某大型物流园地基强夯法处理研究

郑杰圣

(福建省宏实建设工程质量检测有限公司 福建泉州 362122)

0 引言

在沿海大面积吹填砂地基中，评定强夯处理效果的重要指标是：地基承载力、压缩模量、抗液化性能是否满足设计要求。

法国工程师梅那首创了一种地基加固方法——强夯法[1]，其加固机理是在历时一般只有几十毫秒内给地基一个巨大的冲击能量，这种巨大能量促使土体结构发生变化，土颗粒之间发生重新排列，并排水排气，从而提高地基承载力和压缩模量，改善地基的抗液化性能。采用强夯法处理大面积回填土地基是一种非常经济有效的地基处理方法，该方法克服了分层碾压法对回填土厚度和土层含水率的限制。

基此，本文依托拟建于福建省泉州市石狮的某大型物流园项目，通过现场原位试验分析了强夯的3个重要参数(夯击能、夯击数、间歇时间)对强夯加固效果的影响，并对处理前后场地地基进行液化判别，以期达到加固地基、消除液化的目的。

1 工程及地质概况

拟建建筑场地的抗震设防类别为丙类，结构安全性等级为二级。拟建场地土层情况自上而下为素填土、粉质粘土、粉细砂、淤泥质土、粉质粘土、残积砂质粘土、全风化花岗岩强，主要土层参数指标如表1所示。

表1 拟建工程土层主要参数指标

该工程场地存在大量新近填土，且含有较厚的粉细砂层。由于粉细砂层属于易液化土层，而该物流园项目建筑荷载较大，且液化土层分布范围广，因此须对该建筑全面积范围进行强夯处理。强夯处理分两个阶段进行：第一阶段在场地场平前进行，强夯处理深度为5m～8m(处理深度至粉细砂层底部)，应完全消除粉细砂层的液化沉陷；第二阶段在场地场平后进行，强夯处理深度为2m～4m(即回填土厚度)。设计要求：第一次强夯后，应能完全消除粉细砂层的液化沉陷；第二次强夯后，地面下4m以内土层的地基承载力特征值≥160kPa，压缩模量≥8MPa。

2 施工参数对强夯加固效果影响分析

2.1 夯击能对强夯加固效果影响

夯击能是影响强夯加固深度的一个重要参数，为了确定强夯的有效加固深度，需进行夯击能试验。该场地A区砂层平均厚度为8.5m，采用直径为1.8m柱锤，夯点布置平面尺寸为5.0m×5.0m。设定3种工况：夯击前、夯击能2000kN·m、2500kN·m。

在夯击次数均为8击时，采用重型动力触探试验分析3种工况条件下的动探锤击数变化，并绘制修正后的重型动力触探击数-深度关系曲线，如图1所示。由图1可知，动探锤击数的变化规律是随着夯击能量的增加而增大，锤击数延深度的变化规律先增大后减少。工况一：强夯前，动探锤击数的变化范围很小，动探锤击数≤4击。工况二：夯击能为2000kN·m时，0m～6.5m段锤击数延深度逐渐增加，其中2.4m～6.5m段锤击数均≥9击，土体处于密实状态，6.5m以下锤击数逐渐减少9击以下。工况三：夯击能为2500kN·m时，0m～7.6m段锤击数延深度逐渐增加，其中1.3～7.6m段锤击数均≥9击，土体处于密实状态，7.6m以下锤击数逐渐减少9击以下。由此判断：有效加固深度随着夯击能的增加而增大，夯击能为2000kN·m时，有效加固深度约6.5m；夯击能为2500kN·m时，有效加固深度约7.6m。

图1 重型动探锤击数-深度曲线

2.2 夯击数对强夯加固效果影响

夯击数是影响强夯加固效果的一个重要参数，加固范围内土层的地基承载力、压缩模量和硬壳层厚度都与夯击数有关。该场地B区砂层平均厚度8.1m，采用直径为1.8m柱锤，点夯击能为2500kN·m。选择3个点进行复合地基载荷试验，试点编号为1(x=41455.782,y=20723.028)、2(x=41442.301,y=20716.450)、3(x=41428.820,y=20709.872)，对应的夯击数分别为6击、8击和10击，夯击两遍后，按照《建筑地基处理技术规范》(JGJ106-2012)[2]规定进行试验。根据静载荷试验结果，可绘出3个点的荷载沉降p-s曲线，如图2～图4所示。夯后地基承载力比夯前提高80%以上；总沉降变化规律是：6击(26.77mm)>8击(19.15mm)>10击(16.21mm)。

一般认为，静载荷试验在各种原位测试中是最为可靠的，并以此作为其它原位测试的对比依据。但这一认识的正确性是有前提条件的，即基础范围内的土层应均匀。经过强夯处理，浅层地基土形成密实的硬壳层[3]，土性较均匀，基本满足条件，在夯击能不变的情况下，硬壳层厚度随着夯击次数的增加而增大。

土的变形模量应根据p-s曲线的初始直线段，按均质各向同性半无限弹性体理论计算[4]：

E0=I0(1-μ2)pd/s

(1)

式中：

E0——土的变形模量；

I0——刚性承压板的形状系数，方形承压板取0.886；圆形承压板取0.785；

μ——排水条件下的泊松比(砂土取0.30或经试验确定)；

p——p-s曲线线性段的压力值；

d——承压板的直径或边长；

s——与p对应的沉降，对p-s曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定，取s=0.01b对应的荷载p代入式(1)计算。

压缩模量根据文献[5]提供的公式计算，如表2所示。由表2可知，各试验点的压缩模量均大于设计值，比原状土提高3～5倍，夯后土层的压缩模量得到明显提高。压缩模量的变化规律是：6击<8击<10击，击数越多，压缩模量越大。

图2 夯击数为6时p-s曲线

图3 夯击数为8时p-s曲线

图4 夯击数为10时p-s曲线

表2 强夯后各试验点静载荷试验结果

2.3 间歇时间对强夯加固效果影响

一般来说，土被扰动后强度明显降低，扰动停止后，随时间增长，强度又会逐渐恢复提高，间歇时间也是影响强夯加固效果的一个重要参数。由于强夯工艺特点和土体特征，土体的加固效果具有相对滞后性。

图5 不同时间标贯击数-深度曲线

该场地C区砂层平均厚度7.5m，采用直径1.8m的柱锤，点夯击能为2500kN·m，分别在夯前、15d、30d、60d进行标贯试验，并绘出不同时间标贯击数-深度曲线，如图5所示。由图5可知：强夯后15d进行的第一次测试，标贯击数已有明显提高，0m～2.5m提高7倍，2.5m～5.5m提高4倍，5.5m～7.5m提高2倍，此时未满夯。夯后30d进行第二次测试，此时已满夯，与第一次相比，0m～2.5m提高8倍，2.5m～5.5m提高5倍，5.5m～7.5m提高2.5倍。夯后60d进行第三次测试，与第一次相比，0m～2.5m提高8倍，2.5m～5.5m提高5倍，5.5m～7.5m提高3.5倍。这说明土的强度恢复与恢复时间及埋深有关，2.5m以上15d就可以恢复，2.5m～5.5m则需要30d，5.5m以下60d以后强度仍在增长。对于同一土层，土体的夯击效果随着时间推移而增长，具有明显的滞后效应。因此，进行承载力试验，间歇时间应满足设计及规范要求。

3 强夯处理地基液化性能评价

设计要求第一阶段强夯处理深度应至粉细砂层层底，处理深度为5m～8m。采用标贯对处理深度范围内的土层进行液化判别，当饱和土未经杆长修正的标贯锤击数N≤液化判别标贯锤击数临界值Ncr时，应判为液化土。液化判别标贯锤击数临界值Ncr可按式(2)计算[6]：

(2)

式中 ：

Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值；

N0——液化判别标准贯入锤击数基准值，可按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)表4.3.4选用；

ds——饱和土标准贯入点深度(m)；

dw——地下水位(m)，场地试验点位置的地下水埋深为3m；

ρc——黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3；

β——调整系数，设计地震第一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05。

泉州石狮市的抗震设防烈度为7度，设计地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，稳定地下水位埋深2.0～3.0m。强夯前后分别对编号为4(x=41285.523,y=20552.039)、5(x=41299.004,y=20558.617)、6(x=41325.965,y=20571.774)试验点进行标准贯入试验，并对强夯处理后粉细砂层进行液化评价，如表3所示。由表3可知：粉细砂层经过强夯处理后，标贯锤击数得到了明显提高，比强夯前提高2～4倍，且大于液化判别标贯锤击数临界值Ncr，土的抗液化性能得到了明显改善。

表3 强夯处理后各试验点液化评价

4 结语

结合现场原位测试，分析了夯击数、夯击能、间歇时间等3个参数对强夯加固效果的影响，可以得到以下几点结论：

(1)对于同一土层，在相同夯击数情况下，其有效加固深度随着夯击能的增加而增大，上部土体得到夯击能较大，而传到下部夯击能逐渐减少，下部土层加固效果不如上部明显。

(2)对于同一土层，在相同夯击能情况下，地基承载力特征值、压缩模量与夯击数密切相关，其变化规律随着夯击数的增加而增大。

(3)间歇时间也是影响强夯加固效果的一个重要参数，其夯击效果随着间歇时间的增加而增长，浅部土层影响较小，而深部土层影响较大。

(4)由于强夯同时具有动力挤密和动力固结作用，强夯处理后，砂土地基抗液化性能得到明显改善。