楊志強(qiáng) 曹 凈

（昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南 昆明650500）

0 引言

隨著城市的發(fā)展，主城區(qū)土地資源越來(lái)越少，城市建設(shè)慢慢地往郊區(qū)拓展。但城市郊區(qū)土地往往存在不同規(guī)模深厚回填區(qū)的情況。實(shí)際工程中常采用分層碾壓來(lái)保證回填土的工程特性。由于該施工方法工后沉降較大，通常采用樁基礎(chǔ)來(lái)徹底解決該問(wèn)題，但對(duì)于一層廠房，采用樁基礎(chǔ)造價(jià)較高，不符合經(jīng)濟(jì)性原則。采用獨(dú)立柱基，工后沉降較大，后期會(huì)影響廠房正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至產(chǎn)生安全隱患。因此，急需一種既經(jīng)濟(jì)，又能通過(guò)提高地基土承載力特征值與變形模量來(lái)減小沉降的地基處理方法。

沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯是一種在柱錘沖擴(kuò)樁的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的地基處理方法，既能在20m 深度內(nèi)達(dá)到很好的處理效果，又能快速施工且經(jīng)濟(jì)。柱錘沖擴(kuò)樁已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地基處理工程中。屈耀輝等發(fā)現(xiàn)經(jīng)柱錘沖擴(kuò)樁處理后無(wú)需進(jìn)行堆載預(yù)壓，即能滿足工后沉降的控制要求[1]；王恩遠(yuǎn)等以工程實(shí)踐對(duì)柱錘沖擴(kuò)樁加固機(jī)理進(jìn)行了研究，總結(jié)了其側(cè)向擠密作用、鑲嵌作用、動(dòng)力擠密固結(jié)作用、置換作用[2]；劉熙媛等根據(jù)相似理論對(duì)柱錘沖擴(kuò)樁加固機(jī)理進(jìn)行了室內(nèi)模型試驗(yàn)研究，得出橫向擠密影響范圍約為2 倍沖孔直徑，豎向夯實(shí)影響范圍約為2 倍孔深的結(jié)論[3]；陳穎輝等經(jīng)工程實(shí)踐證明柱錘沖擴(kuò)樁在云南紅土地基處理中符合建設(shè)要求[4]；郭紅梅等認(rèn)為柱錘沖擴(kuò)樁技術(shù)優(yōu)點(diǎn)突出，經(jīng)濟(jì)低廉合理[5]；張國(guó)利等以荷載傳遞法為基礎(chǔ)，推斷出柱錘沖擴(kuò)樁有效樁長(zhǎng)范圍[6]；劉志勇在處理液化地基中對(duì)柱錘沖擴(kuò)樁聯(lián)合其它地基處理方法進(jìn)行實(shí)踐研究[7]；張琦等對(duì)柱錘沖擴(kuò)樁進(jìn)行理論計(jì)算并與工程實(shí)際值對(duì)比，認(rèn)為計(jì)算滿足工程要求[8]；金忠良對(duì)柱錘沖擴(kuò)樁進(jìn)行了深入研究，總結(jié)了沉降計(jì)算公式[9]。

目前，對(duì)于柱錘沖擴(kuò)樁加固機(jī)理、有效樁長(zhǎng)、施工工藝、檢測(cè)方法等方面的研究已較為成熟，但對(duì)于強(qiáng)夯回填土，由于土層密實(shí)度較大，柱錘沖擴(kuò)樁難以成孔，于是，將其改進(jìn)為沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯，采用子彈形夯錘沖擊成孔，平底錘夯擊填料成墩，成墩后在墩頂二次夯擊加強(qiáng)?；谀硰S房回填土場(chǎng)地，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)研究沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯成墩后，墩頂夯擊形式與地基土承載力特征值、變形模量的提高程度的關(guān)系，為其在強(qiáng)夯回填土區(qū)域推廣應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值。

1 項(xiàng)目概況

擬建場(chǎng)地位于昆明市周邊，場(chǎng)地總體地勢(shì)西北高，東南低；部分區(qū)域已挖填整平，西北側(cè)原丘陵頂部挖除了約15.0m左右，而東南側(cè)原低洼地段回填了大量人工填土，填料即為挖方區(qū)的強(qiáng)～中等風(fēng)化泥巖，回填最大厚度約21.0m。為控制回填土后期沉降量，提高填土層的地基承載力，增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性，填筑過(guò)程中已進(jìn)行分層強(qiáng)夯地基處理?？紤]東南側(cè)回填土層厚度較大，為進(jìn)一步增強(qiáng)填土地基強(qiáng)度，擬對(duì)場(chǎng)地再次進(jìn)行地基處理，由于是分層強(qiáng)夯填土，其密實(shí)度相對(duì)較高，采用柱錘沖擴(kuò)樁法難以沖擊成孔，本次設(shè)計(jì)在獨(dú)立基礎(chǔ)底中心處，采用沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯進(jìn)一步提高獨(dú)立柱基下填土的地基承載力和壓縮模量。

場(chǎng)地自上而下土層依次為：強(qiáng)夯填土（回填料為挖方區(qū)的強(qiáng)～中等風(fēng)化泥巖）、粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥巖，巖土層參數(shù)見表1。

2 沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯工法作用機(jī)理分析

沖擊成孔分段夯實(shí)擠密碎石墩強(qiáng)夯加固地基的原理：首先采用特殊錘體，用強(qiáng)夯法沖擊成較深夯坑，在夯坑內(nèi)不斷填加碎石填料，強(qiáng)行夯入填料并排開軟土或回填土，在軟土地基或回填土中形成大于夯錘直徑的大顆粒墩，并在墩頂二次夯擊，這種工法稱為沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯工法，其施工過(guò)程如圖1所示。

圖1 沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯施工過(guò)程示意圖

這種工法一方面有置換作用，以碎石填料擠密置換回填土層；另一方面是對(duì)樁體周圍有強(qiáng)夯擠密作用，在對(duì)碎石強(qiáng)夯過(guò)程中，隨著碎石向下的不斷貫入，會(huì)使土層受到?jīng)_擊能的影響而得到加密，另外碎石墩有一個(gè)向四周的側(cè)向擠出，也使樁側(cè)的土層得到了二次加固；再者，碎石墩也起到了一個(gè)特大直徑排水井的作用，有助于加快土體的排水固結(jié)。

3 沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯試驗(yàn)

3.1 強(qiáng)夯試驗(yàn)

本項(xiàng)目處理范圍為廠房每個(gè)獨(dú)立柱基底中心處，為驗(yàn)證施工工藝和提供設(shè)計(jì)參數(shù)，在場(chǎng)地選取代表性的東南角區(qū)域進(jìn)行沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯試樁。試樁總共為3 根，按正三角形布置，間距9.0m，試樁樁長(zhǎng)均為20.0m，每根試樁成墩過(guò)程相同，成墩后墩頂夯擊形式不相同，成墩過(guò)程如下：先采用直徑1.25m，長(zhǎng)度17m，重量48t子彈形夯錘沖擊成孔，成孔深度小于設(shè)計(jì)墩長(zhǎng)1.0m，成孔直徑不小于1.5m。成孔后換直徑1.0m，重量11t 平底錘在孔底夯5 擊，再分層填料、夯實(shí)至墩頂，形成Ф1.8m碎石墩。

各試樁沖孔、回填、成墩如圖1 所示，成墩后墩頂強(qiáng)夯形式如下：

（1）試樁1頂部采用單點(diǎn)夯,如圖2所示，夯擊能采用2000kN·m，夯點(diǎn)布置在碎石墩中心處，夯擊數(shù)4擊。

圖2 墩頂單點(diǎn)夯示意圖

（2）試樁2相較于試樁1，僅夯擊數(shù)由4擊增加到12擊。

（3）試樁3 采用單點(diǎn)夯+滿夯，如圖3 所示，夯擊能采用2000kN·m，先在試樁頂部單點(diǎn)夯擊12 擊，然后滿夯一遍，滿夯時(shí)錘印搭接1/3 夯錘直徑，夯點(diǎn)布置在碎石墩中心處及四周。

圖3 墩頂單點(diǎn)夯+滿夯示意圖

試樁結(jié)果需達(dá)到如下要求才能滿足該工程設(shè)計(jì)指標(biāo)：場(chǎng)區(qū)處理后地基承載力特征值fspk≥250kPa，壓縮模量Esp≥40MPa。

3.2 淺層平板載荷試驗(yàn)

對(duì)試樁區(qū)進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)。三棵試樁承壓板尺寸均為2.0m×2.0m，整個(gè)加載過(guò)程均未出現(xiàn)沉降急劇增大、土被擠出或承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起等現(xiàn)象，且承壓板的累計(jì)沉降量均小于其寬度6%（即0.06×2000=120mm），因此試驗(yàn)點(diǎn)極限承載力均取最大加載。試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值取s/b等于0.01 所對(duì)應(yīng)的壓力與極限承載力一半兩者中的小值。

試樁1 區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)極限承載力為650kPa，相對(duì)變形s=0.01×2000=20mm 對(duì)應(yīng)的壓力為324kPa，其值小于極限承載力的一半650/2=325kPa,取該試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值為324kPa；同理，試樁2 區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值為325kPa，試樁3 區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值為375kPa。

根據(jù)試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)繪制s-lgp曲線分析拐點(diǎn)，繪制ps曲線計(jì)算變形模量，取該拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)變形與應(yīng)力數(shù)據(jù)帶入《巖土工程勘察規(guī)范》（2009 年版）[10]10.2.5-1 節(jié)的公式計(jì)算各試驗(yàn)點(diǎn)變形模量如下：試樁 1 區(qū)域?yàn)?40.1MPa；試樁 2 區(qū)域?yàn)?72.1MPa；試樁 3 區(qū)域?yàn)?1.9MPa。各試樁載荷板沉降結(jié)果見表2，載荷試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 各試樁載荷試驗(yàn)沉降結(jié)果（單位:mm）

表3 復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果

在加載過(guò)程中，隨著加載的增加，載荷板的沉降逐漸增大；卸載過(guò)程中，隨著荷載減小，載荷板的沉降逐漸減小。各試樁區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)沉降總體保持一個(gè)比較低的水平，p-s曲線成平緩的光滑曲線，為緩變型。累計(jì)沉降量最大的是試樁1 區(qū)域（72.34mm），最小的是試樁3 區(qū)域（18.37mm）；承載力特征值最大的是試樁3 區(qū)域（375kPa），最小的是試樁1 區(qū)域（324kPa），相差51kPa；變形模量最大的是試樁3 區(qū)域（91.9MPa），最小的是試樁1 區(qū)域（40.1MPa）。由此可知：對(duì)于該場(chǎng)地情況下進(jìn)行沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯施工，成墩后墩頂強(qiáng)夯形式采用單點(diǎn)夯結(jié)合滿夯處理，相較于僅采用單點(diǎn)夯，不僅能更大程度提高地基土承載力特征值與變形模量，同時(shí)能更大程度減小沉降。

試樁1 區(qū)域地基土承載力特征值（324kPa）超過(guò)設(shè)計(jì)要求值（250kPa），變形模量（40.1MPa）剛好達(dá)到設(shè)計(jì)要求值（40MPa），由此可知：沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯在沖孔擠密成墩后，墩頂強(qiáng)夯形式采用單點(diǎn)夯，且夯4 擊即能滿足設(shè)計(jì)要求。

試樁2 區(qū)域相較于試樁1 區(qū)域雖然承載力特征值無(wú)明顯變化，但變形模量提升明顯，從40.1MPa 提升到72.1MPa，由此可知：沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯在沖孔擠密成墩后，墩頂強(qiáng)夯形式采用單點(diǎn)夯，夯擊次數(shù)從4 擊增加到12 擊，能有效提高地基土變形模量，但對(duì)承載力特征值無(wú)明顯增強(qiáng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯回填土進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)，得出如下結(jié)論：

（1）在沖孔擠密成墩后，墩頂再采用單點(diǎn)夯4擊即能滿足設(shè)計(jì)要求，若夯擊次數(shù)從4擊增加到12擊，能顯著提高地基土變形模量，但對(duì)承載力特征值無(wú)明顯增強(qiáng)。

（2）成墩后墩頂強(qiáng)夯形式采用單點(diǎn)夯結(jié)合滿夯進(jìn)行處理，相較于僅采用單點(diǎn)夯處理能更大程度提高地基土承載力特征值與變形模量。

（3）用沖孔擠密碎石墩強(qiáng)夯的方法來(lái)處理20m 深度內(nèi)的回填土，能達(dá)到滿意的效果，可為類似深厚回填區(qū)廠房項(xiàng)目提供一定的參考。