粘土混碎石及基巖。場地內地下水與海水連通且受潮汐影響。本次試驗在場地內劃分A、B兩個強夯試驗區(qū),面積均為29.5 m×29.5 m。A區(qū)地面距持力層深度大于10 m,夯擊能選擇8 000 kN·m。B區(qū)為回填區(qū),地面距持力層深度小于8 m,夯擊能選擇5 000 kN·m。A區(qū)、B區(qū)設計單點夯擊設計參數(shù)見表1,試夯平面布置圖如圖1、圖2所示。

A、B區(qū)單點夯擊設計參數(shù) 表1

圖1 A區(qū)試夯平面布置圖

圖2 B區(qū)試夯平面布置圖

3 試驗目的

本次檢測工作采用淺層平板載荷試驗進行承載力檢測、重型圓錐動力觸探(N63.5)進行強夯地基的均勻性及各層土的物理力學指標以及強夯的影響深度檢測、單點夯試驗確定各遍最佳夯擊次數(shù)、孔隙水壓力試驗確定兩遍強夯之間的間隔時間。

4 試驗方法及其結果評價

4.1 淺層平板載荷試驗

淺層平板載荷試驗通過反力系統(tǒng)、加載系統(tǒng)及位移系統(tǒng)觀測并記錄在逐級荷載作用下沉降隨時間的變化趨勢,根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制p-s曲線,根據(jù)p-s曲線對夯后的地基承載力fak及變形模量E0進行評判。

(1)地基承載力fak的確定

本次檢測工作共進行強夯加固后豎向抗壓載荷試驗6組,其中A區(qū)進行了2組夯點淺層平板載荷試驗和1組夯間土淺層平板載荷試驗,B區(qū)進行了1組夯點淺層平板載荷試驗和2組夯間土淺層平板載荷試驗。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制出了6組試驗點的p-s曲線分別見圖3～圖8。從圖3～圖8可見:6組試驗點的p-s曲線均為平緩的光滑曲線,無明顯的比例界限,根據(jù)相關規(guī)范要求,取s/b=0.01所對應的荷載為承載力特征值,但其值不應大于最大加載量的一半。淺層平板載荷試驗數(shù)據(jù)匯總表如表2所示。

同一土層參加統(tǒng)計的試驗點不應少于3點,當試驗實測值的極差不超過平均值的30%時,取此平均值作為該土層的地基承載力特征值。因此,強夯試驗區(qū)A區(qū)強夯加固后地基承載力特征值為160 kPa,強夯試驗區(qū)B區(qū)強夯加固后地基承載力特征值為160 kPa。

圖3 A區(qū)A1號點p-s曲線 圖4 A區(qū)A2號點p-s曲線

圖5 A區(qū)A3號點p-s曲線 圖6 B區(qū)B1號點p-s曲線

圖7 B區(qū)B2號點p-s曲線 圖8 B區(qū)B3號點p-s曲線

淺層平板載荷試驗數(shù)據(jù)匯總表 表2

(2)變形模量E0的確定

變形模量按照下面的公式計算:

式中:E0為變形模量(MPa)；I0為剛性承壓板的形狀系數(shù),圓形承壓板取0.785,方形承壓板取0.886；μ為土的泊松比,碎石土取0.27；d為承壓板的直徑或邊長(m)；p為p-s曲線線性段的壓力(kPa),s為與p對應的沉降(mm)。

結合試驗區(qū)淺層平板載荷試驗實測數(shù)據(jù),根據(jù)變形模量的計算公式,計算得出強夯試驗區(qū)A區(qū)夯后變形模量E0=15.4 MPa,強夯試驗區(qū)B區(qū)夯后變形模量E0=14.4 MPa。

4.2 重型圓錐動力觸探N63.5

重型圓錐動力觸探N63.5是利用63.5 kg的落錘、76 cm落距,將標準動探頭打入土中,根據(jù)打入的難易程度判定土層性質的方法,主要用于評價強夯處理后人工地基的承載力及其在水平方向和垂直方向上的均勻性。

本次檢測在強夯處理前后每區(qū)各布置6個重型圓錐動力觸探試驗點,共計12個點。根據(jù)現(xiàn)場原位測試的基本數(shù)據(jù),強夯處理后A區(qū)在10.4 m范圍內,地基土動探擊數(shù)得到明顯的提高,綜合確定A區(qū)強夯有效處理深度為10.4 m；強夯處理后B區(qū)在6 m范圍內(強風化巖頂面),地基土動探擊數(shù)得到明顯的提高,綜合確定B區(qū)強夯有效處理深度為6 m。

4.3 單點夯試驗

單點夯試驗包括夯點沉降量、周圍地表沉降量及孔隙水壓力的觀測。在進行單點夯試驗前,首先對本場地夯前整個場地的標高進行測量。根據(jù)設計提供的試驗區(qū)夯點的間距,確定單點夯周邊觀測點的位置。根據(jù)巖土工程勘察報告,確定孔隙水壓力計的埋設深度。

(1)沉降測量

單點夯試驗時,每夯擊一次及時觀測夯點的沉降量、周圍觀測點的沉降隆起量及土中超靜孔隙水壓力值。間隔一段時間后,再次量測其超靜孔隙水壓力值,直至超靜孔隙水壓力完全消散后進行第二擊單點夯,重復上述步驟,當最后二擊夯沉量滿足設計要求時,單點夯試驗終止。整個試驗區(qū)強夯完畢,測量本場地標高。

本次檢測在A、B兩個強夯試驗區(qū)各布置1個單點夯試驗點。

本次檢測布置的單點夯試驗地表沉降變形觀測點,距夯錘邊(A區(qū)夯錘的直徑為2.8 m,B區(qū)夯錘的直徑為2.5 m)最大距離為4.0 m,夯擊過程中每擊作用下的沉降量與地表變形反映了強夯過程中地基土的有效壓實情況。根據(jù)現(xiàn)場單點夯試驗基本數(shù)據(jù),繪制出A、B兩個強夯試驗區(qū)單點夯擊數(shù)與沉降量的關系曲線及地表變形曲線如圖9～圖12所示。

圖9 A區(qū)單點夯擊數(shù)-沉降量曲線

圖10 A區(qū)地表變形曲線

圖11 B區(qū)單點夯擊數(shù)-沉降量曲線

圖12 B區(qū)地表變形曲線

根據(jù)單點夯試驗,綜合確定點夯最佳夯擊次數(shù)如下:A區(qū)最佳夯擊次數(shù)為12擊,B區(qū)最佳夯擊次數(shù)為14擊,如圖9～圖12所示。本次單點夯試驗過程中,均在夯擊第9擊時向夯坑內填加石料,之后進行夯擊時,A區(qū)地面隆起現(xiàn)象明顯,B區(qū)地面微有隆起,具體試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

單點夯試驗數(shù)據(jù)匯總表 表3

(2)孔隙水壓力觀測

本次檢測在A、B兩個強夯試驗區(qū)的單點夯試驗點附近各布置3個孔隙水壓力測試點。根據(jù)試夯前埋設的孔隙水壓力傳感器測得的數(shù)值,經(jīng)計算分析后編制了“單點夯孔隙水壓力增長及消散規(guī)律圖”見圖13～圖18。通過孔隙水壓力的測試,本場地孔隙水壓力增幅較小,消散也很快。隨夯擊數(shù)的增加,孔壓累積現(xiàn)象表現(xiàn)的不明顯。超孔隙水壓力停夯后半小時內即基本消散。根據(jù)埋設孔隙水壓力計時揭露的地質情況,試驗區(qū)域主要由劈山回填的風化巖組成,局部夾碎石磚塊,其滲透系數(shù)較大。根據(jù)上述試驗,本場地在進行地基處理時,可連續(xù)夯擊。

圖13 A區(qū)1#孔單點夯孔隙水壓力增長及消散規(guī)律圖

圖14 A區(qū)2#孔單點夯孔隙水壓力增長及消散規(guī)律圖

圖15 A區(qū)3#孔單點夯孔隙水壓力增長及消散規(guī)律圖

圖16 B區(qū)1#孔單點夯孔隙水壓力增長及消散規(guī)律圖

圖17 B區(qū)2#孔單點夯孔隙水壓力增長及消散規(guī)律圖

圖18 B區(qū)3#孔單點夯孔隙水壓力增長及消散規(guī)律圖

5 試驗結論及建議

(1)根據(jù)載荷試驗結果,強夯試驗區(qū)A區(qū)、B區(qū)強夯加固后地基承載力特征值為160 kPa,滿足設計要求。

(2)通過對強夯處理前后每區(qū)各布置的重型圓錐動力觸探試驗點,綜合確定A區(qū)強夯有效處理深度為10.4 m(至淤泥層),綜合確定B區(qū)強夯有效處理深度為6 m(至強風化巖頂面)。

(3)通過現(xiàn)場單點夯試驗,單點夯對周圍土體的影響半徑大于4.0 m,其有效處理半徑滿足設計要求的單點夯間距。

(4)根據(jù)單點夯試驗,綜合確定點夯最佳夯擊次數(shù)如下:A區(qū)最佳夯擊次數(shù)為12擊,B區(qū)最佳夯擊次數(shù)為14擊。本次單點夯試驗過程中,均在夯擊第9擊時向夯坑內充填石料,之后進行夯擊時,A區(qū)地面出現(xiàn)隆起現(xiàn)象,B區(qū)地面微有隆起現(xiàn)象

(5)通過孔隙水壓力的測試,本場地孔隙水壓力增幅較小,消散也很快。隨夯擊數(shù)的增加,孔壓累積現(xiàn)象表現(xiàn)的不明顯。超孔隙水壓力停夯后半小時內即基本消散。根據(jù)埋設孔隙水壓力計時揭露的地質情況,試驗區(qū)域主要由劈山回填的風化巖組成,局部夾碎石磚塊,其滲透系數(shù)較大。根據(jù)上述試驗,本場地在進行地基處理時,可連續(xù)夯擊。

6 結 語

通過載荷試驗、重型圓錐動力觸探(N63.5)、單點夯試驗及孔隙水壓力試驗對大連港東部地區(qū)搬遷改造項目中強夯法的適用性研究,得出以下認識。

(1)夯擊次數(shù)是強夯法設計的重要參數(shù)。合適的夯擊次數(shù)應使夯坑的壓縮量最大而夯坑周圍的隆起量最小。本次強夯試驗區(qū)淤泥層埋設較深,強夯時未造成地面過大隆起。但在大面積填海造地過程中,淤泥層會被匯集到一起,強夯施工過程中應進行跟蹤觀測,在其埋藏較淺區(qū)域,應采取開挖取走淤泥或其他可行辦法保證施工質量。

(2)夯擊時間間隔是強夯法的另一個重要設計參數(shù)。如果土中的超靜孔隙水壓力消散較快,則兩遍夯擊的時間間隔也較短,可以有效縮短工期。填海造地場地主要由劈山回填的風化巖組成,滲透系數(shù)較大,超靜孔隙水壓力消散較快,一般情況下均可以連續(xù)夯擊。

(3)通過重型圓錐動力觸探擊數(shù)與深度關系曲線可見,本場地動探擊數(shù)變化較大,不同位置的錘擊數(shù)差異較大,因此,不適合用動力觸探擊數(shù)提供強夯后地基土的承載力及變形模量。因此,需要結合一定的靜載試驗,根據(jù)靜載試驗與動力觸探擊數(shù)的關系,綜合確定地基土承載力是否滿足設計要求。

[1] 吳建利.強夯地基綜合檢測[D].青島：中國海洋大學，2004.

[2] 祿海，水偉厚.強夯法有效加固深度影響因素的理論分析[J].石河子大學學報，2004，5(1)：345～348.

[3] 程建偉，楊宏宇.填海造陸地基強夯效果檢測評價的研究[J].工程勘察，2010，3：20～25.

[4] JGJ79-2012.建筑地基處理技術規(guī)范[S].

[5] 徐超，李軍世，趙春風.預夯和降低地下水位對強夯效果的研究[J].巖土工程學報，2004，5：607～611.

[6] 鄭穎人，李學志，馮遺興等.軟粘土地基的強夯機理及其工藝研究[J].巖石力學與工程學報，1998，17(5)：571～580.

[7] 《工程地質手冊》編委會.工程地基手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

App licability of Dynam ic Com paction in Land Filling Site in the Eastern Region of Dalian Port

Chen Shuo
(Dalian Academy of Reconnaissance and Mapping Co.,Ltd,Dalian 116023,China)

The site of the transformation and relocation project in the eastern region of Dalian port is newly reclaimed,its geological conditions ismore complicated.The lower is the uneven thickness of the silty clay.In order to ensure the construction quality,using the load test,heavy dynamic penetration test(N63.5),single compaction test and pore water pressure test to evaluation the applicability of dynamic compaction in the representative test areas.By the late tracking and detection of dynamic compaction,the design parameters are reasonable,and dynamic compaction foundation treatment effect is good.The testmethods and datamay serve as a reference for the similar project.

load test；dynamic penetration test；single compaction test；dynamic compaction；land filling

1672-8262(2013)06-163-05

TU472

A

2013—08—12

陳碩(1982—),男,工程師,主要從事巖土工程勘察、檢測等技術工作。