某工程不同夯击能的试夯试验研究

李建军 赵惠华

1 工程概况及设计要求

建设场地位于恢河岸边山前冲洪积黄土台地上。该工程建筑场地，地势为斜坡，地面标高为1 500 m～1 513 m(黄海高程系)，地形坡度8%左右，地势上西高东低、南高北低。根据场地岩土工程资料，场地属于稳定场地，勘测深度内场地地基土为第四系冲洪积成因的黄土(粉土)、粉土、卵石。其中②-1层黄土(粉土)具有湿陷性，湿陷土层厚度为1.7 m～5.8 m，站址场地为非自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅱ级。为消除湿陷性，提高地基承载力，拟采用强夯法处理。选取回填区及围墙东北角处作为试夯场地，试夯区平面尺寸24 m×24 m。试夯能级为3 000 kN·m，锤重300 kN，落距10 m。夯点呈正方形分布，夯点间距4.24 m，采用隔排跳打的方法分两遍夯击，第一遍主夯点夯击次数为14击，第二遍副夯点夯击次数为10击;最后两击夯沉量不大于50 mm控制，同时夯坑周围地面不应发生过大的隆起。两遍强夯间隔时间暂按一周(7 d)考虑。起夯标高暂按－1.00 m(1 505.20 m)进行试夯。最末一遍夯击后，再以低能量(夯锤重100 kN，单点夯击能1 000 kN·m)对表层松土满夯2击，锤印搭接，不大于1/3D。

2 施工情况

施工采用50 t履带式强夯机，夯锤重23.7 t，锤底直径250 cm，落距13.5 m，采用隔排跳打的方法分两遍夯击，第一遍主夯点夯击次数为10击～14击;最后两击沉降差3.5 cm～5 cm，平均4.30 cm;第二遍主夯点夯击次数为8击～13击;最后两击沉降差3 cm～5 cm，平均3.94 cm;最后采用1 000 kN·m能级搭接1/3锤底直径满夯2击。夯沉量详见表1。

表1 夯沉量标高测量记录 m

3 试验方案

根据规范及设计单位要求，结合实际情况，检测项目与数量见表2。室内试验项目为含水量、干密度、比重、孔隙比、塑限、液限、压缩系数、湿陷系数及测点位置等。

3.1 探井取样，室内土工试验

1)探井采用人工挖掘，井下观察并进行地层描述，人工坑壁采取Ⅰ级土样，探井深度为7 m(或到砂卵石层)，从终夯面起，每隔1.0 m取一土样。2)室内土工试验按GB/T 50123-1999土工试验标准方法进行。试验项目为含水量、干密度、比重、孔隙比、塑限、液限、压缩性、湿陷性等。

表2 检测工作量表

3.2 地基静载荷试验

1)依据GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范附录J，JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范附录A“复合地基载荷试验要点”，采用慢速维持荷载法。在满夯14 d后进行试验，采用直径d=1.00 m，厚30 mm的圆形钢板。荷载分级按设计要求压力值的2.2倍即330 kPa分10级，每级为33 kPa，实际按11级加载，荷载分级见表3。2)测读沉降的间隔时间及相对稳定标准见相关规范。3)卸载:卸荷分三级进行(7级、4级、0级)，每卸一级，间隔30 min，读记回弹量，直至稳定。待卸完全部荷载后间隔3 h读记总回弹量。4)地基承载力特征值的确定:处理后的地基承载力特征值，应根据压力(p)与承压板沉降量(s)的p—s曲线形态确定。

表3 地基载荷试验加荷分级表

4 检测结果及分析

4.1 室内土工试验结果及分析

夯终面标高为1 504.64 m，最终夯沉量0.56 m。

4.1.1 湿陷性处理效果分析

由土工试验成果可知，试夯区场地地基土达到中密状态。夯终面以下2.50 m内的湿陷性消除;2.5 m以下地基土湿陷性未完全消除，处理后剩余湿陷量为100 mm。

4.1.2 夯后地基土的物理力学性质分析

夯后地基土的物理力学性质参数见“地基土的物理力学性质指标统计表”，与夯前相比，土的干密度增加，孔隙比减小，压缩系数减小，压缩模量增大。

4.2 地基静载荷试验结果及分析

4.2.1 地基承载力

P1，P2，P3试验点在试验的过程中，随着荷载的逐级增加，压板的沉降量逐渐递增，在各级荷载的作用下沉降均能达到稳定标准。达到最大试验荷载330 kPa时，各试验点的最终沉降量分别为14.05 mm，10.21 mm，14.86 mm，压板下的地基土仅产生竖向位移，没有侧向挤出，压板周围未出现裂缝。各试验点的压力沉降曲线(p—s)均为平缓的曲线，没有出现陡降段的起始点，说明荷载达到最大值330 kPa时，压板下的土体仍处于弹塑性变形阶段，极限承载力均大于330 kPa。全部卸载后，P1，P2，P3试验点的残余沉降量分别为 9.06 mm，6.96 mm，9.94 mm，回弹率分别为35.5%，31.8%，33.1%。

p—s曲线上没有明显的比例界限，根据GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范附录J“垫层、强夯和挤密等地基的静载荷试验要点”，当p—s曲线上的比例界限不明显时，可按压板沉降(s)与压板直径(d)之比及相对变形确定，但其值不应大于最大加载量的一半。本试验可取s/d=0.010(s=10 mm)所对应的压力为地基承载力特征值，由P1，P2，P3试验点的p—s曲线内插可得s=10 mm对应的承载力值分别为279 kPa，327 kPa，284 kPa，均大于最大加载量的一半165 kPa。所以取P1，P2，P3试验点的承载力特征值均为165 kPa。三个试验点承载力特征值极差为零，小于平均值的30%，可取平均值为地基承载力特征值，即fspk=165 kPa。强夯地基载荷试验结果见表4。

表4 强夯地基载荷试验结果汇总表

4.2.2 变形模量

土的变形模量根据p—s曲线的初始直线段，按均质各向同性半无限线弹性介质的弹性理论计算。根据GB 50021-2001岩土工程勘察规范第10.2.5条可知浅层平板荷载试验的变形模量E0(MPa)计算公式如下其中，I0为刚性承压板的形状系数，圆形承压板取0.785;μ为土的泊松比(粉土取0.35);d为承压板直径或边长，m;p为p—s曲线线性段的压力，kPa;s为与p对应的沉降，mm。根据上式可以计算出各试验点土体在s=0.01b对应荷载下的变形模量E0:P1试验点E01=19.22 MPa;P2 试验点 E02=22.52 MPa;P3 试验点 E03=19.56 MPa。

5 结语

1)试夯区夯终面以下2.50 m内的湿陷性消除，2.5 m以下地基土湿陷性未完全消除，处理后剩余湿陷量为100 mm。2)试夯区强夯地基承载力特征值fspk=165 kPa，满足设计要求。3)试夯区强夯地基变形模量E0=10.72 MPa。

［1］ GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范［S］.

［2］ JGJ 106-2003，建筑基桩检测技术规程［S］.

［3］ GB 50002-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范［S］.

［4］ GB/T 50123-1999，土工试验标准方法［S］.

［5］ GB 50025-2004，湿陷性黄土地区建筑规范［S］.

［6］ JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范［S］.