高能量异形锤强夯石渣桩对软弱地基的处理分析

王延波 程祖锋 宋 霞

(1、河北工程大学 资源学院，河北 邯郸 056038 2、北京铁路局邯郸站 房建车间，河北 邯郸 056001)

引言

强夯法由法国Menard（梅纳）技术公司于1969年首创，1978年被首次引进我国。最初用于加固砂土和碎石土地基，经过多年的发展，目前强夯法可处理碎石土，砂土，低饱和度的粉土与粘性土，湿陷性黄土，杂填土和素填土等地基。强夯法具有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工费用低、工期短、施工方便、节约材料等优点，在我国已经得到广泛的应用。但对于淤泥和淤泥质土地基,其适用性尚有争议。该文结合沿海某大学的淤泥质土软路基进行处理分析强夯石渣桩的效果和加固机理。

1 强夯石渣桩加固机理

因为渗透性差、粘粒含量多、含水量高,所以饱和软土如果直接强夯,效果不理想，更有甚会导致夯后地基承载力降低,这种现象出现的主要原因在于强夯过程中和强夯以后，超孔隙水压力在饱和软土中不能及时的消散、排出，所施加夯击能全部或大部分被超孔隙水压所吸收，根本不能改变土体结构，甚至会出现“橡皮土”。但在强夯施工中将石渣挤入饱和软土中形成挤密石渣桩，在饱和软土中形成竖向排水通道，随着时间推移，土体中的自由水将随着超孔隙水压力降低从土的颗粒间隙或人工排水通道中排除，软土将产生排水固结。同时石渣桩体，在地基挤密和强夯夯击双重作用下，桩体产生横向变形，迫使周围土体发生“挤土效应”，使土的相对密度Dr增加，增强地基土的抗液化能力。因此软土地基经强夯石渣桩处理后，地基土性能将大大改善，承载力、密实度、抗液化能力将大大提高，而且强夯后的硬壳层构成一个承台置于较密的石渣桩上，也增加了地基的整体强度和均匀性。

2 强夯石渣桩的设计与施工

珠海市某大学校内主干道场地原地貌属丘陵滨海平原亚区，地势平坦。场地内岩土层自上而下分划为人工填土（6m），第四系全新世海陆交互沉积土层(淤泥为9m)，风化残积土层及燕山基岩四大类。本区软土具有含水量高，天然空隙比大，压缩性高，淤泥天然强度低。采用堆载预压法工期较长。因工程工期紧张，故采用高能量异形锤石渣桩处理，在成本和工期两方面均得到优化。

2.1 石渣桩参数的确定与桩孔布置

图1

试验区面积为20m×20m，在试验区内，石渣桩采用正方形布置，夯点间距8m，夯点间插夯，桩体密实部分的直径不小于2.5米，桩长10-15m。使处理后的地基承载力不小于120kPa。

试夯区夯点布置图如图1所示

2.2 施工设备及工艺

图2

图3

2.2.1 施工设备:强夯机，选用50t锤底直径1.4-1.6m异形锤，装载机装料。

2.2.2 施工流程:①场地平整，并准备石渣填料②埋设监测仪器③第一遍夯点位置放样④强夯设备就位，夯锤中心与夯点重叠⑤夯锤开始夯击直至完成设计要求的石渣桩⑥第二遍夯点位置放样⑦强夯设备就位，夯锤中心与夯点重叠⑧夯锤开始夯击直至完成设计要求的石渣桩⑨推平经行满夯。

2.2.3 施工控制:施工时，分两次成桩，即先用50t锤，6000K.m夯击能夯6-7击，形成6m左右的石渣桩，后采用50t锤，10000K.m夯击能形成10-15m石渣桩。分三遍夯，第一遍夯点采用正方形的四个角点，第二遍夯点在4个角点间插夯，两遍收锤标准均是最后两击平均夯沉量不大于200mm，且击数不少于15击。第三遍为满夯，1/3搭接，单点夯击3击。

3 效果检测

强夯置换施工后，分别采用静载试验、重Ⅱ型动力触探、瑞利波对复合地基加固效果进行了试验检测。

3.1 静载荷试验

在强夯施工完毕的场地上，按照《建筑地基处理技术规范》的要求，进行了现场静荷载试验。单桩静载荷试验历时16小时24分钟，沉降量14.82mm，残余沉降量5.00mm，取s/b=0.01所对应的荷载，得出单桩承载力基本值为201Pa;桩间土静载荷试验历时48小时35分钟，沉降量72.12mm，取s/b=0.015所对应的荷载，得出单桩承载力基本值为120kPa，复合地基承载力为126.2kPa，满足设计要求。试验加载方式为慢速维持加荷法，总加载重量为设计要求的两倍，加荷等级分为7级。每加一级荷载，单桩静荷载试验在加荷前后各记录沉降一次。当一小时内沉降增量小于0.10mm时，即可加下一级荷载。桩间土静荷载试验每级加载后，按间隔10分、10分、10分、15分、15分，以后为每隔半小时读一次沉降，当连续两小时内，每小时的沉降量小于0.10mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。经检测，复合地基承载力特征值大于120kPa，满足设计要求。下图为现场某处静荷载试验p-s曲线。

3.2 重Ⅱ型动力触探

利用重Ⅱ型动力触探对桩体的密实度及桩长进行检测，被检测的桩体中，标准贯入锤击数，处理前3-6击，处理后10-27击，平均击数为18击，桩体碎石充填较好，且垂直连续，检测结果表明桩长达到14m。

3.3 瑞利波法

利用瑞利波法测出桩间土和桩体两种瑞利波速，由不同介质特性判定桩长。结果表明桩长为10.5-15.7m，满足设计要求。下图为现场某处瑞利波速度等值图。

4 高能量异形锤强夯石渣桩加固评价：

综合面波测试、重Ⅱ型动力触探和静载荷试验的结果，强夯地基土承载力、压缩模量和有效加固深度均能满足设计要求。

5 结语

5.1 强夯法处理软土地基具有较强的经验性和特殊性，施工前期应认真慎重对待试夯。

5.2 强夯设计时，夯点布置应尽量均匀、对称，并且不能过密，避免土体侧挤破坏和过分隆起。

综上所述：高能量异形锤强夯石渣桩施工设备简单，工艺方便，施工速度快，加固效果好，经济效益可观。该方法值得推广并具有较大的应用价值及前景，尤其在沿海地区大力推广。但需在理论上加深研究，使其进一步完善。

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