强夯置换碎石桩复合地基承载力的试验研究

崔守强

辽宁省锦州市大通公路勘察设计院

强夯置换碎石桩复合地基承载力的试验研究

崔守强

辽宁省锦州市大通公路勘察设计院

近年来，随着地基处理技术的普及、提高和发展，各类复合地基在各类建设工程中得到越来越多的应用，复合地基种类越来越多，碎石桩复合地基是近年来在高速公路地基处理中广泛应用发展起来的一种新型地基处理技术。本文对强夯置换碎石桩复合地基进行了介绍，并对其承载力进行了实验研究。

复合地基；强夯；碎石桩

引言

强夯加固地基方法具有设备简单、经济易行、效果显著等优点，它以很低的经济成本，大幅度提高地基土的强度，并降低其压缩性，这是其他地基处理方法所无法相比的。因为粘土地基、饱和粉土其含水量高，粗颗粒含量少，粘粒含量多，渗透性差，在强夯过程中和强夯之后，土中超孔隙水压力没有消散，也不能排除地下水，土体结构不能被强夯所施加的能量改变，却被土中的超空隙水压力吸收了，使土体不能加固；另一方面因为侧向扰动土体，反而降低了原有承载力，为了将这类饱和土中的加固效果在强夯中提升，首先必须将超孔隙水压力的消散和土中地下水的排水问题解决了，建筑地基处理技术规范(JGJ 79-2012)中建议对于粘性土地基与高饱和度的粉土可尝试在夯坑内回填粗骨粒的办法。

1 场地工程地质条件

锦州市经济技术开发区沿海区域地势平坦，冲海相沉积，平原地貌，区域地质相对稳定。地下水类型为地下潜水，赋存于砂砾石层，该层为主要含水层，接受地表水的补给。冻土深度为1.13米，地震动峰值加速度0.05g。场地地基土的工程性质如下：

①淤泥质粉质粘土，层厚0.5-3.5m，深灰色，淤泥夹大量植物根茎，下部见贝壳及朽木，流塑一软塑，饱和，断面较粗糙，干强度低、高压缩性土。地基承载力特征值70kPa。

②粉质粘土，层厚1.0-2.0m，黄色，软塑一可塑，饱和，断面较粗糙，无光泽反应，干强度低，韧性低，高压缩性土。地基承载力特征值100kPa。

③粉细砂，层厚＞2.0m，灰白色，颗粒均匀，局部夹粉质粘土，颗粒成分为石英、长石及少量云母，透水性较好，饱和，稍密，中压缩性土。地基承载力特征值160kPa。

2 强夯置换碎石桩复合地基现场试验

2.1 强夯施工方案的确定

针对土体的特点，在强夯法试验时，边夯边添河卵石找平，从而提高地基承载力、减少沉降。采用夯锤锤底直径2.0m，质量是15t，落距l0m，三角形布置夯点，强夯有效深度为3.0m，夯点间距4.0m，夯击3遍，每个夯点夯击10次。

2.2 强夯碎石桩试验区平面布置

本次试验选择12m×12m的现场试验区，，每点间距3.0m呈矩形网格布置，共布置了25个夯点。

2.3 强夯置换碎石桩复合地基施工参数

(1)碎石桩成桩夯击：单击能量750kN·m，夯底直径0.9m，夯锤为5t铸钢锤，锤底静压强78.6kN/m2，单位夯击能量为1179kN·m/m2。采用跳夯法施工，分两遍进行，边夯边在夯坑内填入碎石。碎石料主要成分为5～50mm的河卵石，每次填料后夯打5-6击，每个夯点夯击数不少于30击。

(2)桩间土加固满夯：单击能量2500kN·m，夯底直径2.2m，夯锤底静压强65.8 kN/m2，夯锤为25t平底钢锤，单位夯击能为1579kN·m/m2。在满夯夯击前，先开挖1.5m左右碎石桩已成型的地基土，在褥垫层满铺50cm厚碎石土，然后找平，然后再满夯褥垫三遍。

3 检验地基处理效果

3.1 强夯地基土的圆锥动力触探试验

1＃试验区有0.6-1.0 m深的夯坑，一层厚度为夯坑直径1倍左右的硬壳层在坑底形成，可以将承载力提升2-3倍。在强夯施工结束后，对地基土进行了圆锥动力触探。试验结果表明，埋深1.0-2.0 m地基土的地基承载力特征值提高了100kPa，埋深2.0-3.5m地基承载力特征值提高了60kPa，而埋深3.5-5.0m地基土的地基承载力特征值提高了40kPa，提高较少。

3.2 强夯地基载荷试验

加固饱和粉质粘性土在强夯中，土体原来的结构被夯击破坏了，并有裂隙产生，孔隙水压力增大，土体有效应力减小，裂隙引起渗透性增大；其次夯击产生的动应力饱和土的排水加快了，土体在孔隙水压力消失后发生了固结，土体有效应力增加，提高了土体强度。强夯数据如表1所示。

3.3 圆锥动力触探试验

碎石桩是一个受力置换桩，承载力较高。埋深3.5-5.0m，地基承载力特征值提高了60kPa；埋深2.0-3.5m，地基承载力特征值提高了70kPa；桩间土埋深1.0-2.0m，地基承载力特征值提高了110kPa。

与强夯法相比，埋深3.5-5.0m，地基承载力特征值提高了20kPa，桩间土埋深1.0-2.0m ，2.0-3.5m，地基承载力特征值提高了10kPa。所以直接强夯地基经过碎石桩的挤密排水作用桩间土承载力较提高了许多。

表1 强夯载荷试验结果

3.4 强夯置换碎石桩与桩间土的载荷试验

通过勘探2＃试验区现场，碎石桩体在土中延伸到了第③层粉细砂顶面处，桩体直径两端小，中间大，呈鼓形状，桩体直径上中下还比较均匀，平均直径为1.3m，从桩长、桩径、桩体形状来看，强夯置换碎石桩效果比较理想。试验点桩间土及碎石桩载荷试验数据见表2所示。

表2 桩间土及碎石桩载荷试验结果

由2个试验区载荷试验和动力触探显示出碎石桩承载力比较高，碎石桩既可当作排水井，又当作加固地基的置换受力桩，使桩间土固结排水，桩间土也较直接强夯地基承载力高。

3.5 复合地基的承载力计算值

由触探结果确定的复合地基承载力

应用面积比公式核算复合地基的承载力标准值：

由动力触探确定①、②层土的复合地基承载力：

①淤泥质粉质粘土

②粉质粘土

对于不同精度等级的观测，本文所建立的确定置信概率的函数应采用不同的系数，不能一概而论，影响平差精度。

结束语

强夯碎石桩是加固饱和粉土、粘土地基的一种有效方法，该方法机理明确，效果显著，不仅仅通过设置高强度碎石桩提高复合地基承载力，而且通过有效加固桩间土来大幅度地提高复合地基承载力。因此，对其进行可靠度分析是很有意义的。

[1]史良相.碎石桩复合地基的试验研究及数值模拟[D].内蒙古工业大学，2007.

[2]王良川.碎石桩复合地基理论分析与试验研究[D].昆明理工大学，2005.