黃 赫，李鳳嶺，馬永峰，房師濤

1.北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京100037

2.中國石油工程建設公司華東環(huán)境巖土工程分公司，山東青島266071

3.中電建成都建設投資有限公司，四川成都610212

巖溶地質(zhì)條件下雙層強夯地基處理效果分析

黃 赫1，李鳳嶺1，馬永峰2，房師濤3

1.北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京100037

2.中國石油工程建設公司華東環(huán)境巖土工程分公司，山東青島266071

3.中電建成都建設投資有限公司，四川成都610212

目前強夯地基處理中多采用單層強夯法，少有涉及雙層強夯法。巖溶地質(zhì)條件下地基存在溶洞時，單層強夯加固處理后地基承載能力和變形特性可能無法達到設計要求，在這種情況下，可考慮采用雙層強夯加固處理地基。以中國石油云南1 000萬t/a煉油工程地基處理實踐為背景，采用標準貫入試驗和重型動力觸探方法，分析了底層強夯加固效果；采用多道瞬態(tài)面波、標準貫入試驗、重型動力觸探及靜載試驗方法，對頂層強夯加固處理效果進行了詳細分析。結論如下：場地底層強夯后，除少數(shù)測點和部分深度外，有效加固深度、地基承載力和壓縮模量滿足設計要求；頂層強夯后，有效加固深度、地基承載力和壓縮模量滿足設計要求；依托工程地質(zhì)條件下底層和頂層3 000、4 000、5 000、6 000、8 000、10 000、12 000和15 000 kN·m強夯能級有效加固深度分別不小于3.5、6、6、7、8、10、12和14 m。期望上述結論可為類似地質(zhì)條件下工程設計與施工提供借鑒。

巖溶地基處理；雙層強夯；能級匹配；加固深度；地基承載力特征值；壓縮模量

強夯法處理是一種十分經(jīng)濟有效的地基處理方法，在地基處理中得到了廣泛應用[1-8]，在石化工程地基處理中也不例外[9-11]。目前強夯地基處理多采用單層法，對于雙層強夯很少有涉及。對于巖溶這種特殊地質(zhì)條件來說，當?shù)鼗腥芏创嬖跁r，單層強夯處理后地基承載力和壓縮模量可能無法滿足要求，則需要考慮其他方法的可行性，雙層強夯法可先開挖至軟弱層面，以較高能級進行強夯處理后回填，再以較低能級進行強夯處理。這種不同能級相互搭配的方式具有較強的靈活性，同時可優(yōu)化施工成本及滿足加固要求，解決了單一高能強夯成本高和單一低能級強夯效果差的問題。

本文依托處于巖溶地質(zhì)條件的中國石油云南1 000萬t/a煉油項目的地基處理實踐，詳細闡述了場地雙層強夯方案及施工參數(shù)；基于底層和頂層檢測結果，詳細分析了雙層強夯效果，并對不同建筑區(qū)域雙層強夯地基處理效果進行了統(tǒng)計分析。

1 場地工程地質(zhì)條件

該項目場區(qū)地層分布自上而下依次為：素填土、耕土、粉質(zhì)黏土、角礫、含礫黏性土、含黏土粗礫砂、含角礫粉質(zhì)黏土、含有機質(zhì)粉質(zhì)黏土、殘積土、黏性土夾砂（磷礦）、全風化泥巖及砂巖、強風化泥巖及砂巖、強風化白云巖及灰?guī)r、強風化炭質(zhì)砂巖、強風化石英砂巖、中風化泥巖、砂巖、中風化白云巖及灰?guī)r、中風化炭質(zhì)砂巖及中風化石英砂巖。根據(jù)《中國石油云南1 000萬t/a煉油項目巖溶詳細勘察報告》，該場地巖溶區(qū)的巖溶發(fā)育等級為強，有大規(guī)模隱伏溶洞群，不同形態(tài)、規(guī)模的溶洞在巖溶作用下形成大規(guī)模地下架空結構，破壞巖體完整性，降低巖體強度，增加巖石滲透性，致使下伏溶洞頂板坍塌、巖溶地下水突水、突泥和涌砂，不均勻地基沉降等不良地質(zhì)作用，對工程建設產(chǎn)生嚴重危害，因此地基處理是工程建設成功與否的關鍵。

2 雙層強夯方案及數(shù)據(jù)分析方法

2.1 場地雙層強夯方案

地基處理過程中，先對不同建筑區(qū)域采用單層強夯、雙層強夯和雙層強夯置換（半置換）三種方法中的一種對地基進行加固處理，再針對分項工程地基承載力和壓縮模量要求進行樁基處理，本文只討論雙層強夯處理方法和效果。雙層強夯底層和頂層間的界限一般按照較深的軟弱土層的分布深度來確定，一般要稍高于軟弱土層出現(xiàn)深度，需根據(jù)實際地層分布情況來設計。

采用雙層強夯處理的建筑區(qū)域有12個（見表1），其中4個區(qū)域（代號分別為004、022、023、032）的底層和頂層均采用了多個強夯能級，因能級匹配情況復雜，文中不做分析。

2.2 典型場地雙層強夯施工參數(shù)

強夯參數(shù)主要取決于能級，不同能級強夯之間參數(shù)差異主要在于強夯遍數(shù)和每遍的夯能，此外還包括布置形式及最后2擊夯沉量限制等因素。本文主要闡述建筑區(qū)域代號009（底層5 000 kN·m+頂層3 000 kN·m）和021（底層15 000 kN·m+頂層4 000 kN·m）的2個典型場地強夯參數(shù)形式。

2.2.1 底層5 000 kN·m+頂層3 000 kN·m參數(shù)

（1）底層5 000 kN·m能級強夯參數(shù)：第1遍、第2遍點夯單擊夯擊能采用5 000 kN·m，第1遍夯點呈5.0 m×5.0 m正方形布置，第2遍夯點布置在第一遍夯點相鄰四個點的中心處，第1遍夯點和第2遍夯點整體呈梅花形布置，每點夯擊次數(shù)以最后2擊平均夯沉量不大于5 cm同時累計夯擊數(shù)不少于15擊控制。當夯坑深度超過1.8 m起錘困難時停止夯擊，回填石料后再次夯擊。夯坑回填用料應選用含泥量小于10%的未風化碎塊石料，填料級配良好，最大粒徑應不宜大于30 cm。第3遍為滿夯施工，其中第3遍滿夯單擊夯擊能采用2 000 kN·m。

（2）頂層3 000 kN·m能級強夯參數(shù)：第1遍、第2遍點夯單擊夯擊能采用3 000 kN·m，第1遍夯點呈4.0 m×4.0 m正方形布置，第2遍夯點布置在第一遍夯點相鄰四個點的中心處，第1遍夯點和第2遍夯點整體呈梅花形布置，每點夯擊次數(shù)以最后2擊平均夯沉量不大于5 cm同時累計夯擊數(shù)不少于12擊控制。當夯坑深度超過1.5 m且起錘困難時停止夯擊，回填石料后再次夯擊。夯坑回填用料應選用含泥量小于10%的未風化碎塊石料，填料級配良好，最大粒徑應不宜大于30 cm。第3遍、4遍為滿夯施工，其中第3遍滿夯單擊夯擊能采用1 500 kN·m，第4遍滿夯單擊夯擊能采用1 000 kN·m。滿夯采用夯印搭接1/3布點，夯點擊數(shù)3擊。

2.2.2 底層15 000 kN·m+頂層4 000 kN·m參數(shù)

（1）底層15 000 kN·m能級強夯參數(shù)：第1、2遍采用15 000 kN·m能級，夯點間距為10.0 m，最后2擊平均夯沉量不大于350 mm且擊數(shù)不少于15擊和13擊；第3遍為1、2遍主夯點的原點加固夯，夯擊能采用3 000 kN·m，夯測點置與1、2遍夯點重合，最后2擊平均夯沉量不大于100 mm且擊數(shù)不少于9擊；第4遍采用8 000 kN·m能級，夯測點于第1遍或2遍相鄰兩個夯點中間，最后2擊平均夯沉量不大于200 mm且擊數(shù)不少于12擊；第5遍為2 000 kN·m能級滿夯，每點夯2擊，要求夯印1/3搭接。

表1 不同建筑區(qū)域地基處理方案及加固設計要求

（2）頂層4 000 kN·m能級強夯參數(shù)：第1、2遍采用4 000 kN·m能級，夯點呈6.0 m×6.0 m正方形布置，每點不小于13和12擊，最后2擊平均夯沉量不大于100 mm，間隔時間應根據(jù)孔隙水壓力消散時間確定；第3遍采用1 500 kN·m能級滿夯，夯印搭接1/3，每點不小于3擊。

2.3 數(shù)據(jù)測試與分析方法

底層夯后進行標準貫入試驗和重型動力觸探試驗，頂層夯后進行多道瞬態(tài)面波測試、標準貫入試驗、重型動力觸探試驗和靜載試驗。由于測試數(shù)據(jù)較多，本文采用典型測試結果分析（建筑區(qū)域代號為009和021）+所有測試結果統(tǒng)計分析的方法，對巖溶地基條件下不同能級強夯加固處理效果進行詳細的分析。

3 典型區(qū)域強夯加固效果分析

3.1 底層5 000 kN·m+頂層3 000 kN·m分析

3.1.1 底層5 000 kN·m強夯效果

底層強夯后，進行1個點的標準貫入試驗，結果顯示0～5 m范圍內(nèi)均為碎石，無法進行標準貫入試驗。另外進行了1個點的重型動力觸探試驗（夯間土位置），該測點修正后的重型動力觸探擊數(shù)N隨深度分布曲線如圖1所示。從圖1可看出，重型動力觸探擊數(shù)最大值為10～12，標準值及最小值為6～10，擊數(shù)結果顯示夯后地基土巖土工程特性較好。根據(jù)相關規(guī)范及手冊經(jīng)驗，由重型動力觸探試驗結果可計算出地基承載力特征值，即0～5 m范圍內(nèi)地基承載特征值均為260 kPa。

3.1.2 頂層3 000 kN·m強夯效果

圖1 底層5 000 kN·m修正后的重型動力觸探擊數(shù)N分布曲線

（1）多道瞬態(tài)面波測試。頂層夯后進行2個點的多道瞬態(tài)面波（瑞雷波）測試，剪切波速沿深度分布曲線如圖2所示。從圖2可以看出，頂層夯后地基土均勻性較好。根據(jù)規(guī)范及相關經(jīng)驗可知，該區(qū)域夯后地基達到承載力特征值260 kPa、壓縮模量為18 MPa的設計要求。

圖2 剪切波速深度分布曲線

（2）標準貫入試驗。進行3個點的標準貫入試驗，結果顯示0～3 m范圍內(nèi)大部分深度為碎石。根據(jù)相關規(guī)范及手冊經(jīng)驗，地基承載力特征值和壓縮模量分別達到260 kPa和18 MPa。

（3）重型動力觸探試驗。進行3個點的重型動力觸探試驗（夯間土位置），夯后修正后的重型動力觸探擊數(shù)N隨深度分布曲線如圖3所示，從圖3可以看出，3個測點的重型動力觸探擊數(shù)標準值差異不大，強夯后土體橫向均勻性較好。由重型動力觸探試驗結果可計算出地基承載力特征值，即0～3 m范圍內(nèi)地基承載特征值均達到260 kPa。

圖3 頂層3 000 kN·m修正后重型動力觸探擊數(shù)N標準值分布曲線

（4）靜載試驗。2個點的靜載荷試驗試驗曲線如圖4所示。承載力特征值判定標準：其一，根據(jù)沉降量s達到載荷板邊長b的0.01倍（s/b=0.01），即10 mm所對應的加載量為承載力特征值；其二，取最大加載量的一半為承載力特征值，但不超過標準一判定的承載力特征值。根據(jù)圖4可以看出，靜載試驗沉降量較小，表明土體壓縮模量較大。由靜載試驗結果可計算出地基承載力特征值達到260 kPa，壓縮模量分別為47、73 MPa。

圖4 靜載試驗曲線

3.1.3 綜合分析結果

底層5 000 kN·m能級強夯有效加固深度不小于5 m，且不小于①層耕植土及其以上的回填土層合計深度，滿足設計要求；頂層3 000 kN·m能級強夯有效加固深度不小于3 m，滿足設計要求。底層和頂層強夯有效加固深度范圍內(nèi)承載力特征值及壓縮模量也滿足設計要求。

3.2 底層15 000 kN·m+頂層4 000 kN·m分析

3.2.1 底層15 000 kN·m強夯效果

（1）標準貫入試驗。底層強夯后完成標準貫入試驗點8個點，均位于強夯夯間土位置。典型修正后的標準貫入試驗曲線如圖5所示，不過只顯示了2個測點的標準貫入試驗結果。結合其他6個測點標準貫入試驗結果可知，大部分測點標準貫入試驗結果差異較小，這表明夯后土體均勻性較好。計算出的地基承載力特征值及壓縮模量見圖6，從圖6可以看出，夯后不同深度的地基承載力特征值均大于160 kPa，土體壓縮模量均大于10 MPa。

圖5 底層15 000 kN·m典型標準貫入試驗曲線

圖6 底層15 000 kN·m后承載力特征值和壓縮模量

（2）重型動力觸探試驗。除標準貫入試驗外，進行了9個點的重型動力觸探試驗（夯間土位置），修正后的重型動力觸探擊數(shù)N隨深度分布曲線如圖7所示，結合其他7個未被圖7標識的測點的重型動力觸探試驗結果，可知不同測點之間試驗結果有一定的差異，表明夯后土體橫向上均勻性較差。由重型動力觸探試驗結果可計算出地基承載力特征值，即0～5 m范圍，其承載特征值均不小于260 kPa。

圖7 底層15 000 kN·m修正后的重型動力觸探擊數(shù)N分布曲線

3.2.2 頂層4 000 kN·m強夯效果

（1）多道瞬態(tài)面波測試。頂層夯后進行了10個點的多道瞬態(tài)面波測試，典型剪切波速深度分布曲線見圖8。由圖8并結合其他7個測點結果可以看出，頂層夯后地基均勻性較好?；诙嗟浪矐B(tài)面波測試結果，該區(qū)域夯后地基達到承載力特征值160 kPa、壓縮模量10 MPa的設計要求。

圖8 剪切波速深度分布曲線

（2）標準貫入試驗。頂層夯后進行了8個點的標準貫入試驗，均為夯間土位置，典型標準貫入試驗曲線如圖9所示。地基承載力特征值和壓縮模量的深度分布情況如圖10所示。從圖9并結合其他6個測點結果可以看出，不同測點夯后標準貫入試驗結果差異不大，且夯后地基承載力特征值大于160 kPa、壓縮模量大于10 MPa。

圖9 頂層4 000 kN·m典型標準貫入試驗曲線

（3）重型動力觸探試驗。頂層夯后進行了10個點的重型動力觸探試驗（夯間土位置），夯后修正后的重型動力觸探擊數(shù)N隨深度分布曲線如圖11所示，從圖11并結合其他8個測點的結果，可以看出頂層夯后各測點重型動力觸探試驗結果差異不大，表明土體橫向均勻性較好，由重型動力觸探試驗結果可計算出地基承載力特征值，即0～6 m范圍內(nèi)地基承載特征值范圍為210～230 kPa。

（4）靜載試驗。5個點的靜載荷試驗試驗曲線如圖12所示。根據(jù)承載力特征值判定標準可以得出，地基承載力特征值為160 kPa，變形模量分別為21、19、21、23、41 MPa。

圖10 頂層4 000 kN·m夯后承載力特征值和壓縮模量

圖11 頂層4 000 kN·m修正后重型動力觸探數(shù)N標準值分布曲線

圖12 靜載試驗曲線

3.2.3 綜合分析結果

底層15 000 kN·m能級強夯有效加固深度不小于14 m，且不小于①層耕植土及其以上的回填土層合計深度，滿足設計要求；頂層3 000 kN·m能級強夯有效加固深度不小于6 m，滿足設計要求。底層和頂層強夯有效加固深度范圍內(nèi)承載力特征值及壓縮模量也滿足設計要求。

4 雙層強夯統(tǒng)計分析

如表1中所示，采用雙層強夯法進行地基處理的建筑區(qū)域有8個，對夯后檢測結果進行了綜合與統(tǒng)計分析，得出以下結果：

（1）除少數(shù)測點和部分深度地基承載力和壓縮模量達不到設計要求外，底層強夯后有效加固深度、地基承載力及壓縮模量滿足設計要求。

（2）頂層強夯后有效加固深度、地基承載力及壓縮模量均能滿足設計要求。

（3）不同的建筑區(qū)域地層分布情況有差異，部分建筑區(qū)域夯前土體工程特性較差，雖然以較高能級處理，改善后的承載性和壓縮模量卻可能不如以較低能級處理的建筑區(qū)域。

（4）不同的建筑區(qū)域地層分布情況差異性導致無法準確地比較與判斷出底層和頂層不同強夯能級有效加固深度，但可初步推斷3 000、4 000、5 000、6 000、8 000、10 000、12 000和15 000 kN·m強夯能級有效加固深度分別不小于3.5、6、6、7、8、10、12和14 m。

5 結論

本文以巖溶地質(zhì)條件下中國石油1 000萬t/a煉油工程為背景，對雙層強夯加固處理巖溶地基的可行性與效果進行了詳細分析與研究，初步結論與建議如下：

（1）由于該大型石化工程項目的特點和場地建筑的多樣性，加上復雜的巖溶地基條件，靠傳統(tǒng)的單層強夯法無法滿足工程建設要求，需綜合采用少有涉及的雙層強夯法或雙層強夯置換等新方法。

（2）場地經(jīng)過雙層強夯處理后，底層除少數(shù)測點和部分深度外，土體工程特性都得到了改善，有效加固深度范圍內(nèi)的地基承載力和壓縮模量達到設計要求；而相對于底層強夯，頂層強夯后加固深度范圍內(nèi)地基承載力和壓縮模量達到設計要求。因此，雙層強夯對巖溶條件下地基處理是可行有效的。

（3）基于強夯加固處理后大量實測數(shù)據(jù)，提出依托工程地質(zhì)條件下底層和頂層 3 000、4 000、5 000、6 000、8 000、10 000、12 000和15 000 kN·m強夯能級有效加固深度分別不小于3.5、6、6、7、8、10、12和14 m。

（4）實際上要精確地判定強夯加固效果，需要進行強夯前后的地基土承載力和土體特性的對比檢測與分析。針對此欠缺，希望在將來的工作中能夠開展更深入的研究。

[1]賈睿.鐵路站場大面積填海地基分區(qū)域強夯處理與檢測[J].鐵道建筑，2014（11）：126-128.

[2]倪宏革，李璞晟，李桂花.強夯法加固風化花崗巖高路堤現(xiàn)場試驗檢測[J].應用基礎與工程科學學報，2014，22（1）：150-159.

[3]夏東超，李萬莉.基于加速度的強夯加固效果實時檢測[J].振動與沖擊，2015，34（15）：45-51.

[4]閆建，張武，張波，等.利比亞SidiAlsaeh地區(qū)強夯處理地基承載力測試[J].施工技術，2015，44（19）：87-90.

[5]胡云龍，趙有明.瑞雷波在碎石土強夯地基檢測中的應用[J].鐵道建筑，2013（7）：100-102.

[6]黃達，金華輝.土石比對碎石土強夯地基加固效果影響規(guī)律瑞利波檢測分析[J].巖土力學，2012，33（10）：3 067-3 072.

[7]安春秀，黃磊，黃達余，等.強夯處理碎石回填土地基相關性試驗研究[J].巖土力學，2013，34（S1）：273-278.

[8]黃達，金華輝，吳雄偉.碎石土強夯加固效果荷載試驗分析[J].西南交通大學學報，2013，48（3）：435-441.

[9]吳嶠.軟弱地基上5萬m3油罐地基處理方案選擇[J].石油工程建設，2007，33（2）：50-52.

[10]林川，馬永峰，周凱，等.大型石化工程軟土地基強夯+樁基聯(lián)合處理技術[J].石油工程建設，2015，41（2）：65-70.

[11]馬永峰，冉萬云，張志豪，等.大型石化工程軟土地基強夯處理效果分析[J].石油工程建設，2015，41（4）：7-12.

Foundation treatment effect analysis oftwo-layer dynamic compaction in karst geologicalcondition

HUANG He1，LIFengling1，MAYongfeng2，F(xiàn)ANG Shitao3

1.Beijing Urban Construction Design&Development Group Co.，Ltd，Beijing 100037，China
2.Eastern China EnvironmentalGeotechnology Branch，China Petroleum Engineering&Construction Corporation，Qingdao 266071，China
3.Chengdu Construction Investment Co.，Ltd.，Power Construction Corporation of China，Chengdu 610212，China

Currently，foundation compaction treatment mainly uses the single-layer dynamic compaction method，the two-layer dynamic compaction method is rarely involved.When karst cave exists in the foundation under karst geological condition，the foundation bearing capacity and deformation properties cannot satisfy the design requirements.Under this condition，two-layer dynamic compaction method should be considered.Based on karst foundation treatment of Petro China 10 million t/a oil processing project in Yunan Province，with the standard penetration test and heavy dynamic penetration test，the compaction effect of bottom-layer compaction was analyzed.With the multi-channel transient surface wave test，standard penetration test，heavy dynamic penetration test and static load test，the compaction effect of top-layer compaction was analyzed in detail.Some conclusions have been drawn.Firstly，the reinforcement depth，bearing capacity and compression modulus after bottom-layer dynamic compaction have reached the design standard at most places.Secondly，the reinforcement depth，bearing capacity and compression modulus of the site after top-layer dynamic compaction have reached the design standard.Thirdly，the effective reinforcement depths under the energy-levels of 3 000 kN·m，4 000 kN·m，5 000 kN·m，6 000 kN·m，8 000 kN·m，10 000 kN·m，12 000 kN·m and 15 000 kN·m are larger than 3.5 m，6 m，6 m，7 m，8 m，10 m，12 m and 14 m respectively.The experience and results in this paper could be referred in design and construction under similar geotechnicalcondition.

karst foundation treatment；two-layer dynamic compaction；energy-level match；reinforcement depth；characteristic value of foundation bearing capacity；compression modulus

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.002

黃 赫（1984-），男，河南駐馬店人，工程師，2009年畢業(yè)于同濟大學隧道及地下建筑工程專業(yè)，碩士，主要從事地鐵設計工作。Email：179783522@qq.com

2016-07-25；

2016-10-16

中國石油工程建設公司科學研究與技術開發(fā)項目 （CPECC 2011KJ22）