鄭杰圣

(福建省宏實(shí)建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司 福建泉州 362122)

0 引言

在沿海大面積吹填砂地基中，評(píng)定強(qiáng)夯處理效果的重要指標(biāo)是：地基承載力、壓縮模量、抗液化性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。

法國(guó)工程師梅那首創(chuàng)了一種地基加固方法——強(qiáng)夯法[1]，其加固機(jī)理是在歷時(shí)一般只有幾十毫秒內(nèi)給地基一個(gè)巨大的沖擊能量，這種巨大能量促使土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，土顆粒之間發(fā)生重新排列，并排水排氣，從而提高地基承載力和壓縮模量，改善地基的抗液化性能。采用強(qiáng)夯法處理大面積回填土地基是一種非常經(jīng)濟(jì)有效的地基處理方法，該方法克服了分層碾壓法對(duì)回填土厚度和土層含水率的限制。

基此，本文依托擬建于福建省泉州市石獅的某大型物流園項(xiàng)目，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)分析了強(qiáng)夯的3個(gè)重要參數(shù)(夯擊能、夯擊數(shù)、間歇時(shí)間)對(duì)強(qiáng)夯加固效果的影響，并對(duì)處理前后場(chǎng)地地基進(jìn)行液化判別，以期達(dá)到加固地基、消除液化的目的。

1 工程及地質(zhì)概況

擬建建筑場(chǎng)地的抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，結(jié)構(gòu)安全性等級(jí)為二級(jí)。擬建場(chǎng)地土層情況自上而下為素填土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘土、全風(fēng)化花崗巖強(qiáng)，主要土層參數(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 擬建工程土層主要參數(shù)指標(biāo)

該工程場(chǎng)地存在大量新近填土，且含有較厚的粉細(xì)砂層。由于粉細(xì)砂層屬于易液化土層，而該物流園項(xiàng)目建筑荷載較大，且液化土層分布范圍廣，因此須對(duì)該建筑全面積范圍進(jìn)行強(qiáng)夯處理。強(qiáng)夯處理分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段在場(chǎng)地場(chǎng)平前進(jìn)行，強(qiáng)夯處理深度為5m～8m(處理深度至粉細(xì)砂層底部)，應(yīng)完全消除粉細(xì)砂層的液化沉陷；第二階段在場(chǎng)地場(chǎng)平后進(jìn)行，強(qiáng)夯處理深度為2m～4m(即回填土厚度)。設(shè)計(jì)要求：第一次強(qiáng)夯后，應(yīng)能完全消除粉細(xì)砂層的液化沉陷；第二次強(qiáng)夯后，地面下4m以?xún)?nèi)土層的地基承載力特征值≥160kPa，壓縮模量≥8MPa。

2 施工參數(shù)對(duì)強(qiáng)夯加固效果影響分析

2.1 夯擊能對(duì)強(qiáng)夯加固效果影響

夯擊能是影響強(qiáng)夯加固深度的一個(gè)重要參數(shù)，為了確定強(qiáng)夯的有效加固深度，需進(jìn)行夯擊能試驗(yàn)。該場(chǎng)地A區(qū)砂層平均厚度為8.5m，采用直徑為1.8m柱錘，夯點(diǎn)布置平面尺寸為5.0m×5.0m。設(shè)定3種工況：夯擊前、夯擊能2000kN·m、2500kN·m。

在夯擊次數(shù)均為8擊時(shí)，采用重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)分析3種工況條件下的動(dòng)探錘擊數(shù)變化，并繪制修正后的重型動(dòng)力觸探擊數(shù)-深度關(guān)系曲線，如圖1所示。由圖1可知，動(dòng)探錘擊數(shù)的變化規(guī)律是隨著夯擊能量的增加而增大，錘擊數(shù)延深度的變化規(guī)律先增大后減少。工況一：強(qiáng)夯前，動(dòng)探錘擊數(shù)的變化范圍很小，動(dòng)探錘擊數(shù)≤4擊。工況二：夯擊能為2000kN·m時(shí)，0m～6.5m段錘擊數(shù)延深度逐漸增加，其中2.4m～6.5m段錘擊數(shù)均≥9擊，土體處于密實(shí)狀態(tài)，6.5m以下錘擊數(shù)逐漸減少9擊以下。工況三：夯擊能為2500kN·m時(shí)，0m～7.6m段錘擊數(shù)延深度逐漸增加，其中1.3～7.6m段錘擊數(shù)均≥9擊，土體處于密實(shí)狀態(tài)，7.6m以下錘擊數(shù)逐漸減少9擊以下。由此判斷：有效加固深度隨著夯擊能的增加而增大，夯擊能為2000kN·m時(shí)，有效加固深度約6.5m；夯擊能為2500kN·m時(shí)，有效加固深度約7.6m。

圖1 重型動(dòng)探錘擊數(shù)-深度曲線

2.2 夯擊數(shù)對(duì)強(qiáng)夯加固效果影響

夯擊數(shù)是影響強(qiáng)夯加固效果的一個(gè)重要參數(shù)，加固范圍內(nèi)土層的地基承載力、壓縮模量和硬殼層厚度都與夯擊數(shù)有關(guān)。該場(chǎng)地B區(qū)砂層平均厚度8.1m，采用直徑為1.8m柱錘，點(diǎn)夯擊能為2500kN·m。選擇3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，試點(diǎn)編號(hào)為1(x=41455.782,y=20723.028)、2(x=41442.301,y=20716.450)、3(x=41428.820,y=20709.872)，對(duì)應(yīng)的夯擊數(shù)分別為6擊、8擊和10擊，夯擊兩遍后，按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2012)[2]規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，可繪出3個(gè)點(diǎn)的荷載沉降p-s曲線，如圖2～圖4所示。夯后地基承載力比夯前提高80%以上；總沉降變化規(guī)律是：6擊(26.77mm)>8擊(19.15mm)>10擊(16.21mm)。

一般認(rèn)為，靜載荷試驗(yàn)在各種原位測(cè)試中是最為可靠的，并以此作為其它原位測(cè)試的對(duì)比依據(jù)。但這一認(rèn)識(shí)的正確性是有前提條件的，即基礎(chǔ)范圍內(nèi)的土層應(yīng)均勻。經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯處理，淺層地基土形成密實(shí)的硬殼層[3]，土性較均勻，基本滿足條件，在夯擊能不變的情況下，硬殼層厚度隨著夯擊次數(shù)的增加而增大。

土的變形模量應(yīng)根據(jù)p-s曲線的初始直線段，按均質(zhì)各向同性半無(wú)限彈性體理論計(jì)算[4]：

E0=I0(1-μ2)pd/s

(1)

式中：

E0——土的變形模量；

I0——?jiǎng)傂猿袎喊宓男螤钕禂?shù)，方形承壓板取0.886；圓形承壓板取0.785；

μ——排水條件下的泊松比(砂土取0.30或經(jīng)試驗(yàn)確定)；

p——p-s曲線線性段的壓力值；

d——承壓板的直徑或邊長(zhǎng)；

s——與p對(duì)應(yīng)的沉降，對(duì)p-s曲線是平緩的光滑曲線時(shí)，可按相對(duì)變形值確定，取s=0.01b對(duì)應(yīng)的荷載p代入式(1)計(jì)算。

壓縮模量根據(jù)文獻(xiàn)[5]提供的公式計(jì)算，如表2所示。由表2可知，各試驗(yàn)點(diǎn)的壓縮模量均大于設(shè)計(jì)值，比原狀土提高3～5倍，夯后土層的壓縮模量得到明顯提高。壓縮模量的變化規(guī)律是：6擊<8擊<10擊，擊數(shù)越多，壓縮模量越大。

圖2 夯擊數(shù)為6時(shí)p-s曲線

圖3 夯擊數(shù)為8時(shí)p-s曲線

圖4 夯擊數(shù)為10時(shí)p-s曲線

表2 強(qiáng)夯后各試驗(yàn)點(diǎn)靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

2.3 間歇時(shí)間對(duì)強(qiáng)夯加固效果影響

一般來(lái)說(shuō)，土被擾動(dòng)后強(qiáng)度明顯降低，擾動(dòng)停止后，隨時(shí)間增長(zhǎng)，強(qiáng)度又會(huì)逐漸恢復(fù)提高，間歇時(shí)間也是影響強(qiáng)夯加固效果的一個(gè)重要參數(shù)。由于強(qiáng)夯工藝特點(diǎn)和土體特征，土體的加固效果具有相對(duì)滯后性。

圖5 不同時(shí)間標(biāo)貫擊數(shù)-深度曲線

該場(chǎng)地C區(qū)砂層平均厚度7.5m，采用直徑1.8m的柱錘，點(diǎn)夯擊能為2500kN·m，分別在夯前、15d、30d、60d進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)，并繪出不同時(shí)間標(biāo)貫擊數(shù)-深度曲線，如圖5所示。由圖5可知：強(qiáng)夯后15d進(jìn)行的第一次測(cè)試，標(biāo)貫擊數(shù)已有明顯提高，0m～2.5m提高7倍，2.5m～5.5m提高4倍，5.5m～7.5m提高2倍，此時(shí)未滿夯。夯后30d進(jìn)行第二次測(cè)試，此時(shí)已滿夯，與第一次相比，0m～2.5m提高8倍，2.5m～5.5m提高5倍，5.5m～7.5m提高2.5倍。夯后60d進(jìn)行第三次測(cè)試，與第一次相比，0m～2.5m提高8倍，2.5m～5.5m提高5倍，5.5m～7.5m提高3.5倍。這說(shuō)明土的強(qiáng)度恢復(fù)與恢復(fù)時(shí)間及埋深有關(guān)，2.5m以上15d就可以恢復(fù)，2.5m～5.5m則需要30d，5.5m以下60d以后強(qiáng)度仍在增長(zhǎng)。對(duì)于同一土層，土體的夯擊效果隨著時(shí)間推移而增長(zhǎng)，具有明顯的滯后效應(yīng)。因此，進(jìn)行承載力試驗(yàn)，間歇時(shí)間應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3 強(qiáng)夯處理地基液化性能評(píng)價(jià)

設(shè)計(jì)要求第一階段強(qiáng)夯處理深度應(yīng)至粉細(xì)砂層層底，處理深度為5m～8m。采用標(biāo)貫對(duì)處理深度范圍內(nèi)的土層進(jìn)行液化判別，當(dāng)飽和土未經(jīng)桿長(zhǎng)修正的標(biāo)貫錘擊數(shù)N≤液化判別標(biāo)貫錘擊數(shù)臨界值Ncr時(shí)，應(yīng)判為液化土。液化判別標(biāo)貫錘擊數(shù)臨界值Ncr可按式(2)計(jì)算[6]：

(2)

式中 ：

Ncr——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值；

N0——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，可按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)表4.3.4選用；

ds——飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度(m)；

dw——地下水位(m)，場(chǎng)地試驗(yàn)點(diǎn)位置的地下水埋深為3m；

ρc——黏粒含量百分率，當(dāng)小于3或?yàn)樯巴習(xí)r，應(yīng)采用3；

β——調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)地震第一組取0.80，第二組取0.95，第三組取1.05。

泉州石獅市的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震加速度值為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，穩(wěn)定地下水位埋深2.0～3.0m。強(qiáng)夯前后分別對(duì)編號(hào)為4(x=41285.523,y=20552.039)、5(x=41299.004,y=20558.617)、6(x=41325.965,y=20571.774)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，并對(duì)強(qiáng)夯處理后粉細(xì)砂層進(jìn)行液化評(píng)價(jià)，如表3所示。由表3可知：粉細(xì)砂層經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯處理后，標(biāo)貫錘擊數(shù)得到了明顯提高，比強(qiáng)夯前提高2～4倍，且大于液化判別標(biāo)貫錘擊數(shù)臨界值Ncr，土的抗液化性能得到了明顯改善。

表3 強(qiáng)夯處理后各試驗(yàn)點(diǎn)液化評(píng)價(jià)

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，分析了夯擊數(shù)、夯擊能、間歇時(shí)間等3個(gè)參數(shù)對(duì)強(qiáng)夯加固效果的影響，可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)對(duì)于同一土層，在相同夯擊數(shù)情況下，其有效加固深度隨著夯擊能的增加而增大，上部土體得到夯擊能較大，而傳到下部夯擊能逐漸減少，下部土層加固效果不如上部明顯。

(2)對(duì)于同一土層，在相同夯擊能情況下，地基承載力特征值、壓縮模量與夯擊數(shù)密切相關(guān)，其變化規(guī)律隨著夯擊數(shù)的增加而增大。

(3)間歇時(shí)間也是影響強(qiáng)夯加固效果的一個(gè)重要參數(shù)，其夯擊效果隨著間歇時(shí)間的增加而增長(zhǎng)，淺部土層影響較小，而深部土層影響較大。

(4)由于強(qiáng)夯同時(shí)具有動(dòng)力擠密和動(dòng)力固結(jié)作用，強(qiáng)夯處理后，砂土地基抗液化性能得到明顯改善。