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(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

近年來隨著我國城市人口的不斷增加，一些影響城市環(huán)境的大型工業(yè)企業(yè)陸續(xù)移址到市郊，其廠房、大型設(shè)備等對(duì)地基的承載能力和限制沉降量也更加嚴(yán)格，單獨(dú)采用強(qiáng)夯法對(duì)地基加固往往很難達(dá)到預(yù)期的效果，因此多采用強(qiáng)夯法和其他地基加固方法結(jié)合。

對(duì)于上覆厚度不大的軟弱土層，可以采用換填法將處理范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，換填強(qiáng)度高、壓縮性小的材料，然后對(duì)換填后的地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理，能夠保證地基加固效果。本文對(duì)某地區(qū)的換填法與強(qiáng)夯法聯(lián)合地基加固進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以期研究換填土的種類、厚度和強(qiáng)夯能級(jí)對(duì)地基有效加固深度和強(qiáng)夯后地基土強(qiáng)度的影響規(guī)律，供參考。

1 試驗(yàn)場地地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探，場地勘察深度范圍內(nèi)無不良地質(zhì)作用，場地地基土在鉆探深度內(nèi)自上而下依次為：耕土0.2～0.7 m，雜填土0.4～2.2 m，粉質(zhì)黏土0.6～5.7 m，粉土0.4～2.9 m，細(xì)砂0.7～3.8 m，中砂0.3～8.4 m，粉質(zhì)黏土0.1～0.5 m，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土0.6～1.2 m，粗砂0.8～5.5 m，礫砂0.3～5.7 m，中砂1.1～6.1 m，粗砂0.4～1.4 m，粉質(zhì)黏土0.1～1.9 m，粗砂1.9 m，中砂1.3～2.3 m，粉質(zhì)黏土0.2 m，細(xì)砂2.6～3.8 m。場區(qū)地表以黏性土為主，工程地質(zhì)較差，要求處理后的地基土在8 m深度范圍內(nèi)承載力>300 kPa，變形模量E0>15 MPa。若單獨(dú)采用強(qiáng)夯法處理上覆軟弱黏性土層，經(jīng)現(xiàn)場試夯，地基承載力及變形模量均無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在有效加固深度上也很難達(dá)到預(yù)期效果，所以試驗(yàn)采用換填與強(qiáng)夯結(jié)合的方法加固地基土。

2 換填土力學(xué)性質(zhì)

填料選用級(jí)配良好的礫砂和中粗砂，對(duì)選中的填料取樣做顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)，不均勻系數(shù)Cv>5，曲率系數(shù)Cc范圍在1～3，最大粒徑≯200 mm，含泥量≯5%。礫砂和中粗砂的粒徑累計(jì)曲線如圖1和圖2所示。

圖1 礫砂粒徑累計(jì)曲線示意圖

圖2 中粗砂粒徑累計(jì)曲線示意圖

由粒徑累計(jì)曲線可以看出，礫砂的顆粒大小較為分散，而中粗砂的顆粒大小較為均勻，但級(jí)配均>5，為級(jí)配良好的換填土。

3 試驗(yàn)方案

挖除上覆軟弱土層，分別回填力學(xué)性質(zhì)良好的礫砂和中粗砂，然后進(jìn)行強(qiáng)夯。試驗(yàn)采用3種能級(jí)強(qiáng)夯，分別為1 000 kN·m、2 000 kN·m、3 000 kN·m。強(qiáng)夯點(diǎn)采用正方形布置，夯點(diǎn)間距的選擇以強(qiáng)夯影響的擴(kuò)散進(jìn)行計(jì)算。由于換填土為相對(duì)較松散的砂類土，開始時(shí)每次夯擊的沉降量較大，所以采用邊夯邊填的方法，控制每個(gè)夯點(diǎn)最后兩擊的平均夯沉量<50 mm，并保證夯坑周圍地面不發(fā)生過大的隆起。

試驗(yàn)區(qū)采用6個(gè)換填區(qū)，1號(hào)區(qū)為換填深度6 m的礫砂，2號(hào)區(qū)為換填深度4 m的礫砂，3號(hào)區(qū)為換填深度2 m的礫砂；4號(hào)區(qū)為換填6 m的中粗砂，5號(hào)區(qū)為換填4 m的中粗砂，6號(hào)區(qū)為換填2 m的中粗砂。

強(qiáng)夯機(jī)選擇30 t履帶吊車，夯錘選擇15 t和10 t兩種類型，夯錘直徑2.52 m。先進(jìn)行第1遍點(diǎn)夯施工，連續(xù)夯擊，夯擊次數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)錘擊數(shù)后進(jìn)行下一點(diǎn)的夯擊。第1遍點(diǎn)夯完成后，用鏟車將夯坑填平，進(jìn)行第2遍點(diǎn)夯施工。

4 試驗(yàn)結(jié)果和分析

1號(hào)區(qū)和4號(hào)區(qū)在3個(gè)能級(jí)的強(qiáng)夯下得到的夯擊次數(shù)與夯擊沉降量的關(guān)系曲線見圖3和圖4。

圖3 1號(hào)區(qū)夯擊次數(shù)與夯擊沉降量的關(guān)系曲線

圖4 4號(hào)區(qū)夯擊次數(shù)與夯擊沉降量的關(guān)系曲線

由圖3和圖4可以看出，換填土的種類對(duì)夯擊沉降量和夯擊能的影響不大。在1 000 kN·m能級(jí)夯擊下，礫砂與中粗砂均開始沉降量較大，然后趨于穩(wěn)定，說明后期的夯擊對(duì)土的壓實(shí)和固結(jié)效果不明顯；在3 000 kN·m能級(jí)夯擊下，在多次夯擊下仍有較大的沉降量，說明較大的能級(jí)對(duì)土的擾動(dòng)較大，土體結(jié)構(gòu)尚未達(dá)到穩(wěn)定，夯擊對(duì)土重新產(chǎn)生了破壞作用，很難達(dá)到穩(wěn)定固結(jié)的作用；在2 000 kN·m能級(jí)夯擊下，夯擊沉降量隨著夯擊次數(shù)的增加呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，最后趨于零，說明夯實(shí)效果很好。這表明夯擊能并非越大越好，若夯擊能小，不能達(dá)到夯擊密實(shí)的效果；若夯擊能過大，反而會(huì)對(duì)土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生二次破壞。該地區(qū)的地基處理宜采用2 000 kN·m能級(jí)夯擊。

1號(hào)區(qū)至6號(hào)區(qū)夯實(shí)后，分別對(duì)夯實(shí)后的地基土進(jìn)行了載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 夯實(shí)后的地基土載荷試驗(yàn)曲線

利用沉降量與承壓板直徑之比等于0.01對(duì)應(yīng)的荷載為地基土承載能力特征值，取沉降量為8 mm對(duì)應(yīng)的荷載值為承載能力特征值。由礫砂夯實(shí)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)區(qū)載荷與沉降p-s曲線對(duì)比可以看出，換填深度越大，夯實(shí)后的地基土承載能力越強(qiáng)；由2號(hào)、3號(hào)區(qū)載荷與沉降p-s曲線對(duì)比，換填深度在4 m和2 m情況下，地基土的承載能力趨于一致，說明淺層土換填時(shí)，換填深度對(duì)夯實(shí)后的地基土承載力影響不大；礫砂夯實(shí)1號(hào)區(qū)與中粗砂4號(hào)區(qū)的載荷與沉降p-s曲線對(duì)比，可明顯看出礫砂夯實(shí)后的承載能力強(qiáng)于中粗砂，說明換填土的力學(xué)性質(zhì)對(duì)夯實(shí)后地基土承載力的影響極大。

2號(hào)區(qū)和5號(hào)區(qū)強(qiáng)夯后的重型動(dòng)力觸探擊數(shù)與鉆探深度的關(guān)系如圖6和圖7所示。

圖6 礫砂夯擊有效加固深度曲線

圖7 中粗砂夯擊有效加固深度曲線

由圖6和圖7可以看出，換填深度均為4 m，均采用2 000 kN·m能級(jí)夯擊，夯實(shí)前礫砂與中粗砂的動(dòng)力觸探擊數(shù)與鉆探深度關(guān)系曲線明顯不同，原因在于礫砂顆粒大小不均勻，而中粗砂顆粒較均勻，在夯實(shí)前換填土較為松散，所以在4 m深度換填土與原狀土的接觸處發(fā)生觸探擊數(shù)陡變現(xiàn)象。由夯實(shí)后礫砂與中粗砂的動(dòng)力觸探擊數(shù)與鉆探深度關(guān)系曲線可以看出，礫砂與中粗砂在夯實(shí)后的加固效果和有效深度上有很大不同，在鉆探相同深度范圍內(nèi)，礫砂動(dòng)力觸探擊數(shù)在15～25擊之間，中粗砂在10～15擊之間，說明礫砂的加固效果明顯好于中粗砂；礫砂換填深度在10 m左右時(shí)，夯實(shí)后與夯前觸探擊數(shù)接近，說明在10 m以下土層夯擊對(duì)其沒有加固影響，即礫砂的有效加固深度在10 m左右，同理中粗砂有效加固深度在5 m左右，礫砂的加固深度明顯大于中粗砂。

5 結(jié)論

采用換填法與強(qiáng)夯法聯(lián)合對(duì)地基土進(jìn)行加固處理，在現(xiàn)場選取6個(gè)區(qū)試驗(yàn)對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析得到了如下結(jié)論：

5.1 強(qiáng)夯并非能級(jí)越大越好。若強(qiáng)夯能級(jí)過大，有可能對(duì)換填土體產(chǎn)生二次破壞。對(duì)于礫砂和中粗砂，宜采用2 000 kN·m能級(jí)。

5.2 礫砂與中粗砂對(duì)比，夯實(shí)后礫砂的承載力明顯大于中粗砂夯實(shí)后的承載力。

5.3 對(duì)于同類換填土，換填深度越大，強(qiáng)夯后的承載力越大。在淺層土層采用換填，其換填深度對(duì)夯實(shí)后的地基土承載力幾乎沒有影響。

5.4 在相同換填深度和相同的夯擊能下，礫砂較中粗砂夯實(shí)的有效加固深度更大，加固效果更好。

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