抚仙湖东岸建设厂区碎石杂填土强夯方案比选研究

2022-10-13张书铭燕永锋郑晓军

地质灾害与环境保护 2022年3期

张书铭，燕永锋，郑晓军

(1.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093;2.云南省有色地质局，昆明 650051)

1 引言

山区碎石土回填的地基由于其土石比例控制难度大、颗粒粒径极不均匀、山区地貌起伏不定导致填土在回填时的深度不一等原因，导致其在未进行有效处理前地基的密实程度很难满足建筑的使用要求，因此必须在施工前进行一定的具有针对性的地基处理措施，使其能够达到一定的安全储备[1]。强夯法是工程中最常用的地基处理方法之一，夯锤下落过程中势能转化为巨大的动能，再通过撞击将这种能量传递到地基土层中，产生剧烈震动、受压作用，最终通过这种反复加载、卸载使地基振密压实，实现承载力的提升[2-4]。应用强夯法对上述作业面大、地质条件复杂的场地地基处理中进行加固，具有经济、安全、环保、高效等特点，但目前针对山区碎石土填方地基采用强夯法处理的研究较少，尤其是本工程这种采用“削山填谷”的方法进行土石方施工的场地，其大多存在填土级配差、回填厚度较大且薄厚不一的特殊情况，这类场地具体应采用何种强夯施工方案才能起到更好的加固效果，能更好地达到工程质量要求，是当前需迫切解决的一个重要问题。因此，开展山区碎石土填方地基强夯方案比选，以及加固效果检测的研究工作，对指导云南地区强夯工程的设计和施工，确保工程质量、降低工程造价，具有重要的理论意义及现实意义，本文将结合实际工程进行分析与探讨。

2 工程概况

2.1 场地概况

本场地位于玉溪市澄江县右所镇，隶属右所镇小湾村委会辖地，坐落于抚仙湖东部，项目规划净用地面积36 455.3 m2(约3.65 hm2)。拟建场地总体上属于构造、剥蚀成因的山地中山缓坡地貌，场地现状除北侧为冲沟外，其余地段相对平坦，中部现作为足球场使用，场地西为现有已建规划道路，南侧紧邻同步在建E01地块项目，现状标高总体呈南高北低，介于1 891.53～1 930.11 m之间，总体呈南高北低，最大高差达38.58 m。

场地于2014年前后开始填土；填料以周边场平开挖土方为主，主要为红粘土和灰岩碎、块石；采取自然堆填法，没有分层碾压，现状前沿堆填坡比约1∶1.5左右，中部作为足球场使用；填方最大约33.2 m，结合后期规划标高，最终填土厚度最厚约35.0 m。

场地规划主要为10栋6层洋房及相关附属设施，1#、2#、9#建筑拟采用桩基础外，其它建筑拟采用筏板基础。根据现状标高，场地基本由回填形成。根据相关要求，由于填土区域的地基承载力及沉降等不能满足场地及建筑(浅基础)使用要求，拟采用强夯对场地回填土进行处理，夯击能4 000 kN·m、8 000 kN·m两种能级。

为保证强夯后场地地基承载力、工后沉降等参数满足相关要求，强夯正式施工前计划在场地选取5个位置采取不同强夯法进行试夯，试夯完成后检测各试夯点的强夯处理效果，最终选取适合本场地的强夯处理方案。

2.2 场地工程地质条件

拟建场地位于抚仙湖东岸，总体上属于构造、剥蚀成因的山地中山缓坡地貌。场地内除岩溶较发育外，附近未发现崩塌、滑坡、泥石流、采空区及地面沉降等不良地质作用存在，也未发现发震断裂从场地内通过，可不考虑不良地质作用的影响。根据岩土体的成因、力学强度及岩性组合、结构特征、工程地质特征，拟建场区揭露深度内为人工填土，第四系坡残积层，下伏基岩为二迭系下统茅口组灰岩。场区内出露地层如表1所示。

表1 工程地质条件表

3 强夯方案

本工程共在场地内选取5个试夯点，依据文献[5-6]为每个试夯点选取不同的夯击方案详见下表2，并在强夯施工结束14 d后，根据文献[7-8]对每个试夯点进行加固效果的检测。

表2 强夯方案表

4 强夯检测方法

根据设计要求，结合文献[8-9]中的的相关规定，本次检测工作采用静载试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验等方法对强夯地基进行测试。并根据检测出的结果对各试验点的加固效果做出评价，最终确定不同场地条件下合适的强夯加固方法。

4.1 静载试验

静载试验采用堆重平台反力装置，液压千斤顶对强夯地基进行加荷，由电动油泵对千斤顶自动加压，沉降量采用位移传感器测量，荷载采用油压传感器测定，加载方式采用慢速维持荷载法；整个测试及分析过程由静力分析系统自动完成。

本工程在每个试验点夯前选取一个点进行载荷试验(慢速法)，夯后在夯点及夯点间分别选取一个点进行载荷试验(慢速法)，加载至要求的700 kPa或出现承压板周围的土明显地侧向挤出；沉降S急骤增大，压力-沉降曲线出现陡坡段；在某一级荷载下，24 h内沉降速率不能达到稳定标准；承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%等4种情况视为破坏停止加载。夯前承压板面积不小于1 m2，夯后试验点1、3、4、5承压板面积不小于1 m2，夯后试验点2承压板直径为1.5 m[10]。最终检测结果如表3。

表3 载荷试验成果表

由表3可知：在进行强夯处理前除试验点3以外，其它实验地点采用慢速法增加荷载直至破坏时，极限承载力虽均在400～500 kPa之间，但都未达到700 kPa。对试验点进行强夯处理后，无论是夯点还是夯间的极限承载力都有明显提高，并全部达到700 kPa的标准。说明使用强夯法对山区碎石黏土地基进行加固，在提升地基极限承载力的方面效果显著。

4.2 圆锥动力触探

采用圆锥动力触探试验将不同深度的实测数据进行对比分析，从而达到检测地基土在垂直方向上的密实度、均匀性和有效加固深度等目的。该项目试验区检测点布置中所有检测点填土部分均采用圆锥动力触探N63.5或N120，检测地基土承载力、变形模量等。圆锥动力触探连续贯入，遇大块石钻孔通过后连续检测。夯前在所有检测点中各选取一半进行重型圆锥动力触探试验(N63.5)检测和超重型圆锥动力触探试验(N120)检测；夯后在夯点上选取6个点进行超重型圆锥动力触探试验(N120)检测，夯点间选取6个点进行重型圆锥动力触探试验(N63.5)检测[11-13]。

4.2.1 重型圆锥动力触探

重型圆锥动力触探(N63.5)试验是利用XY-150型钻机，将一个钢制的锥型探头(锥角60°)连接钻杆(钻杆直径42 mm)，用一重63.5 kg的重锤，提升高度76 cm，将探头击入土层之中，记录每击入10 cm的锤击数。试验完成后对锤击数进行杆长校正，根据校正后的锤击数，参照有关规范，得出土体的力学性能的一种原位测试方法[14]。

在重型圆锥动力触探检测结果中，取其对第一层素填土的检测数据，将5个试夯点在4个不同深度的动探锤击数平均值，与夯前检测的数据进行比较，结果如图1。

图1 素填土重型动探检测结果折线图

根据重型动力触探在第一层素填土进行检测的结果可以看出，与夯前相比试验点采取的强夯措施均起到一定的加固效果。其中在0～8 m范围内，试验点4与试验点5的加固效果要明显优于其它试验点；试验点1在6～10 m范围内的加固效果与试验点4、5基本相同，但在0～6 m范围内的加固效果较差。试验点2、3的加固效果类似，动探锤击数在每个深度段都很均衡，变化幅度在两击以内。

4.2.2 超重型圆锥动力触探

超重型圆锥动力触探(N120)试验是利用XY-150型钻机，将一个钢制的锥型探头(锥角60°)连接钻杆(钻杆直径50～60 mm)，用一重120 kg的重锤，提升高度100 cm，将探头击入土层之中，记录每击入10 cm的锤击数。试验完成后对锤击数进行杆长校正，根据校正后的锤击数，参照有关规范，得出土体的力学性能的一种原位测试方法。

在超重型圆锥动力触探检测结果中，取其对第一层块填土的检测数据，将5个试夯点在0～10 m间3个不同深度的动探锤击数平均值，与夯前检测的数据进行比较，其中试验点3与试验点4在8～10 m范围内并未检测到块石填土，对比结果如图2。

图2 块石填土超重型动探检测结果折线图

根据超重型动力触探在第一层块石填土进行检测的结果可以看出，试验点1的加固效果最好，其次是试验点2与试验点3。其中试验4点在0～8 m范围以及试验点5在0～6 m范围的动探锤击数，都比夯前的动探锤击数小，加固效果并不理想。

4.3 标准灌入试验

标准贯入试验是利用XY-150型钻机，将一个标准贯入器连接钻杆(钻杆直径42 mm)，用一重63.5 kg的重锤，提升高度76 cm的高度自由落下,将标准贯入器打入土中15 cm后，开始记录每10 cm的锤击数，累计打入30 cm的锤击数为标准贯入试验锤击数N击。试验完成后对锤击数N值可对粘性土的物理状态、土的强度、变形参数、地基承载力作出评价的一种原位测试方法。

其中夯前当填土采用重型圆锥动力触探试验(N63.5)以及超重型圆锥动力触探试验(N120)检测时，填土层下的粘性土层采用标准贯入试验检测。夯后在夯点上的检测点中填土层下的粘性土层进行标准贯入试验检测；夯点间当采用超重型圆锥动力触探试验(N120)检测时，揭穿填土即可终止检测，当采用重型圆锥动力触探试验(N63.5)检测时，填土层下的粘性土层进行标准贯入试验检测。

图3 粘性土标灌检测结果折线图

由上图数据可以看出对于填土下的粘土层，试验点2采用的强夯方案加固效果最不理想。而采用同样强夯方法但夯击能不同的试验点1与试验点3，明显采用8 000夯击能的试验点3加固效果要好于采用4 000夯击能的试验点1。试验点4夯后对夯点的加固效果与试验点3相近，但对夯间的加固效果明显好于试验点3。整个试验加固效果最好的是试验点5，无论是夯后夯点亦或夯后夯间较夯前均有较大提升。