基金項(xiàng)目： 教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目（IRT1045）； 中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)重點(diǎn)項(xiàng)目（CDJZR12 20 55 01）； 中國(guó)博士后科學(xué)基金特別資助項(xiàng)目（201003315）

作者簡(jiǎn)介： 黃達(dá)（1976-），男，副教授，博士，研究方向?yàn)閹r土工程和工程地質(zhì)，電話(huà)：023-65129587，E-mail：hdcqy@126.com

文章編號(hào)： 0258-2724（2013）03-0435-07DOI： 10.3969/j.issn.0258-2724.2013.03.007

摘要： 為探討碎石含量及其分布對(duì)強(qiáng)夯地基承載力和差異沉降的影響規(guī)律，采用平板荷載試驗(yàn)，對(duì)3種不同碎石含量強(qiáng)夯地基的加固效果進(jìn)行了檢測(cè).結(jié)果表明：碎石土強(qiáng)夯地基具有較好的承載力，平均承載力均超過(guò)250 kPa；隨碎石含量增加和分布不均勻性增強(qiáng)，地基承載力的不均勻性增強(qiáng)，差異沉降增大；對(duì)于碎石含量較高且分布不均的強(qiáng)夯地基，當(dāng)荷載接近或達(dá)到地基承載力以后，將出現(xiàn)更大的差異沉降；對(duì)于重慶市開(kāi)縣某強(qiáng)夯地基，不同碎石含量可導(dǎo)致強(qiáng)夯地基的差異沉降量相差3～4倍.

關(guān)鍵詞： 強(qiáng)夯地基；碎石土；不均勻性；載荷試驗(yàn)；差異沉降

中圖分類(lèi)號(hào)： TU472文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

由于強(qiáng)夯沖擊壓縮過(guò)程的復(fù)雜性、碎石土介質(zhì)的不均勻性和不連續(xù)性，目前對(duì)于山區(qū)碎石土強(qiáng)夯地基仍處在工程應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)積累階段[1-8].對(duì)于碎石土強(qiáng)夯地基的代表性研究成果大致可歸納為以下三方面：強(qiáng)夯沖擊波傳播特征及固結(jié)變形演化[1]；主要工程問(wèn)題及存在的技術(shù)難點(diǎn)[2]；基于夯后檢測(cè)的加固效果評(píng)價(jià)，主要是密實(shí)度、承載力、波速及變形特征等的檢測(cè)分析[3-8].

我國(guó)西南地區(qū)的眾多山區(qū)城鎮(zhèn)處于地質(zhì)條件復(fù)雜、地形狹窄的河谷地帶，很少有真正適宜于城鎮(zhèn)建設(shè)的“開(kāi)闊平地”，較多建設(shè)場(chǎng)地不得不采用大挖大填等方式.回填碎石土強(qiáng)夯是山區(qū)工程及城鎮(zhèn)建設(shè)常見(jiàn)的地基處理方式，多見(jiàn)于山溝、坡地建筑地基及交通路基.由于碎石土回填材料一般為建設(shè)工程就近開(kāi)挖的土石方，其物質(zhì)組成、碎石含量及形態(tài)特征均不盡相同，故實(shí)例總結(jié)成果的應(yīng)用具有較強(qiáng)的局限性[9-13].

碎石土的介質(zhì)特性對(duì)強(qiáng)夯加固效果有重要影響，如文獻(xiàn)[14]通過(guò)瑞利波檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，碎石含量及大塊石粒徑對(duì)強(qiáng)夯加固深度影響明顯.現(xiàn)有研究大多均針對(duì)同一填料（主要強(qiáng)調(diào)工程特征和夯擊能等的影響）[1-13]，而對(duì)碎石含量等內(nèi)因?qū)庸绦Ч挠绊懸?guī)律的研究相對(duì)很少[14].

減小地基承載力的不均勻性和差異沉降是建筑地基、交通路基等安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)問(wèn)題和控制難點(diǎn).為此，我們通過(guò)荷載試驗(yàn)，研究了碎石含量對(duì)地基承載力、變形模量以及差異沉降的影響規(guī)律.

1填土特征及載荷試驗(yàn)

1.1填土含石量估計(jì)及強(qiáng)夯施工

重慶市開(kāi)縣某移民安置點(diǎn)強(qiáng)夯地基回填料為場(chǎng)地爆破開(kāi)挖的碎石土，場(chǎng)地施工新填碎石土厚約5～7 m，其下方為厚約5～7 m的碾壓填土（已自然固結(jié)3年，承載力約180～220 kPa）.新填碎石土主要由砂質(zhì)泥巖、砂巖碎石及粉質(zhì)黏土等組成，其中碎石粒徑大多介于0.2～0.7 m之間，呈強(qiáng)—中等風(fēng)化.

采用2次點(diǎn)夯和2次滿(mǎn)夯的強(qiáng)夯施工工序進(jìn)行加固.前2遍采用點(diǎn)夯（夯擊能為3 000 kN·m），夯點(diǎn)梅花形布置，間距6.0 m.然后，低能量級(jí)滿(mǎn)夯2遍至地基平整.強(qiáng)夯施工參數(shù)見(jiàn)表1.

根據(jù)試驗(yàn)段土體級(jí)配特征，約定碎石含量為粒徑不小于1 cm的碎石所占填土的三維體積或二維面積百分比.碎石含量通過(guò)鉆探取土和現(xiàn)場(chǎng)探槽斷面統(tǒng)計(jì)估算確定.

具體估算方法：

（1） 通過(guò)鉆探估算碎石含量與巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD的計(jì)算類(lèi)似.通過(guò)鉆孔取土，統(tǒng)計(jì)土樣的碎石巖芯長(zhǎng)度，碎石含量即為累積巖芯長(zhǎng)度與鉆孔深度的比值.鉆探估算誤差可控制在5%～8%.

（2） 探槽斷面統(tǒng)計(jì)采用現(xiàn)場(chǎng)布置精測(cè)網(wǎng)（網(wǎng)格間距為10 cm）定位，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)素描和照片（正面拍照）圖像處理，可較好地估算探槽斷面碎石所占面積，碎石覆蓋面積與統(tǒng)計(jì)斷面面積之比即為碎石含量.探槽斷面統(tǒng)計(jì)精度較高，誤差可控制在2%～4%.

選取3個(gè)典型的不同碎石含量及其分布的場(chǎng)地A、B、C，進(jìn)行夯后地基平板荷載試驗(yàn)研究：

試驗(yàn)段A：碎石含量約40%，分布較均勻，塊石粒徑相對(duì)較?。狡毡榧s5～30 cm）.

試驗(yàn)段B：碎石含量約50%，分布較不均勻，存在少量較大粒徑的塊石（粒徑普遍約10～40 cm）.

試驗(yàn)段C：碎石含量約73%，分布不均勻，存在較多不勻分布的較大粒徑塊石（粒徑普遍約10～50 cm）.

1.2試驗(yàn)情況

平板載荷試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)PLT）是一種較為直觀、可靠的原位土工試驗(yàn)，其主要目的是評(píng)價(jià)地基承載力和變形特征[14-15].

強(qiáng)夯施工完成約14 d后進(jìn)行荷載試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)段6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，共18個(gè)試驗(yàn)點(diǎn).為使試驗(yàn)點(diǎn)反映整個(gè)場(chǎng)地的地基特性，以場(chǎng)地為中心沿十字交叉線(xiàn)隨機(jī)布置試驗(yàn)點(diǎn)，間距超過(guò)8 m（約為強(qiáng)夯加固深度）[14].試驗(yàn)時(shí)，人工刨開(kāi)表層約0.5 m的擾動(dòng)松弛填土（為減小表層松弛填土刨開(kāi)施工對(duì)下方試驗(yàn)土體的擾動(dòng)，先用盤(pán)刀切割設(shè)備在試驗(yàn)點(diǎn)周邊切割出約1.5 m×1.5 m的方形坑（深約0.4 m），然后人工刨空方形坑，最后用薄刀人工剃除厚約10 cm的土層），平整場(chǎng)地后鋪設(shè)不大于2 cm厚的粗、中砂墊層找平，再平放承壓板進(jìn)行試驗(yàn).

采用液壓千斤頂加載，夯機(jī)提供反力，圓形剛性承壓板直徑為0.8 m.

試驗(yàn)加載過(guò)程按照J(rèn)GJ79—2002《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[15]相關(guān)規(guī)程執(zhí)行.圖1為現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)情況.

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1p-s曲線(xiàn)特征

圖2中，A-k（k=1，2，…，6）表示試驗(yàn)段A第k個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其余類(lèi)似.由圖2可知：

（1） 在最大荷載約500kPa范圍內(nèi)，碎石土強(qiáng)夯地基的p-s曲線(xiàn)多呈近以線(xiàn)型或緩降型.其中，試驗(yàn)段A的p-s曲線(xiàn)基本呈近似線(xiàn)型，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的塑性變形和破壞陡降段（圖2（a））；試驗(yàn)段B的p-s曲線(xiàn)基本為緩降型，且大多曲線(xiàn)存在塑性變形段但沒(méi)有破壞陡降段（圖2（b））；試驗(yàn)段C的p-s曲線(xiàn)的形態(tài)差異明顯，既有近直線(xiàn)型（曲線(xiàn)C-2、C-4、C-6），也存在較強(qiáng)塑性變形甚至破壞陡降段的曲線(xiàn)（曲線(xiàn)C-1、C-3、C-5，圖2（c））.

（2） 總體來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)荷載范圍內(nèi)地基沉降量不大.試驗(yàn)段A最大沉降量小于20 mm，平均約14.38 mm；試驗(yàn)段B最大沉降量小于30 mm，平均約20.42 mm；試驗(yàn)段C最大沉降量小于45 mm，平均約22.83 mm.

（3） 隨荷載增大，同一試驗(yàn)段不同試驗(yàn)點(diǎn)的沉降量差別增大；隨碎石含量增大及其分布不均性增強(qiáng)，在相同荷載作用下，同一試驗(yàn)段沉降量差別增大.

通過(guò)分析p-s曲線(xiàn)特征可以初步判定：碎石土強(qiáng)夯地基具有較高的承載力和較小的沉降變形；但當(dāng)碎石含量較高且分布不均勻時(shí)，特別是如果存在較多、較大粒徑的塊石時(shí)，地基將會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的差異沉降.

2.2承載力不均勻性

2.3差異沉降量

（1） 任一荷載作用下，平均沉降量、最大差異沉降量和沉降量標(biāo)準(zhǔn)差均隨碎石含量的增加而增大.

（2） 平均沉降量、最大差異沉降量和沉降量標(biāo)準(zhǔn)差均隨荷載的增大而增大，且平均沉降量的差值也略有增大.

（3） 最大差異沉降量和沉降量標(biāo)準(zhǔn)差隨荷載增大的變化規(guī)律相似，其中，試驗(yàn)段A和B的變化趨勢(shì)基本一致.但在碎石含量約73%的試驗(yàn)段C，當(dāng)荷載接近或達(dá)到地基承載力以后，最大差異沉降量和沉降量標(biāo)準(zhǔn)差均隨荷載的增大而明顯增大.

通過(guò)分析差異沉降表明：碎石含量及其分布對(duì)強(qiáng)夯地基差異沉降的影響較大.當(dāng)不均勻分布的碎石含量增大到一定程度后，地基的差異沉降將會(huì)較顯著，且作用荷載越大，差異沉降量越大.山區(qū)工程及城鎮(zhèn)建設(shè)中大量的回填材料普遍為就近挖方的土石方，很難進(jìn)行篩分級(jí)配，故去除回填土體中較大的塊石及盡可能減少碎石含量，這對(duì)減小地基差異沉降尤為重要.

2.4沉降參數(shù)比

加載過(guò)程中最大差異沉降量和沉降量標(biāo)準(zhǔn)差比值曲線(xiàn)見(jiàn)圖4.可見(jiàn)：

（1） 相對(duì)于試驗(yàn)段A，試驗(yàn)段B和C均在第1級(jí)荷載（50 kPa）作用時(shí)最大差異沉降量和沉降量標(biāo)準(zhǔn)差比值最大，至第2級(jí)荷載（100 kPa）后逐漸趨于基本穩(wěn)定.第3級(jí)荷載（150 kPa）后，試驗(yàn)段C沉降參數(shù)比值隨加載過(guò)程呈現(xiàn)波動(dòng)增大，而試驗(yàn)段B隨加載呈現(xiàn)略微減小的趨勢(shì).

（2） 在承載力150～400 kPa的范圍內(nèi)，相對(duì)于試驗(yàn)段A，試驗(yàn)段B和C的沉降參數(shù)比值為：最大差異沉降量比值，試驗(yàn)段B為1.65～3.10，試驗(yàn)段C 為2.85～3.68；沉降量標(biāo)準(zhǔn)差比值，試驗(yàn)段B 為1.84～2.66，試驗(yàn)段C 為3.08～3.79.

基于沉降參數(shù)比值的對(duì)比分析表明：隨碎石含量增加，差異沉降量及其離散程度（標(biāo)準(zhǔn)差）均明顯增大，碎石含量約73%的試驗(yàn)段C甚至比碎石含量40%的試驗(yàn)段A的差異沉降量約高3～4倍.

3結(jié)論

根據(jù)對(duì)碎石土強(qiáng)夯加固的平板荷載試驗(yàn)，可以得到以下結(jié)論：

（1） 碎石土強(qiáng)夯地基具有較好的承載力.但隨著碎石含量的增加及其分布不均勻性的增強(qiáng)，地基承載力和變形模量的不均性明顯增強(qiáng).

（2） 碎石含量越高，分布越不均勻，強(qiáng)夯地基的差異沉降量越大，且其分布的離散程度（標(biāo)準(zhǔn)差）也越大.

（3） 碎石土強(qiáng)夯地基的差異沉降量及沉降量標(biāo)準(zhǔn)差均隨荷載的增大而增大.且當(dāng)荷載接近或達(dá)到地基承載力以后，較高碎石含量的強(qiáng)夯地基將出現(xiàn)更大的差異沉降.

（4） 碎石土強(qiáng)夯地基施工時(shí)，應(yīng)盡量去除回填土中的較大塊石和盡可能減少碎石含量，以減小地基的不均勻沉降.

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