高能级强夯在碎石土填海地基处理的应用

林耀华 LIN Yao-hua；许茂坤 XU Mao-kun；卢宏飞 LU Hong-fei

（①上海申元岩土工程有限公司，上海 200010；②福州市规划设计研究院集团有限公司，福州 350100；③福建冶地恒元建设有限公司上海分公司，上海 201100）

0 引言

强夯和强夯置换工艺在碎石土填海区域地基处理应用越来越广泛，且有向高能级发展趋势[1-3]。目前，国内强夯能级最高已达18000kN·m，但现行《建筑地基处理技术规范》[4]对强夯设计参数的选择很大程度上依赖地区经验，且仅提出了12000kN·m 以内能级的参考值。本文通过辽宁省某碎石土填海地区4 个试验区的10000kN·m 平锤 强 夯、10000kN·m 柱 锤 强夯 置 换、12000kN·m 平锤强夯以及15000kN·m 平锤强夯施工，分析了不同工艺的施工过程和处理效果，以期指导类似工程项目的设计和施工。

1 工程地质概况

场地主要地层从上至下为：碎石土，厚度8～15m 不等，为本次地基处理主要处理土层，松散～稍密状，粒径变化较大，土性极不均匀；粉质粘土夹粉土，主要为粉质粘土，夹薄层粉土，可塑状，局部夹少量粒径为2～5mm 的碎石；含碎石黏性土，以可塑～硬塑状粉质粘土为主，厚度变化大，碎石含量不均，一般为10%～40%不等；强风化页岩，本场地内一般与砂岩或石英砂岩呈互层状。

2 地基处理试验方案设计

根据不同区域碎石土厚度不同，在场地选择4 个试验区，其设计参数如图1～图4，其中各试验区最后两遍满夯均未画出。

图1 试验一区设计参数

图2 试验二区设计参数

图3 试验三区设计参数

图4 试验四区设计参数

3 强夯施工过程地面变形监测

在各试验区分别选取1 个强夯点，在互相垂直的两个方向上距离夯坑1m、2m、3m、4m 和5m 位置各设置1 个沉降观测点。监测各沉降观测点在各夯次的沉降情况，并将其绘制成曲线，如图5～图8。

图5 试验一区夯坑周围土体沉降曲线

图6 试验二区夯坑周围土体沉降曲线

图7 试验三区夯坑周围土体沉降曲线

图8 试验四区夯坑周围土体沉降曲线

分析图5～图8 各地表变形曲线，10000kN·m 能级强夯会造成地表少量隆起，而随着能级的提高，地表隆起消失，有效夯实系数亦随之提高。各能级基本未出现隆起，表明各个试验区主夯点距离设计是合理的。同时，分析各试验区周围地表沉降曲线，各试验区在最后一次夯击时，其周围地表沉降增量已非常小，可知其夯击数已达到合理水平。因此，建议各试验区主夯点距离和主能级夯击次数如表1。从表1 可见，同一夯击能条件下，强夯置换单点夯击数比强夯单点夯击数略高。

表1 主夯点间距及第一遍夯击次数建议值

4 强夯处理效果检测

4.1 圆锥动力触探试验

各个试验区分别在夯前和夯后选取3 个点进行重型动力触探试验，夯后的试验二区选取3 个置换墩进行超重型动力触探试验，并根据文献[5]将其超重型动探击数换算成重型动探击数。各个试验区夯前与夯后平均重型动力触探击数-深度曲线见图9～图12。

图9 试验一区动探曲线

图10 试验二区动探曲线

图11 试验三区动探曲线

图12 试验四区动探曲线

分析各试验区修正动探曲线，总结以下几点规律：

①根据各试验区动力触探结果，将夯后地基土层进行分层，并参考文献[5]中关于动力触探击数与地基承载力和变形模量的关系，可得各能级强夯（置换）处理后，地基不同深度范围的地基承载力特征值和压缩模量，具体见表2。

表2 夯后地基力学性质

根据动探击数-深度曲线、夯后提高比例等参数可发现，试验一区夯后动探击数9m 深度以内提高91%～133%，而9m 深度以下仅提高11%（0.9 击），表明其有效加固深度为9m。同理，根据试验三区10m 深度以下夯后动探击数仅提高20%（1.7 击）的情况，判定12000kN·m 能级有效加固深度为10m。而试验二区和试验四区在动力触探测试深度范围内的夯后动探击数均有较大提高，表明10000kN·m 能级强夯置换和15000kN·m 能级强夯的有效加固深度分别不小于11m 和12m。由于本场地为填海地基，较高的地下水位消耗了一部分的夯击能，导致其夯击能难以传递到较深土层，其有效加固深度比规范[4]建议的深度略低。

②分析试验二区夯间重型动力触探击数曲线和置换墩换算重型动力触探曲线，可以发现夯后置换墩位置仅在0～3m 深度范围内比夯间位置其动力触探击数有较为明显差别，而在3m 深度以下差距不甚明显。究其原因，置换墩填料采用泥夹石填料，其含泥量达50%以上，因此未能形成良好的置换墩。

③相同深度条件下，强夯置换区域的地基承载力特征值和压缩模量均比强夯区域高。

④试验一、三和四区在8～9m 深度范围的夯后动探击数并未比夯前有显著提高。地质勘查资料显示，该深度范围内主要为黏性土，不易排水固结，而强夯为动力排水固结，对其加固效果有限。但强夯置换处理的二区夯后参数具有明显提高效果。

4.2 平板载荷试验

选取大面积地基处理后进行平板载荷试验，其最大加载量为400kPa，载荷板尺寸1m×1m。由于平板载荷试验并未加载至地基破坏，且试验仅反映表层土的特征，所测得各能级强夯（置换）后地基承载力特征值均达到200kPa，均满足要求。经过平锤强夯处理后地基土变形模量约为40MPa，而经过柱锤强夯置换处理后地基土变形模量为50MPa，这一结果与动力触探结果较为吻合。

5 结论

辽宁省某碎石土填海地基处理工程选择4个试验区进行10000kN·m（试验一区）、12000kN·m（试验三区）、15000kN·m（试验四区）的强夯和10000kN·m（试验二区）强夯置换试验，分析了各项结果，得到如下结论：①试验一、二、三和四区的强夯主夯点最佳间距分别为9m、8m、10m 和12m，而其第一遍最佳夯击次数分别为12 击、15 击、14 击、15 击。②试验一、二、三和四区的强夯有效处理深度分别为9m、11m、10m和12m。与规范所建议有效加固深度相比，实际有效加固深度处于规范建议值的较低值，或略低于建议值。③经高能级强夯（置换）后，浅层地基承载力特征值均不小于200kPa。同一深度条件下，强夯置换区域地基承载力特征值高于强夯区域。④经高能级平锤强夯后浅层地基变形模量约为40MPa，而经柱锤强夯置换后浅层地基变形模量可达50MPa。夯后地基变形模量随着深度增加而逐渐降低。⑤强夯施工对地基土表层有一定震松作用。进行强夯施工时应严格控制最后几遍低能级强夯和满夯的质量，以减小震松作用的不利影响。