分析高能级强夯地基土载荷试验研究

张华

【摘 要】研究通过对新疆地区碎石回填地基上成功进行的10000kN·m高能级夯土强夯试验展开分析，为高能级强夯的检测与设计提供参考依据。研究还在此基础上对于经不同能级强夯之后的地基平板荷载的最终试验结果进行比对分析，分析结果显示极限承载力与变形模量较高，变形量较小；夯间地基土和夯点的密实度基本保持一致，试验中无需增大荷载板面积。

【关键词】高能级强夯；荷载板面积；载荷试验

强夯法最早起源于上世纪七十年代，我国在同期就引入此种技术用来对碎石土、粘性土、素土、杂填土以及粘性土等进行处理【1】，通常有效加固深度可达5-10m。当工程对于加固深度程度要求在10m以上时，则需通过高能级强夯技术进行，目前国内强夯实例中最大的能级为10000kN·m【2】，最大加固深度可达11-15m。本次研究通过对10000kN·m的高能级强夯地基土载荷试验中以不同能级进行强夯后的地基土平板荷载试验结果进行分析，最终得到一些具有实践意义的试验结论，希望能以此为国内相关强夯地基处理工程提供指导。

一、试验场地土层条件及施工工艺

此次试验场地的填土最大厚度在11-14m之间，这其中夹杂着较多块状大型开山石，且粒径均较大【3】。主夯能级为10000kN·m，以180kN及220kN圆形铸铁组合式锤，先于夯点间距10m×10m处夯两次，之后以3000kN·m的能级进行插点夯，能级为10000kN·m的主夯功效主要处理深度较大的地基，而3000kN·m的插点夯功效主要是处理主夯点间的楔形地基，具体的夯点布置见图1。本次研究主要以10000kN·m为主，并和3000、6000以及8000区的平板载荷试验进行对比，对试验结果进行进一步探讨。

图1试验区的夯点布置及监测点布置示意图

二、平板载荷试验

本次研究采用的平板载荷试验，其试验结果比较直观，具体试验方法为在承压板上朝向地基土以逐级的方式施加荷载，并求得变形特性的原位以及地基土压力，以此反映出承压板下方一定深度及宽度区域的地基土强度以及变形的综合特性，其试验结果可靠，特别适于成分以及结构较为不均的回填土【4】。

为对较为深层的土层情况进行考察，承压板的尺寸较大为宜，例如2.5×2.5m或以上，因为采用较大承压板，那么试验结果则可基本反映出深度与宽度均较大的填土层性质。但还需因地制宜，选取最为合理的尺寸，以免承压板过大，延长试验周期，增加费用【5】。

三、试验结果

本次试验共进行多组平板载荷试验，荷载板大多为多层厚钢板的叠合【6】，通过平板载荷所确定的不同能级强夯地基承载力平均特征值以及变形模量的具体情况见下表。

表1不同能级试验相关结果情况

表中所示能级为10000的试验区在满夯之后又选取两个试验点，分别为Z1及Z2，承压板的面积设置为1.5×1.5m，试验所得的P-S曲线见下图2，曲线图显示，两点曲线基本保持一致，其中Z2点在350kPa以前的沉降量要稍微高于Z1，而之后的沉降量则较Z2来说相对较小。

图2能级为10000kN·m的试验关系曲线

能级为3000区的强夯在试验满夯之后先布置了Z1与Z2试验点，当大面积施工结束之后，又布置了P1、P2、P3以及P9共计4个试验点，各点曲线图参见图3，这其中Z1布置于夯点之上，Z2布置于夯间中，位于大面积施工区域中的4个试验点均在夯间布置。从图3中可以看出曲线基本呈直线发展，无陡降段，且荷载板的周边土体无明显隆起。

图3 能级为3000kN·m的试验关系曲线 图4 能级为6000kN·m的试验关系曲线

图5能级为8000kN·m的试验关系曲线

能级为6000的试验区在满夯之后，先布置Z1与Z2两个试验点，大面积施工之后又布置了试验点P11，荷载板面积为1.5×1.5m，其中各点p-s曲线见下图4。这其中Z2布置于夯点之上，Z1与P11均为夯间，图中的曲线图主要为直线缓降型，400-500kPa间的总变形量相对较小，并均处在20mm内。

能级为8000的试验区于大面积施工之后，设置了P1-P9共8个试验点，这其中P1-P4的承压板为2.5×2.5m，其余試验点在和版为1.5×1.5m，各点曲线关系见图5，由图可知曲线为缓变型，所有变形量均小于30mm，虽然荷载板面积相差将近3倍，但在图中并无明显区别，由此可见当荷载板面积达到一定规格后，无需再增大面积。

结束语：

本次研究进行了多组的平板荷载试验，根据试验结果总结出了能级为3000、6000、8000以及10000kN·m的承载力以及变形模量。3000与6000区承载力平均特征值达240KPa，8000区承载力的评价特征值可达284kPa，10000区承载力的平均特征值则为375kPa。此类场地经强夯加固之后，夯点和夯间地基的密实度可基本保持一致，由静载试验所反映出的承载力与变形特性则基本相同，所以在试验点的选择上，只需选取具有代表性的点位。试验结果显示，如果荷载板面积达到了一定规模，那么就无需增大荷载板面积进行试验。总之本次研究取得了一定的实用性结论，这些结论对于我国新疆地区碎石土的回填地基、大厚度湿陷土质地基以及新疆地区的粉砂土地基与山区回填地基的处理等都具有一定参考价值。

参考文献：

[1]栾帅.残积土回填地基高能级强夯有效加固深度的研究[J]哈尔滨工业大学，2013（06）.

[2]栾帅；王凤来；水伟厚.残积土回填地基高能级强夯有效加固深度试验研究[J]建筑结构学报，2014（10）.

[3]何淑军；李鸿江；赵敏学；赵伟涛；王兰兴；罗连宝；何万普.西北干旱湿陷性黄土区增湿高能级强夯试验研究[J]铁道工程学报，2011（07）.

[4]满俊英；王乐福；袁致明；王安麟.预增湿高能级强夯处理大型储罐地基试验研究[J]施工技术，2012（04）.

[5]安春秀；黄磊；黄达余；龚晓南.强夯处理碎石回填土地基相关性试验研究[J]岩土力学，2013（08）.

[6]胡树林；熊健；孙茂岭.高能级强夯法处理深厚湿陷性黄土地基失效的案例分析[J]勘察科学技术，2014（06）.