浅层平板载荷试验与静载(强夯技术在素土及软质土地基处理加固的应用)

Posted 2023-05-31

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浅层平板载荷试验与静载(强夯技术在素土及软质土地基处理加固的应用)

强夯技术在素土及软质土地基处理加固的应用摘要：作者通过在某厂区新近素填土和淤泥质粉质粘土组成。土层在横向、纵向和时空分布上均有较大的变化，且土质含水量大，素填土局部下伏淤泥质粉质粘土，呈流塑-可塑状态尚未完全固结高压缩性土，大胆采用强夯处理技术满足了厂区重型设备的荷载要求，避免出现在工艺设备生产期间发生地面不均匀沉降，从而导致设备无法生产的后果，本文将重点对强夯的实施条件、实施过程及实施后检测对比结果进行阐述，为在类似土层条件下及类似工艺车间要求采用强夯处理能够满足加固、提高承载力提供了论证依据。

关键词：强夯、素土、地基加固

一、场区土层概况

拟建项目场地原为村菜地、农田及鱼塘，后征为项目用地，场地平整回填土厚约1.0-6.2m，主车间范围内平均厚约3.0m。回填土主要由黏性土组成，表层含少量植物根系，局部含少量碎石等夹杂物，夹杂物含量约占5%-10%，上层滞水稳定水位0.5m～3.0m；根据勘察经验估计该层土的含水量预估在30%以内，后续强夯试夯前应取土测试。本层属新近填土，堆积年限小于10年，尚未完成自重固结，属高压缩性土。局部存在淤泥质黏土，厚约0.0-3.9m，含水量W=37.1%～46.0%，平均含水量40.7%。具体揭露地层描述如下：

该场地在钻探深度范围内揭露的地层为人工填土，第四系冲积成因的黏性土，下伏基岩为白垩-第三系（K～E）含砾砂岩。结合室内土工（岩石）试验成果和静力触探试验曲线综合分析，可将该场地地层划分如下：

（1）①层：素填土(Qml)

主要由黏性土组成，表层含少量植物根系，局部含少量碎石等夹杂物，夹杂物含量约占5%～10%，属新近填土，堆积年限小于10年，尚未完成自重固结，属高压缩性土。层厚0～6.20m，该层拟建场地大部分地段分布，土质不均匀；上层滞水稳定水位0.5m～3.0m；

（2）②层：淤泥质粉质黏土 (Q4al)

灰色，流塑状态，含少量腐殖质，具异味，属高压缩性土。层顶埋深0～6.20m，层顶标高16.62～22.41m，层厚0～3.90m，场地局部地段分布，土质均匀。承载力fak=60Kpa,压缩模量Es1-2=3.0Mpa。含水量W=37.1%～46.0%，平均含水量40.7%。

（3）③-1层：粉质黏土(Q4al)

褐黄色，黄褐色，可塑状态，含少量铁锰质氧化物，属中等压缩性土。层顶埋深0.50～5.40m，层顶标高17.27～22.06m，层厚0～4.80m，该层拟建场地大部分地段有分布，土质均匀。土的承载力fak=120Kpa,压缩模量Es1-2=6.0Mpa。含水量W=26.5%～37.5%，平均含水量30.5%。

（4）③-2层：粉质黏土(Q4al)

褐黄色、黄褐色，可塑偏硬状态，含少量铁锰质氧化物及灰白色条带状高岭土，属中等压缩性土。层顶埋深0.90～7.00m，层顶标高15.82～21.87m，层厚0～4.80m，该层拟建场地大部分地段分布，土质均匀。土的承载力fak=200Kpa,压缩模量Es1-2=9.0Mpa。含水量W=23.3%～33.2%，平均含水量23.3%。下伏各个地层对强夯施工几乎无影响，鉴于本文篇幅不再赘述。

二、场地水文地质条件

依据地勘报告显示：本场地地下水类型分为上层滞水、孔隙承压水和基岩裂隙水。进行强夯处理重点关注上层滞水：赋存于地表填土中，上层滞水地下水补给来源为大气降水，上层滞水无统一的自由水面，其水位随季节而变，幅度不一。勘察期间测得上层滞水稳定水位为地面下0.30～3.00m（对应标高为20.44～22.87m），上层滞水对强夯的效果存在一定的影响，故强夯前施工时应加强排水工作。对孔隙承压力水赋存不作描述。

根据勘察经验估计强夯对该层土的含水量预估在17%-26%左右，最优含水量未测，后续强夯试夯时应取土测试含水量；经验预估最优含水量在21%-22%左右。目前场地含水量大于30%故必须采取措施，即使普通强夯也需考虑置换土料。做好场地岩土工程地质、水文地质条件在基本适宜强夯施工。

三、设计要求

生产车间地坪基层经强夯或强夯置换法处理后，要求地基承载力特征值不小于120kPa，压缩模量不小于6MPa；道路、广场基层经强夯或强夯置换法处理后，要求地基承载力特征值不小于100kPa，压缩模量不小于5MPa。

四、强夯机械的选用

（1）夯锤:圆形铸钢夯锤,锤底面积宜按土的性质确定,锤底静接地压力值可取25-40Kpa,对于细颗粒土锤底静接地压力宜取较小值。夯锤的底面宜对称设置4个与其顶面贯通的排气孔,孔径可取250-300mm。准备符合施工要求的点夯锤、置换锤和满夯锤各1件，共3件。

（2）起重机械:宜选用50吨履带式起重机或其他专用起重设备,但必须满足夯锤起吊重量和提升高度的要求,并设置防倾杆,防止夯击时臂杆后仰。

（3）自动挂脱钩装置:要求有足够强度,起吊不产生滑钩,脱钩灵活,能保持夯锤平稳下落,挂钩方便,迅速安全。

五、创造强夯条件

5.2.1、降水

依据现场土层含水量应先完成场地疏干沟网，用挖掘机在施工对象场地内开挖数条相互平行的东西向主排水沟，沟的长度为对象块段宽度、沟底宽度0.8m、深度为2.0m左右，沟边按坡比1:0.75放坡，相邻沟中心间距按同类土的降水强夯施工经验和本项目实际情况采用为9.0m（主车间），其他场地主排水沟采取16.0m间距。在地面用20-50cm的小水沟将地面积水引排到主排水沟内，并将沟内的积水引排到市政水渠里。每天派员检查排水沟的状态，保证主排水沟内通畅无积水。排水沟参数：沟底宽度0.8m、深度为2.0m左右，沟边按坡比1:0.75放坡

5.2.2、夯坑回填材料：

夯坑回填土应确保质量，土体含水量严格按设计要求控制。强夯施工时如表土过干（含水量W＜10%）尤其满夯时，应采取加水措施，增加含水量，回填土含水量以W=10-30%为宜，也不宜W＞30%。

强夯置换和半置换材料：当因场地存在饱和土和淤泥质粉质粘土无法强夯加固时，应采取回填土石比为7:3的拌混料（最大粒径不大于30cm为宜，便于后续桩基础施工）进行强夯半置换或强夯置换施工；以确保地基土的有效加固效果。

六、强夯实施策划

6.1、计算单击夯击能

6.1.1、单击夯击能的计算依据：《强夯地基技术规程》（YS/T5209-2018）第4.3.1条强夯有效加固深度应根据现场强夯或地区经验确定。当无试验资料或经验时，可按式4.3.1进行估算：

H=a (4.3.1)

式中： H---有效加固深度（m）；

a--有效加固深度折减系数，粉质粘土、粉土一般为0.25-0.35，经验建议本项目按0.30取值。

M---夯锤质量（t）；

H---夯锤落距（m）；

E---单击夯击能，E=M•h（t•m或KN•m）

（2）点夯单击夯击能的计算过程：根据强夯有效加固深度的计算公式，对点夯单击夯击能进行反算偏大取值即可。即

E=（H/a）2，现在已知各个试夯区的最大需要处理的深度如下：

试夯1、2、3区半置换加固深度为4.0m，则有：

E1=E3=E7=(4.0/0.3)2=178tm≈2000KN•m（配夯锤重量20.0t，计算落距10.21m）；

试夯4区强夯半置换加固深度为5.0m，则有：

E4=(5.0/0.3)2=278tm≈3000KN•m（配夯锤重量20.0t，计算落距15.31m）；

试夯6区和7区强夯加固深度为3.0m，则有：

E6=(3.0/0.3)2=100tm≈1500KN•m（配夯锤重量13.0t，计算落距11.78m）；

试夯5区强夯置换加固深度为4.5m，则有：

E5=(4.5/0.3)2=225tm≈2500KN•m（配夯锤重量20.0t，计算落距12.76m）；考虑到B-2区最大加固深度需要5.4m，同理计算出E5-1=(5.4/0.3)2=324tm≈3000KN•m（配夯锤重量20.0t，计算落距15.31m）。

满夯单点夯击能的计算过程：满夯施工主要用于处理地表浅层土的强度，一般处理深度不大于3.0m，按照上述计算结果，满夯单击夯击能选用1000KN•m比较合理。

6.2、夯点布置和夯点间距

本项目按正方形或长方形布置夯点；夯点间距也按该会议记录明确的夯点间距执行，同时也要考虑工期问题，因为普通强夯受到雨天天气影响较大，并结合主车间基础柱网9×9布局因素，故将原强夯范围内面积全部按3.0m×3.0m布置半置换夯点，即试夯1、2、3、4区夯点按边长为3.0m正方形布置，隔行跳打，分两遍实施，第一遍夯点位于边长为6.0m正方形的角点和中心点；第二遍夯点布置在第一遍正方形边长的中心点上。

强夯法夯点的夯击次数，应根据试夯夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应满足下列要求：

1）、最后两击的平均夯沉量≤50mm。

2）、夯坑周围地面不应发生过大的隆起。

3）、不因夯坑过深发生提锤困难。

七、现场强夯过程

普通强夯点夯均为4.0m×8.0m长方形布点、锤重13t、三遍的夯击遍数（分为两遍点夯和一遍满夯），前后两遍的间隔时间按照监测单位测定的孔隙水压力消散时间长短为准；第一遍单击夯击能2500KN.m（夯锤落距19.63m）点夯、击数暂定6-8击，第二遍单击夯击能2000KN.m（夯锤落距15.70m）点夯、击数暂定6-8击，点夯收锤标准均为最后两击夯沉量均值不大于5.0cm。点夯施工完成后进行一遍满夯，单击夯击能为1000KN.m（夯锤落距7.85m），单点2-3击，搭接夯锤直径1/4,满夯完成之后挖掘机整平表面。

厂区道路拟采用第一遍单击夯击能1500KN.m（夯锤落距11.78m）点夯、击数暂定6-8击，第二遍单击夯击能1000KN.m（夯锤落距7.85m）点夯、击数暂定6-8击，点夯收锤标准均为最后两击夯沉量均值不大于5.0cm。两遍点夯的夯点间距均为4.0m×8.0m，点夯施工完成后进行一遍满夯，单击夯击能为1000KN.m（夯锤落距7.85m），单点2击，搭接夯锤直径1/4,满夯完成之后挖掘机整平表面。

特别强调：在上述试夯施工过程中，当填土含水量大于30%或第一击夯坑深度大于50cm时，须向该夯坑内填充拌混料后继续夯击，便于增加击数和减轻拔锤难度，提高施工速度，节省工期。

八、强夯的检测工作

在强夯区完工后用压路机碾压整平地表后，鉴于当时工期的影响在不少于8天后进行了相关试验，检测内容：

8.1、强夯地基检验项目和建议的检测点数量

（1）重型圆锥动力触探试验；每个试夯区测试3个孔，用于检测地基土承载力值；土层的均匀性；实际有效加固深度大于5m。

（2）浅层平板竖向静载荷试验；每个试夯区测试1个点，用于检测地基土承载力特征值，压缩模量大小。试验结果：大于夯前结果。

（3）室内土工试验，每个试夯区取土样测试3组，用于检测夯后地基土的物理力学性质指标，并于夯前土样测试结果进行比较结果大于之前土样。

九、结论：

在新近素填土和淤泥质粉质粘土组成的局部下伏淤泥质粉质粘土，呈流塑、可塑状态，无法满足厂区道路及防止工艺设备基础下沉的条件下，采用强夯及强夯置换技术进行处理，仍是最经济、快捷可行的方案。

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