劉運(yùn)剛

中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院，湖南 長沙 410004

1969 年法國工程師L.Menard 提出強(qiáng)夯加固地基工法，初期僅用來加固砂土和碎石土地基。隨著應(yīng)用實(shí)踐和研究的不斷進(jìn)展[1-2]，該技術(shù)不斷完善。中國于1978 年引進(jìn)該技術(shù)，在實(shí)踐中不斷加以研究并取得了不少地區(qū)性的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用范圍擴(kuò)大到濕陷性土[3-7]，但在中國南方含水量較大填土中的研究經(jīng)驗(yàn)還不是很豐富。長沙某擬建物流倉儲區(qū)大面積填土層最初擬采用注漿加固[3]，因試驗(yàn)、檢測，不能達(dá)到要求而終止。后改為強(qiáng)夯方案；為了采用強(qiáng)夯地基，2019 年9 月至10 月在填方區(qū)進(jìn)行強(qiáng)夯加固填土層的試驗(yàn)工作，并對強(qiáng)夯加固前后的填土層分別做了各種檢測、實(shí)驗(yàn)工作，取得了豐富的實(shí)驗(yàn)資料和十分理想的實(shí)際效果，為大面積采用強(qiáng)夯地基提供了詳細(xì)的施工參數(shù)和施工工藝?，F(xiàn)就強(qiáng)夯加固填土層所進(jìn)行的試驗(yàn)、效果及應(yīng)用做如下介紹。

1 工程概況

擬建的長沙某擬建物流倉儲項(xiàng)目占地約10.5萬m2，由1#～4#棟1 層倉庫、設(shè)備用房、物業(yè)用房和門衛(wèi)組成，1#～4#棟1 層倉庫建筑高度6.3m，結(jié)構(gòu)類型為門式剛架，地面荷載為60kN/m2。場地削高填低，整平到設(shè)計(jì)標(biāo)高后約將有40%區(qū)域?yàn)樘罘絽^(qū)，最大填土厚度將達(dá)17m，平均填土厚度6.5m。

大面積填土前對場地進(jìn)行了詳細(xì)勘察。填土層下的地層自上而下依次為：

素填土（Q4h）：褐黃色、褐紅色，成分以粉質(zhì)黏土為主，混有少量圓礫，局部混入的圓礫達(dá)30%左右。稍濕，底部濕度較大。系新近堆填，局部分布。厚度2.2～5.2m，平均厚度3.1m。

粉質(zhì)黏土（Q3al+pl）：褐黃色、灰黃色、紅褐色，硬塑-堅(jiān)硬，無搖震反應(yīng)，稍有光滑，中等干強(qiáng)度，中等韌性，平均厚度5.74m。

圓礫（Q3al+pl）：灰褐色、黃褐色，稍密-中密，很濕-飽和，礫(卵)石成分主要為石英巖和石英砂巖，為圓-亞圓形，粒徑一般為2～20mm，最大為50mm，含量約占50%～60%，充填主要為中粗砂，含少量泥質(zhì)，平均厚度2.20m。

殘積粉質(zhì)黏土（Q3el）：褐黃色、灰黃色，硬塑，稍有光滑，無搖震反應(yīng)，中等干強(qiáng)度，中等韌性，由下伏基巖風(fēng)化殘積而成，平均厚度3.29m。

殘積粉質(zhì)黏土下為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)板巖。

2 強(qiáng)夯試驗(yàn)

2.1 施工機(jī)具

（1）夯錘

根據(jù)加固要求選用錘重為150kN 的夯錘，夯錘的材料為厚鋼板外殼，內(nèi)澆注混凝土制成。

夯錘底面采用圓形，錘底面積為3m2，錘底靜壓力值40kPa。夯錘的底面對稱設(shè)置4 個(gè)與其頂面貫通的排氣孔，以消除高空下落時(shí)的氣墊，且便于從夯坑中起錘，孔徑為200mm。

（2）強(qiáng)夯機(jī)采用穩(wěn)定性較好的履帶式起重機(jī)

（3）自動(dòng)脫鉤裝置

當(dāng)強(qiáng)夯機(jī)施工將夯錘吊至設(shè)計(jì)高度時(shí)，要求夯錘自動(dòng)脫鉤，使夯錘自由下落，夯擊地基。本次試驗(yàn)采用設(shè)定高度自動(dòng)脫錘，效果良好。

2.2 施工參數(shù)

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，在27m×31m 的范圍內(nèi)按4m 的間距網(wǎng)狀布置夯點(diǎn)，共布置52 個(gè)夯點(diǎn)（圖1）。夯錘重為120kN，落距20m，夯擊能200kN?m，跳夯三遍，每遍夯擊4 錘。第一遍與第二遍間隔3天，第二遍與第三遍間隔2 天，第三遍后間隔1天滿夯一遍[8-11,13]。

3 試驗(yàn)成果及分析

3.1 夯沉量和隆起量

對1、2、3 號試驗(yàn)點(diǎn)第一、二、三遍夯擊產(chǎn)生的夯沉量和隆起量匯總統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 各試驗(yàn)點(diǎn)夯沉量和隆起量統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of ramming volume and upheaval volume at each test point

從表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：①填土厚度越大，夯沉量越大，外圍隆起量越??；②大部分夯沉量發(fā)生在夯擊過程的前部分，大部分隆起量發(fā)生在夯擊過程的后部分。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)

在前述夯點(diǎn)位置不同深度處進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)，夯前進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)42 次，夯后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)45 次，標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)見表2。

通過夯前夯后填土層中不同深度標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)的變化情況評價(jià)強(qiáng)夯對填土層不同深度位置的加固效果。從表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：強(qiáng)夯后深度7.0m 以內(nèi)的填土，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)顯著增加；深度7.0m 以下的填土，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)增加幅度迅速衰減。

表2 各試驗(yàn)點(diǎn)夯前、夯后標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of standard penetration experimental results of test points before and after ramming

3.3 夯前夯后填土的物理力學(xué)性質(zhì)變化情況

在上述夯前標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)鉆孔內(nèi)取夯前、夯后土樣各24 件進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，并在現(xiàn)場用灌砂法測量夯前、夯后填土的容重、含水量、干容重，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場的原位實(shí)驗(yàn)成果見表3。

實(shí)驗(yàn)表明：強(qiáng)夯前后填土層的含水量沒有明顯變化，與土的密實(shí)程度有關(guān)的指標(biāo)（容重、干容重、孔隙比、壓縮系數(shù)、壓縮模量）都有明顯改善；室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場灌砂法測得的容重、干容重、孔隙比有一定的差別，這應(yīng)該與不同實(shí)驗(yàn)方法填土中夾雜有風(fēng)化巖塊有關(guān)。

表3 夯前夯后填土物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics on the experimental results of physical and mechanical properties of filling before and after ramming

3.4 載荷實(shí)驗(yàn)

在上述標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)、取土樣鉆孔附近選取三處進(jìn)行載荷實(shí)驗(yàn)。載荷板為面積2.00m2的圓形板，每級加載20KPa，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4:

表4 夯實(shí)地基載荷實(shí)驗(yàn)成果Table 4 Experimental results on load of rammed foundation

3.5 孔隙水壓力增加、消散規(guī)律

為了進(jìn)一步確定強(qiáng)夯影響深度和正式施工時(shí)每遍夯擊的時(shí)間間隔，另選填土較厚處進(jìn)行強(qiáng)夯下填土中孔隙水壓力增加、消散規(guī)律觀測實(shí)驗(yàn)?？紫端畨毫τ?jì)為振弦式，量程規(guī)格為0.2MPa 和0.3MPa。埋設(shè)并調(diào)試好孔壓計(jì)，待孔壓穩(wěn)定后開始強(qiáng)夯作業(yè)。分別在每次夯擊和每點(diǎn)夯擊完成后的5min、10min、30min、1h、2h、6h、12h、1d、2d、3d、4d 進(jìn)行測試[9-13]。夯擊次數(shù)采用9～13 次，最后滿夯一遍。夯擊能采用3000、3600KN?m 的能級，夯點(diǎn)布置夯擊次數(shù)和夯能的詳細(xì)情況見表5。

表5 夯擊試驗(yàn)參數(shù)表Table 5 Test parameters for ramming

（1）孔隙水壓力隨夯擊數(shù)的變化規(guī)律

兩試驗(yàn)點(diǎn)不同深度填土層中的孔隙水壓力在每遍夯時(shí)隨夯擊數(shù)的變化曲線如下圖（圖2～5）。

圖2 試驗(yàn)點(diǎn)1 第一遍夯擊時(shí)孔隙水壓力變化情況Fig 2 Change of pore water pressure during the first ramming on the test point 1

圖3 試驗(yàn)點(diǎn)2 第一遍夯擊時(shí)孔隙水壓力變化情況Fig 3 Change of pore water pressure during the first ramming on the test point 2

圖4 試驗(yàn)點(diǎn)1 第二遍夯擊時(shí)孔隙水壓力變化情況Fig 4 :Change of pore water pressure during the second ramming on the test point 1

圖5 試驗(yàn)點(diǎn)2 第二遍夯擊時(shí)孔隙水壓力變化情況Fig 5 :Change of pore water pressure during the second ramming on the test point 2

通過分析上圖不同夯擊能下孔隙水壓力的變化，大致可以得出如下結(jié)論：深度越大，孔隙水壓力的變化越小。不同夯擊能下，5～9m 深的孔壓變化很明顯；深度不低于11m 時(shí)孔隙水壓力的變化很小，亦即對深度不低于11m 的土層夯密作用很?。磺?～7 擊孔隙水壓力迅速升高，但隨著夯擊次數(shù)的增加，越到后來升高幅度越少，表明趨于飽和。圖中曲線表明：3000KNm、3600KNm的夯擊能的最佳夯擊數(shù)分別為7 次、9 次左右，在此基礎(chǔ)上再繼續(xù)夯擊，對土層的夯密作用增加較小。

（2）孔隙水壓力消散規(guī)律

兩試驗(yàn)點(diǎn)不同深度填土層中的孔隙水壓力在每遍夯達(dá)到峰值后消散曲線如下圖（圖6～7）。

圖6 試驗(yàn)點(diǎn)1 孔隙水壓力消散情況Fig 6: Pore water pressure dissipation in test point 1

圖7 試驗(yàn)點(diǎn)2 孔隙水壓力消散情況Fig 7 Pore water pressure dissipation in test point 2

孔隙水壓力消散曲線表明：土體孔隙水壓力在夯后較短的時(shí)間內(nèi)即達(dá)到峰值；孔隙水壓力的消散是一個(gè)很緩慢的過程，在停夯14 天后，孔隙水壓力大致可消散70%～80%，18 天后孔隙水壓力可消散80%～90%。

4 結(jié)論

本物流倉儲區(qū)只要在適當(dāng)?shù)募竟?jié)，控制好填土層的含水量，采用強(qiáng)夯法處理地基是可行的，完全可以滿足設(shè)計(jì)要求和使用功能，既節(jié)省了造價(jià)，又縮短了工期；實(shí)驗(yàn)表明，本工程強(qiáng)夯的影響深度在10m 左右，有效加固深度為5～7m，正式施工時(shí)應(yīng)控制填土厚度，每層虛土厚度不應(yīng)大于7m，分層夯實(shí)；建議正式施工時(shí)采用兩遍點(diǎn)夯加一遍滿夯，點(diǎn)夯的單擊夯能宜取3000kNm～3600kNm，點(diǎn)距宜取4.0m×4.0m，每遍9 次即可。滿夯夯能宜取600kNm～800kNm；粉質(zhì)粘土孔隙水壓力完全消散所需的時(shí)間一般為14～18d，所以大面積正式施工時(shí)，每兩遍夯擊的時(shí)間間隔不宜小于15d。