Application of Feeler Inspection of the Circular Cone Power in the Handling Detection of the Dynamic Compaction Foundation

張成功1,王予亮2,姜紅霞3,童鑫剛3ZHANG Chenggong, WANG Yuliang, JIANG Hongxia, TONG Xingang（1.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西西安710054；2.衢州市柯城區(qū)建筑工程質量監(jiān)督站，浙江衢州324000；3.衢州市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)雙港管委會，浙江衢州324000）

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圓錐動力觸探在強夯地基處理檢測中的應用

Application of Feeler Inspection of the Circular Cone Power in the Handling Detection of the Dynamic Compaction Foundation

張成功1,王予亮2,姜紅霞3,童鑫剛3
ZHANG Chenggong, WANG Yuliang, JIANG Hongxia, TONG Xingang
（1.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西西安710054；2.衢州市柯城區(qū)建筑工程質量監(jiān)督站，浙江衢州324000；3.衢州市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)雙港管委會，浙江衢州324000）

摘 要：浙西低丘緩坡地段高填方區(qū)建設用地一般采用強夯法地基處理，今通過對圓錐動力觸探檢驗強夯法處理地基的具體實例及其檢測結果的分析，得出結論是圓錐動力觸探在強夯地基處理檢測中具有無可替代的優(yōu)勢；并指出了強夯地基處理施工中的注意事項。

關鍵詞：強夯地基檢測；圓錐動力觸探；高填方路基

圓錐動力觸探試驗（DPT）是巖土工程中常規(guī)的原位測試之一，它是利用一定質量的落錘，以一定高度的自由落距將標準規(guī)格的圓錐形探頭打入地基土層中，根據(jù)探頭貫入的難易程度（可用貫入一定距離的錘擊數(shù)、貫入度或探頭單位面積動貫阻力來表示）判定地基土層的性質，估算地基土承載力及變形模量。

浙西丘陵地區(qū)城鎮(zhèn)建設和基礎設施開發(fā)一般采用挖高填低平整丘陵以獲取建設用地。平整后的土地相當一部分為填方區(qū)，在填方施工期間未能做到分層碾壓或及時夯實，利用該部分土地時，不得不進行地基處理或者采用深基礎。地基處理手段多采用強夯法，強夯處理后的地基檢測成為驗證地基處理效果的關鍵程序。通過在具有代表性填土的強夯地基處理采用重型動力觸探試驗檢測，查明分析地基處理效果的原因。

1 強夯地基處理檢測

丘陵地區(qū)土方回填一般為就近挖方一次性回填至低凹處，回填材料級配差、松散，回填厚度差異性較大。與平板載荷試驗相比，圓錐動力觸探試驗在檢測強夯處理地基土中有以下優(yōu)點：

1）費用低、測試簡易，可作為普測手段大面積測試，以全面檢驗處理效果。

2）檢測點位靈活，可根據(jù)檢測結果及時調(diào)整檢測部位。

3）檢測深度范圍大，可根據(jù)需要設計檢測深度。

4）將地基處理前后的動探試驗數(shù)據(jù)進行對比，可檢驗強夯處理的有效加固深度，作為設計及施工的相關參數(shù)。

強夯處理后的地基承載力檢驗，應在施工結束后間隔一定時間進行，對于碎石土和砂土地基，間隔時間宜為7～14 d；粉土和黏性土地基，間隔時間宜為14～28 d；強夯置換地基，間隔時間宜為28 d。

檢驗強夯地基均勻性時，檢測點的數(shù)量可根據(jù)場地復雜程度和建筑物的重要性確定，對于簡單場地上的一般建筑物，按每400 m2不少于1個檢測點，且不少于3點；對于復雜場地或重要建筑地基，每300 m2不少于1點，且不少于3點。強夯置換地基，可采用超重型或重型動力觸探試驗等方法，檢查置換墩著底情況及承載力與密度隨深度的變化，檢驗數(shù)量不應少于墩點數(shù)的3%，且不少于3點［1］。

2 工程實例

2.1 工程概況

衢州市某開發(fā)區(qū)擬建2條城市主干道，場址位于低丘緩坡地區(qū)，屬于丘陵地貌，原始地面高程在81.38 ～105.50 m（1985國家高程基準）之間，最大高差約24.12 m；巖土層以第四紀粉土、黏土和白堊紀泥質粉砂巖與泥質砂巖為主。道路沿線多段需跨越丘陵間溝壑，溝壑地段設計為高填方路基，路基填方土料就近場外取土，以全—中風化泥質砂巖、泥質粉砂巖為主。填方路基最深處達10.9～13.0 m，多為快速回填施工完成，且填方土料未經(jīng)分選、級配不良、均勻性差，造成填方路基承載力低、自重沉陷、濕陷明顯。

為滿足道路使用功能要求，設計采用強夯法對填方路基進行地基處理。強夯點梅花形布置，主、副進行全寬滿夯，其中道路A強夯機額定夯擊能5 000 kN·m，道路B強夯機額定夯擊能3 000 kN·m。強夯后達到的設計要求為：1）最后兩擊的平均夯沉量不大于50 mm；2）夯坑周圍地面不應發(fā)生過大的隆起；3）經(jīng)處理后的地基承載力特征值不小于160 kPa，變形模量不小于10 MPa。

2.2 動力觸探試驗設備及試驗方法

為檢驗強夯法地基處理效果和處理有效深度，驗證地基處理方法和參數(shù)的可行性，采用重型圓錐動力觸探分別在試夯區(qū)和未夯區(qū)進行比對試驗。試驗動力機械采用XY-1型鉆機，重型圓錐動力觸探器連續(xù)貫入觸探測試，錘重（質量）63.5 kg，自動落錘裝置；試驗時穿心錘自由下落，落距760 mm。穿心錘提升至規(guī)定高度，使錘自動脫勾，自由下落，反復擊打，錘擊速率不超過30擊/min。記錄每貫入100 mm的錘擊數(shù)（簡稱動探實測擊數(shù)）N63.5；當連續(xù)三次錘擊數(shù)達到50擊時，即終止試驗，記錄實際貫入深度和相應的錘擊數(shù)［2］。

2.3 試驗數(shù)據(jù)分析

試驗在地質情況比較典型且具有代表性的道路A和B，分別在試夯區(qū)和未夯區(qū)進行，試夯區(qū)和未夯區(qū)臨近，各區(qū)尺寸30 m×50 m，測點對角均勻布置，各區(qū)均分別測試5點，共測試20個點位，累計試驗20段次187.90 m。根據(jù)修正后的N′63.5擊數(shù)將各測試點測試深度范圍內(nèi)的土層按密實度劃分層位，文獻［3］中收錄的全國各地有關部門根據(jù)重型動力觸探擊數(shù)對應的地基土承載力特征值和變形模量并結合本地區(qū)工程經(jīng)驗，確定各點各層位承載力特征值和變形模量。繪制同一條道路上的試夯區(qū)與未夯區(qū)N′63.5與深度的關系曲線，剔除因塊石、碎石等粗顆粒造成動探擊數(shù)異常偏高數(shù)據(jù)，整理出試夯區(qū)和未夯區(qū)N′63.5均值曲線。對比分析測試數(shù)據(jù)，對比圖見圖1、圖2。

圖1 道路A試夯區(qū)和未夯區(qū)動探對比曲線

圖2 道路B試夯區(qū)和未夯區(qū)動探對比曲線

2.3.1 道路A試驗成果分析評價

1）未夯區(qū)N′63.5數(shù)據(jù)離散型、重復一致性均優(yōu)于試夯區(qū)。未夯區(qū)1.5～2.5 m和4.0～5.4 m異常偏大且較為集中，推斷為填土層中碎石等粗顆粒密集分布區(qū)域。

2）分析對比N′63.5均值曲線可知試夯區(qū)0.6 m以上土層密實度均明顯低于下部，且均明顯比未夯區(qū)差，說明未夯區(qū)表層土密實度優(yōu)于試夯區(qū)，分析原因為：強夯產(chǎn)生的強大振動及沖擊力破壞了原有的“硬殼層”，還會振松已夯實填土，如不能妥善處理表層土，則會產(chǎn)生表層土密實度夯后不如夯前。

3）0.6～7.8 m段N′63.5均值曲線明顯分離且差值相對較大：試夯區(qū)N′63.5普遍大于10擊，以中密狀為主，而未夯區(qū)對應深度范圍內(nèi)N′63.5普遍小于10擊，以稍密狀為主。該段夯后密實度提高約一個等級，處理效果明顯。其中1.6～2.3 m試夯區(qū)均值曲線平緩于未夯區(qū)，證明強夯對主要受力部位的風化巖塊等粗顆粒具有一定的振動破碎作用，從而減少了動探擊數(shù)異常偏高現(xiàn)象。

4）自7.8 m以下N′63.5均值曲線迅速趨于重合，說明強夯加固效用快速降低，由此可判斷7.8 m為該試夯區(qū)的有效加固深度，該數(shù)值與《建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ 79—2012）》中提供的不同夯擊能對應有效加固深度較為吻合。但由于回填土整體施工質量差，取規(guī)范提供的不同夯擊能對應有效加固深度的低值較為安全。

5）由于表層土是基礎的持力層，如處理不好將會降低地基承載力，增加道路的整體沉降量和不均勻沉降，因此應重視表層土的夯實。

2.3.2 道路B試驗成果分析評價

1）道路B填土層密實度均較差，未夯區(qū)1.0 m以上N′63.5數(shù)據(jù)離散型較大，1.0 m以下重復一致性較好。未夯區(qū)N′63.5異常偏大數(shù)據(jù)較少，說明未夯區(qū)碎石、塊石等粗顆粒對數(shù)據(jù)異常值影響小，分析原因：①粗顆粒含量少；②土層密實度低則土顆粒間尤其是粗顆粒的粒間應力必然低；③土層顆粒的粒間應力低則能夠提供給測試探頭的反作用力亦低，直觀表現(xiàn)為錘擊貫入度大。

2）分析N′63.5均值曲線可知，試夯區(qū)1.5 m以上加固效果不明顯，甚至夯后密實度差于未夯，原因分析同3.3.1第2條，更說明強夯對“硬殼層”的破壞現(xiàn)象在松散土層中表現(xiàn)更為明顯。

3）1.8～5.8 m段N′63.5均值曲線明顯分離且差值相對較大，N′63.5數(shù)據(jù)提高近1倍，證明強夯加固效果在1.8～5.8 m較為明顯，但整體提高等級尚有欠缺。而5.8 m以下N′63.5均值曲線趨于重合，差值相對不大，說明5.8 m以下加固效果已不大明顯。

4）在動探測試時動探孔內(nèi)地下水水位較高，地下水和填土土質應是造成加固效果不明顯的主要原因。

3 開挖驗證

道路A后期開挖溝槽見圖3，從照片中可見，道路A土質干燥，槽壁自立性和土層密實度良好，強夯處理效果明顯。而道路B（圖4）經(jīng)開挖查看土質，發(fā)現(xiàn)土質松散，地下水水位高，自立性差。兩條道路加固處理后的結果迥異，道路B雖相對于夯前地基土在夯后仍有明顯提高，但未達到預期目的，分析其未能如道路A般良好的處理效果的主要原因是：道路B未有效降低地下水位，孔隙水壓力消散不足。

圖3 道路A夯后開挖溝槽

圖4 道路B夯后開挖溝槽

4 結 語

1）由于試夯區(qū)和未夯區(qū)不是同一區(qū)域，如能同一區(qū)域同一測點，分別在夯前和夯后進行圓錐動力觸探，則強夯加固成效對比將更為科學合理、真實有效。此次對比分析僅用以說明圓錐動力觸探在強夯地基檢測中的優(yōu)勢，并對現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)加以深化挖掘。

2）通過本次動探試驗檢測及全程跟蹤，不僅為設計單位提供了較為真實的試驗數(shù)據(jù)，驗證了有關標準規(guī)范中相關經(jīng)驗數(shù)據(jù)的適用性，為該方法在浙西地區(qū)的設計和施工提供了有益的嘗試；而且進一步印證了地下水是強夯法地基處理成敗的關鍵，在地下水位高的地段必須加強排水，將土層瀝干；對于排水困難的地段，可采用強夯置換法處理或采取降水手段。

3）強夯法地基處理必須加強表層土的夯實，可在進行低能量滿夯時，采用質量較小的夯錘，多次夯擊，錘印搭接；表層土夯實后宜分層碾壓至設計標高，如此不僅便于找平，亦可加強表層土的密實度。

4）對滿足強夯適用條件的工程場地，回填土方厚度一次不宜過大，不應超過強夯法地基處理的有效深度，否則有效處理深度以下部位的填土層力學性質難以保證工程質量。該部分土層的加固處理將大幅增加工程造價，且易造成工程質量隱患。

5）浙西地區(qū)挖方后的泥質砂巖、泥質粉砂巖易風化為以粉黏粒、粉細砂、礫砂及碎石等組成的混合土，透水性強，在排水條件好的地段適合強夯法地基處理，經(jīng)處理后適宜作為一般建筑的地基持力層，且該填方土料不僅來源豐富，還解決了土方堆積的問題，用途十分廣泛。

6）圓錐動力觸探試驗在檢驗砂土、碎石土等粗顆粒土的密實度上應用廣泛，具有測試靈活、費用低等優(yōu)點；但其缺點是：人為讀數(shù)誤差大，試驗數(shù)據(jù)量大，試驗數(shù)據(jù)的采集未標準化電子化。因此，根據(jù)動探試驗數(shù)據(jù)提供的承載力和變形參數(shù)等仍為查表值，所提供的參數(shù)與實際數(shù)值有比較大的誤差等缺點。

7）針對地區(qū)典型土質，浙西地區(qū)缺少動探試驗數(shù)據(jù)和靜載荷試驗的統(tǒng)計和研究，如能建立起典型土質的地方經(jīng)驗關系，則動探測試在浙西砂卵石地層，風化泥質砂巖、泥質粉砂巖等填土層等典型土質中的應用將更為廣泛，可為建筑工程基礎安全和造價發(fā)揮更大作用。

參考文獻

［1］中國建筑科學研究院.JGJ 79—2012建筑地基處理技術規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設計研究院.YS 5219—2000圓錐動力觸探試驗規(guī)程［S］.北京：中國計劃出版社，2001.

［3］《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊［M］.4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

中圖分類號：TU413

文獻標志碼：A

文章編號：1008-3707（2016）02-0026-04

收稿日期：2015-03-05；修回日期：2015-11-19

作者簡介：張成功（1982—），男，浙江衢州人，工程師，從事巖土工程研究工作。