張書銘 ，燕永鋒，鄭曉軍

(1.昆明理工大學國土資源工程學院，昆明 650093;2.云南省有色地質(zhì)局，昆明 650051)

1 引言

山區(qū)碎石土回填的地基由于其土石比例控制難度大、顆粒粒徑極不均勻、山區(qū)地貌起伏不定導致填土在回填時的深度不一等原因，導致其在未進行有效處理前地基的密實程度很難滿足建筑的使用要求，因此必須在施工前進行一定的具有針對性的地基處理措施，使其能夠達到一定的安全儲備[1]。強夯法是工程中最常用的地基處理方法之一，夯錘下落過程中勢能轉(zhuǎn)化為巨大的動能，再通過撞擊將這種能量傳遞到地基土層中，產(chǎn)生劇烈震動、受壓作用，最終通過這種反復加載、卸載使地基振密壓實，實現(xiàn)承載力的提升[2-4]。應用強夯法對上述作業(yè)面大、地質(zhì)條件復雜的場地地基處理中進行加固，具有經(jīng)濟、安全、環(huán)保、高效等特點，但目前針對山區(qū)碎石土填方地基采用強夯法處理的研究較少，尤其是本工程這種采用“削山填谷”的方法進行土石方施工的場地，其大多存在填土級配差、回填厚度較大且薄厚不一的特殊情況，這類場地具體應采用何種強夯施工方案才能起到更好的加固效果，能更好地達到工程質(zhì)量要求，是當前需迫切解決的一個重要問題。因此，開展山區(qū)碎石土填方地基強夯方案比選，以及加固效果檢測的研究工作，對指導云南地區(qū)強夯工程的設計和施工，確保工程質(zhì)量、降低工程造價，具有重要的理論意義及現(xiàn)實意義，本文將結(jié)合實際工程進行分析與探討。

2 工程概況

2.1 場地概況

本場地位于玉溪市澄江縣右所鎮(zhèn)，隸屬右所鎮(zhèn)小灣村委會轄地，坐落于撫仙湖東部，項目規(guī)劃凈用地面積36 455.3 m2(約3.65 hm2)。擬建場地總體上屬于構造、剝蝕成因的山地中山緩坡地貌，場地現(xiàn)狀除北側(cè)為沖溝外，其余地段相對平坦，中部現(xiàn)作為足球場使用，場地西為現(xiàn)有已建規(guī)劃道路，南側(cè)緊鄰同步在建E01地塊項目，現(xiàn)狀標高總體呈南高北低，介于1 891.53～1 930.11 m之間，總體呈南高北低，最大高差達38.58 m。

場地于2014年前后開始填土；填料以周邊場平開挖土方為主，主要為紅粘土和灰?guī)r碎、塊石；采取自然堆填法，沒有分層碾壓，現(xiàn)狀前沿堆填坡比約1∶1.5左右，中部作為足球場使用；填方最大約33.2 m，結(jié)合后期規(guī)劃標高，最終填土厚度最厚約35.0 m。

場地規(guī)劃主要為10棟6層洋房及相關附屬設施，1#、2#、9#建筑擬采用樁基礎外，其它建筑擬采用筏板基礎。根據(jù)現(xiàn)狀標高，場地基本由回填形成。根據(jù)相關要求，由于填土區(qū)域的地基承載力及沉降等不能滿足場地及建筑(淺基礎)使用要求，擬采用強夯對場地回填土進行處理，夯擊能4 000 kN·m、8 000 kN·m兩種能級。

為保證強夯后場地地基承載力、工后沉降等參數(shù)滿足相關要求，強夯正式施工前計劃在場地選取5個位置采取不同強夯法進行試夯，試夯完成后檢測各試夯點的強夯處理效果，最終選取適合本場地的強夯處理方案。

2.2 場地工程地質(zhì)條件

擬建場地位于撫仙湖東岸，總體上屬于構造、剝蝕成因的山地中山緩坡地貌。場地內(nèi)除巖溶較發(fā)育外，附近未發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流、采空區(qū)及地面沉降等不良地質(zhì)作用存在，也未發(fā)現(xiàn)發(fā)震斷裂從場地內(nèi)通過，可不考慮不良地質(zhì)作用的影響。根據(jù)巖土體的成因、力學強度及巖性組合、結(jié)構特征、工程地質(zhì)特征，擬建場區(qū)揭露深度內(nèi)為人工填土，第四系坡殘積層，下伏基巖為二迭系下統(tǒng)茅口組灰?guī)r。場區(qū)內(nèi)出露地層如表1所示。

表1 工程地質(zhì)條件表

3 強夯方案

本工程共在場地內(nèi)選取5個試夯點，依據(jù)文獻[5-6]為每個試夯點選取不同的夯擊方案詳見下表2，并在強夯施工結(jié)束14 d后，根據(jù)文獻[7-8]對每個試夯點進行加固效果的檢測。

表2 強夯方案表

4 強夯檢測方法

根據(jù)設計要求，結(jié)合文獻[8-9]中的的相關規(guī)定，本次檢測工作采用靜載試驗、圓錐動力觸探試驗、標準貫入試驗等方法對強夯地基進行測試。并根據(jù)檢測出的結(jié)果對各試驗點的加固效果做出評價，最終確定不同場地條件下合適的強夯加固方法。

4.1 靜載試驗

靜載試驗采用堆重平臺反力裝置，液壓千斤頂對強夯地基進行加荷，由電動油泵對千斤頂自動加壓，沉降量采用位移傳感器測量，荷載采用油壓傳感器測定，加載方式采用慢速維持荷載法；整個測試及分析過程由靜力分析系統(tǒng)自動完成。

本工程在每個試驗點夯前選取一個點進行載荷試驗(慢速法)，夯后在夯點及夯點間分別選取一個點進行載荷試驗(慢速法)，加載至要求的700 kPa或出現(xiàn)承壓板周圍的土明顯地側(cè)向擠出；沉降S急驟增大，壓力-沉降曲線出現(xiàn)陡坡段；在某一級荷載下，24 h內(nèi)沉降速率不能達到穩(wěn)定標準；承壓板的累計沉降量已大于其寬度或直徑的6%等4種情況視為破壞停止加載。夯前承壓板面積不小于1 m2，夯后試驗點1、3、4、5承壓板面積不小于1 m2，夯后試驗點2承壓板直徑為1.5 m[10]。最終檢測結(jié)果如表3。

表3 載荷試驗成果表

由表3可知：在進行強夯處理前除試驗點3以外，其它實驗地點采用慢速法增加荷載直至破壞時，極限承載力雖均在400～500 kPa之間，但都未達到700 kPa。對試驗點進行強夯處理后，無論是夯點還是夯間的極限承載力都有明顯提高，并全部達到700 kPa的標準。說明使用強夯法對山區(qū)碎石黏土地基進行加固，在提升地基極限承載力的方面效果顯著。

4.2 圓錐動力觸探

采用圓錐動力觸探試驗將不同深度的實測數(shù)據(jù)進行對比分析，從而達到檢測地基土在垂直方向上的密實度、均勻性和有效加固深度等目的。該項目試驗區(qū)檢測點布置中所有檢測點填土部分均采用圓錐動力觸探N63.5或N120，檢測地基土承載力、變形模量等。圓錐動力觸探連續(xù)貫入，遇大塊石鉆孔通過后連續(xù)檢測。夯前在所有檢測點中各選取一半進行重型圓錐動力觸探試驗(N63.5)檢測和超重型圓錐動力觸探試驗(N120)檢測；夯后在夯點上選取6個點進行超重型圓錐動力觸探試驗(N120)檢測，夯點間選取6個點進行重型圓錐動力觸探試驗(N63.5)檢測[11-13]。

4.2.1 重型圓錐動力觸探

重型圓錐動力觸探(N63.5)試驗是利用XY-150型鉆機，將一個鋼制的錐型探頭(錐角60°)連接鉆桿(鉆桿直徑42 mm)，用一重63.5 kg的重錘，提升高度76 cm，將探頭擊入土層之中，記錄每擊入10 cm的錘擊數(shù)。試驗完成后對錘擊數(shù)進行桿長校正，根據(jù)校正后的錘擊數(shù)，參照有關規(guī)范，得出土體的力學性能的一種原位測試方法[14]。

在重型圓錐動力觸探檢測結(jié)果中，取其對第一層素填土的檢測數(shù)據(jù)，將5個試夯點在4個不同深度的動探錘擊數(shù)平均值，與夯前檢測的數(shù)據(jù)進行比較，結(jié)果如圖1。

圖1 素填土重型動探檢測結(jié)果折線圖

根據(jù)重型動力觸探在第一層素填土進行檢測的結(jié)果可以看出，與夯前相比試驗點采取的強夯措施均起到一定的加固效果。其中在0～8 m范圍內(nèi)，試驗點4與試驗點5的加固效果要明顯優(yōu)于其它試驗點；試驗點1在6～10 m范圍內(nèi)的加固效果與試驗點4、5基本相同，但在0～6 m范圍內(nèi)的加固效果較差。試驗點2、3的加固效果類似，動探錘擊數(shù)在每個深度段都很均衡，變化幅度在兩擊以內(nèi)。

4.2.2 超重型圓錐動力觸探

超重型圓錐動力觸探(N120)試驗是利用XY-150型鉆機，將一個鋼制的錐型探頭(錐角60°)連接鉆桿(鉆桿直徑50～60 mm)，用一重120 kg的重錘，提升高度100 cm，將探頭擊入土層之中，記錄每擊入10 cm的錘擊數(shù)。試驗完成后對錘擊數(shù)進行桿長校正，根據(jù)校正后的錘擊數(shù)，參照有關規(guī)范，得出土體的力學性能的一種原位測試方法。

在超重型圓錐動力觸探檢測結(jié)果中，取其對第一層塊填土的檢測數(shù)據(jù)，將5個試夯點在0～10 m間3個不同深度的動探錘擊數(shù)平均值，與夯前檢測的數(shù)據(jù)進行比較，其中試驗點3與試驗點4在8～10 m范圍內(nèi)并未檢測到塊石填土，對比結(jié)果如圖2。

圖2 塊石填土超重型動探檢測結(jié)果折線圖

根據(jù)超重型動力觸探在第一層塊石填土進行檢測的結(jié)果可以看出，試驗點1的加固效果最好，其次是試驗點2與試驗點3。其中試驗4點在0～8 m范圍以及試驗點5在0～6 m范圍的動探錘擊數(shù)，都比夯前的動探錘擊數(shù)小，加固效果并不理想。

4.3 標準灌入試驗

標準貫入試驗是利用XY-150型鉆機，將一個標準貫入器連接鉆桿(鉆桿直徑42 mm)，用一重63.5 kg的重錘，提升高度76 cm的高度自由落下,將標準貫入器打入土中15 cm后，開始記錄每10 cm的錘擊數(shù)，累計打入30 cm的錘擊數(shù)為標準貫入試驗錘擊數(shù)N擊。試驗完成后對錘擊數(shù)N值可對粘性土的物理狀態(tài)、土的強度、變形參數(shù)、地基承載力作出評價的一種原位測試方法。

其中夯前當填土采用重型圓錐動力觸探試驗(N63.5)以及超重型圓錐動力觸探試驗(N120)檢測時，填土層下的粘性土層采用標準貫入試驗檢測。夯后在夯點上的檢測點中填土層下的粘性土層進行標準貫入試驗檢測；夯點間當采用超重型圓錐動力觸探試驗(N120)檢測時，揭穿填土即可終止檢測，當采用重型圓錐動力觸探試驗(N63.5)檢測時，填土層下的粘性土層進行標準貫入試驗檢測。

圖3 粘性土 標灌檢測結(jié)果折線圖

由上圖數(shù)據(jù)可以看出對于填土下的粘土層，試驗點2采用的強夯方案加固效果最不理想。而采用同樣強夯方法但夯擊能不同的試驗點1與試驗點3，明顯采用8 000夯擊能的試驗點3加固效果要好于采用4 000夯擊能的試驗點1。試驗點4夯后對夯點的加固效果與試驗點3相近，但對夯間的加固效果明顯好于試驗點3。整個試驗加固效果最好的是試驗點5，無論是夯后夯點亦或夯后夯間較夯前均有較大提升。

5 結(jié)論

綜上，對云南某山區(qū)的5個試夯點進行夯前、夯后土層進行檢測，其中對①層素填土、①1層塊石填土進行了圓錐動力觸探試驗、淺層平板載荷試驗，對于填土層以下的粘性土層采用標準貫入試驗，通過對各項試驗數(shù)據(jù)分析結(jié)合動力觸探曲線的形態(tài)變化，分別對各個試驗點強夯效果進行分析評價，得出以下結(jié)論：

(1) 強夯實驗區(qū)各個實驗點采用的強夯方案均有加固效果，從淺層平板載荷試驗可以看出夯后加固深度范圍內(nèi)填土層的承載力有明顯提高。

(2) 根據(jù)重型圓錐動力觸探試驗(N63.5)對第一層素填土的檢測結(jié)果可以看出，試驗點4、5對第一層素填土的加固效果最好，當實際工程中填土含碎石的比例較低可以選用試驗點4或試驗點5的強夯方案對填土進行加固。

(3) 根據(jù)超重型圓錐動力觸探試驗(N120)對第一層塊石填土的檢測結(jié)果可以看出，試驗點1對第一層塊石填土的加固效果也要明顯好于其他試驗點，當實際工程中填土含碎石的比例較高可以選用試驗點1的強夯方案對填土進行加固。

(4) 對于填土下的粘性土通過標準灌入試驗可以看出，試驗點5的加固效果最好，當實際工程中存在要對填土下的粘土進行重點加固的情況，可以選用試驗點5的強夯方案對填土進行加固。