黏性土充填的碎石类填土强夯处理适宜性评价

2012-09-21张斌

中国科技信息 2012年19期

关键词：夯法泥质能级

张斌

北京东方新星石化工程股份有限公司,保定 071051

黏性土充填的碎石类填土强夯处理适宜性评价

张斌

北京东方新星石化工程股份有限公司,保定 071051

通过介绍强夯法在安庆石化炼油新区项目的应用实例，从工程地质勘察的角度分析黏性土充填的碎石类填土地基强夯处理的适宜性以及影响强夯处理效果的各种因素，通过探讨各种工程地质因素对强夯处理效果的影响，为类似场地地基土的处理积累相关的经验。

强夯; 碎石土;适宜性;勘察;承载力

引言

强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，我国于1978年引进并首次进行了强夯法试验研究，它是通过反复将夯锤提到一定的高度使其自由下落，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实，从而提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件等。

强夯地基处理可用于机场、道路、港口、堆场、储罐、仓储和工业与民用建筑等工程场地的地基处理。

安庆石化炼油新区扩建项目，位于安徽省安庆市主城区西部。该项目为全厂性改扩建工程的主体部分，包括新建500万吨/年常减压蒸馏装置、200万吨/年重油加氢装置、200万吨/年催化裂化装置、等大型石化生产装置。该场地地貌类型为沿江剥蚀～堆积阶地地貌，原始地形较复杂，地势起伏较大。项目建设初期进行了场地平整，平整方案采取高挖低填的方式，填料主要为场地地势较高处原有的碎石土、黏性土、砂土和全风化泥质砂岩混合填料。

由于回填土的承载力和变形模量均不能满足设计要求，需要对其进行处理。考虑到强夯法夯击能量大，影响深度大，同时与其他地基处理方法相比具有工艺简单、效果显著、设备简单、费用低廉、质量容易控制、适用土层范围广及施工周期短等优点，故决定采用强夯法对该场地回填土进行地基加固处理。本文通过介绍夯后勘察和地基检测结果，探讨黏性土充填的碎石类填土地基的强夯适宜性。

1 场地地层

工程勘察资料显示场地地层主要为：第四系全新统(Q4)素填土、粉质黏土、第四系上更新统冲洪积卵石土(Q1al+pl)和白垩系上统宣南组全～中风化泥质砂岩、砂岩(K2x)。根据成因、岩性及物理力学性质的不同，地层划分如下：

①层素填土（Q4ml）：灰黄、灰褐、褐黄等色，整体色杂，主要由卵石、碎石及黏性土等组成，结构松散，组成物质复杂，不均匀，为场地整平过程中人工回填而成，层厚0～17.80m。

②层粉质黏土（Q4al+pl）：褐黄色～黄褐色，一般硬塑，部分可塑，含少量砾砂、卵石，切面稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，部分地段为黏土、粉土。

③层卵石（Q1al+pl）：灰褐色、灰黄色，湿～饱和，稍密～中密。卵石含量一般50%～70%左右，粒径一般2cm～5cm，少量7cm～10cm，最大粒径超过10cm，分选中等，磨圆一般，多呈次圆状、亚圆状，另含少量砾石，局部夹薄层砂砾，母岩成分主要为石英岩、石英砂岩和燧石等，强度高，孔隙间由黏性土、中粗砂或砾砂充填。

④层全风化泥质砂岩(K2x)：灰红色、紫红色，部分灰白色、灰黄色，岩体风化强烈，原岩结构、构造已完全被风化破坏，岩芯呈土柱状、砂柱状，手可掰开，泥质含量变化较大，岩体风化不均匀。

⑤层强风化泥质砂岩(K2x)：灰红色、紫红色，部分灰白、灰黄色，砂泥质结构，中厚层状构造，泥质胶结，胶结程度差，浸水易软化，结构大部分破坏，风化裂隙很发育，主要成分为石英、长石，含少量云母和泥质，各成分变化较大。

⑥层中风化泥质砂岩(K2x)：灰红色、紫红色，砂泥质结构，中厚层状构造，泥质胶结，风干易裂解，主要成分为石英、长石、云母及泥质，裂隙稍发育，岩芯较完整，呈柱状，柱长一般10cm～40cm，指甲可刻划，岩质软。

2 强夯法

2.1 强夯施工

由于场地范围内原始地势起伏较大，整平后填土厚度相差亦较大，为达到理想的强夯效果，对填土厚度不同的地段采用不同的夯击能级，共有6个夯击能级：1500 kN·m能级、3000kN·m能级、6000kN·m能级、8000kN·m能级、10000kN·m能级、12000kN·m能级。

现以6000kN·m能级夯区S6-1/2/3/4/5/6为例，夯锤直径为3.6m，分三遍进行，第一、二遍的单击夯击能均为6000kN·m，每遍夯击次数以最后两击平均夯沉量不大于10cm且每遍夯击次数不少于16击控制；第三遍满夯两遍，夯击能级为2000kN·m，每遍每点三击。两遍主夯点呈7.5m×7.5m正方形布置，第一、第二遍夯点采取隔行跳点方式进行施工，第三遍满夯夯印要求搭接1/4，以夯实地基浅部填土，并整平地基表面。处理后地基承载力特征值要求fak≥200kPa，压缩模量要求Es≥10MPa，处理范围为回填土和①层素填土，最深有效加固深度约8.0m。

2.2 强夯处理效果

地基土检测采用重型圆锥动力触探试验和载荷试验等检测方法。重型动力触探试验成果及夯后地基土载荷试验成果分别见表1和表2：

由表1强夯前后重型圆锥动力触探试验数据对比，可以看出，夯后各夯区平均动探击数普遍不同程度地高于夯前平均击数，这就意味着地基土密实度在强夯后普遍有了一定程度的增加，由夯前的极松散～松散变成夯后的近稍密～稍密。

表1 重型圆锥动力触探试验成果

表2 载荷试验成果

由表2载荷试验成果，可以看出，强夯后地基土的承载力特征值12个试验点，有6个达到设计要求，还有6个未达到设计要求且基本上与设计要求值相差甚远。

3 强夯处理效果分析

强夯后各夯区平均动探击数均较夯前后所提高，地基土密实度在强夯后普遍有了一定程度的增加，这说明了强夯法在增加黏性土充填的碎石类填土的密实度方面，效果是比较明显的。

夯后有一半数量的载荷试验点测得的地基土承载力特征值未达到设计要求且基本上与设计要求值相差甚远，造成这种结果的原因大致有以下几点：

(1)由勘察报告可知，承载力特征值较低的试验点，地基土中的黏性土占比一般较大，局部为含碎石黏性土，由于黏性土透水性差，场地地下水位较浅，强夯施工时未设置竖向排水通道，夯锤对土体施加瞬时荷载，土体中的孔隙水来不及排出，在土体内产生超静孔隙水压力且长时间得不到消散，导致土体内的有效应力大大减小，从而较大程度上降低了地基土承载力。

这点可以从下面的事实得到印证：强夯后经过天的孔隙水压力消散，在黏性土占比较大的试验点钻孔，有大量的压力水从孔中涌出，这表明仍有较高的孔隙水压力未消散。

而地基土黏性土占比较小的试验点，粗颗粒土之间形成的空隙不会被黏性土完全充填，形成天然的排水通道，因而土体在强夯后较短时间内由瞬时荷载引起的超静孔隙水压力就可以消散掉，转变为有效应力，从而提高地基土的承载力。

(2)场地位于长江下游地区，降雨量丰富，回填整平过程中，由于降雨等因素，回填土的含水量较高。由勘察报告中的土工试验结果可知，黏性土含水量为20.2%～33.7%，大于最优含水量14%，无黏性土含水量11.4%～26.7%，大于最优含水量7%～9%。

对于黏性土来说，含水量增加，会使颗粒表面的薄膜水变厚，颗粒间电分子吸引力下降，土体内聚力降低，因而地基土承载力也会降低；对于非黏性土，含水量的增加会在土颗粒表面形成润滑作用，使得土的内摩擦角降低，因而地基土承载力也会降低。