强夯法在大连港东部地区复杂填海造地场地中的适用性研究

陈硕

(大连市勘察测绘研究院有限公司,辽宁大连 116023)

强夯法在大连港东部地区复杂填海造地场地中的适用性研究

陈硕∗

(大连市勘察测绘研究院有限公司,辽宁大连 116023)

大连港东部地区搬迁改造项目现场为新近填海造地区域，地质条件较复杂，下部存在厚度不均的淤泥质粉质粘土。为保证工程施工质量，在有代表性的试验区采用载荷试验、重型圆锥动力触探(N63.5)、单点夯试验及孔隙水压力试验对强夯法地基处理的适用性进行综合评判。通过对后期强夯施工的跟踪检测，本次试夯检测为设计单位提供的设计参数合理，强夯法地基处理效果良好。

平板载荷；动力触探；单点夯试验；强夯；填海造地

1 引 言

随着城市建设步伐的日益加快,市区内可供使用的建筑用地也日趋紧张。对于山多平地少的沿海城市,填海造地是一个为城市发展制造平地的有效方法。但填海造地所形成的建筑场地地质条件较复杂,填海造地所用的开山石及原有海相沉积物理力学性质较差,选择一种合适的地基处理方法,对填海造地场地至关重要[1～3]。

强夯法是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法,又名动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将质量为10 t～40 t的夯锤提到10 m～40 m使其自由落下,给地基以冲击和振动能量,从而提高地基的承载力并降低其压缩性,改善地基性能。强夯法加固效果明显,施工方便,费用低廉,在我国是一种比较常用的地基处理方法[4]。但到目前为止,强夯法还没有严密的理论分析和成熟的设计计算方法,尤其是在填海造地这种复杂的地质单元中。为保证工程质量,在强夯施工前,应在有代表性的场地进行试夯,以确定强夯法的适用性。本文结合工程实践,对填海造地场地的强夯法适用性进行研究,为类似的强夯处理地基工作提供一定的参考。

2 工程概况

大连港东部地区搬迁改造项目靠近黄海大连湾,场区地貌原陆域部分属于低丘陵,原海域部分属于滨海水下岸坡,后经人工回填。场地表层为回填厚度为10.5 m～12.0 m的劈山碎石,其下为厚度2.0 m～3.8 m的淤泥质粉质粘土、1.1 m～3.9 m厚的粉质粘土混碎石及基岩。场地内地下水与海水连通且受潮汐影响。本次试验在场地内划分A、B两个强夯试验区,面积均为29.5 m×29.5 m。A区地面距持力层深度大于10 m,夯击能选择8 000 kN·m。B区为回填区,地面距持力层深度小于8 m,夯击能选择5 000 kN·m。A区、B区设计单点夯击设计参数见表1,试夯平面布置图如图1、图2所示。

A、B区单点夯击设计参数 表1

图1 A区试夯平面布置图

图2 B区试夯平面布置图

3 试验目的

本次检测工作采用浅层平板载荷试验进行承载力检测、重型圆锥动力触探(N63.5)进行强夯地基的均匀性及各层土的物理力学指标以及强夯的影响深度检测、单点夯试验确定各遍最佳夯击次数、孔隙水压力试验确定两遍强夯之间的间隔时间。

4 试验方法及其结果评价

4.1 浅层平板载荷试验

浅层平板载荷试验通过反力系统、加载系统及位移系统观测并记录在逐级荷载作用下沉降随时间的变化趋势,根据试验数据绘制p-s曲线,根据p-s曲线对夯后的地基承载力fak及变形模量E0进行评判。

(1)地基承载力fak的确定

本次检测工作共进行强夯加固后竖向抗压载荷试验6组,其中A区进行了2组夯点浅层平板载荷试验和1组夯间土浅层平板载荷试验,B区进行了1组夯点浅层平板载荷试验和2组夯间土浅层平板载荷试验。

根据试验数据绘制出了6组试验点的p-s曲线分别见图3～图8。从图3～图8可见:6组试验点的p-s曲线均为平缓的光滑曲线,无明显的比例界限,根据相关规范要求,取s/b=0.01所对应的荷载为承载力特征值,但其值不应大于最大加载量的一半。浅层平板载荷试验数据汇总表如表2所示。

同一土层参加统计的试验点不应少于3点,当试验实测值的极差不超过平均值的30%时,取此平均值作为该土层的地基承载力特征值。因此,强夯试验区A区强夯加固后地基承载力特征值为160 kPa,强夯试验区B区强夯加固后地基承载力特征值为160 kPa。

图3 A区A1号点p-s曲线 图4 A区A2号点p-s曲线

图5 A区A3号点p-s曲线 图6 B区B1号点p-s曲线

图7 B区B2号点p-s曲线 图8 B区B3号点p-s曲线

浅层平板载荷试验数据汇总表 表2

(2)变形模量E0的确定

变形模量按照下面的公式计算:

式中:E0为变形模量(MPa)；I0为刚性承压板的形状系数,圆形承压板取0.785,方形承压板取0.886；μ为土的泊松比,碎石土取0.27；d为承压板的直径或边长(m)；p为p-s曲线线性段的压力(kPa),s为与p对应的沉降(mm)。

结合试验区浅层平板载荷试验实测数据,根据变形模量的计算公式,计算得出强夯试验区A区夯后变形模量E0=15.4 MPa,强夯试验区B区夯后变形模量E0=14.4 MPa。

4.2 重型圆锥动力触探N63.5

重型圆锥动力触探N63.5是利用63.5 kg的落锤、76 cm落距,将标准动探头打入土中,根据打入的难易程度判定土层性质的方法,主要用于评价强夯处理后人工地基的承载力及其在水平方向和垂直方向上的均匀性。

本次检测在强夯处理前后每区各布置6个重型圆锥动力触探试验点,共计12个点。根据现场原位测试的基本数据,强夯处理后A区在10.4 m范围内,地基土动探击数得到明显的提高,综合确定A区强夯有效处理深度为10.4 m；强夯处理后B区在6 m范围内(强风化岩顶面),地基土动探击数得到明显的提高,综合确定B区强夯有效处理深度为6 m。

4.3 单点夯试验

单点夯试验包括夯点沉降量、周围地表沉降量及孔隙水压力的观测。在进行单点夯试验前,首先对本场地夯前整个场地的标高进行测量。根据设计提供的试验区夯点的间距,确定单点夯周边观测点的位置。根据岩土工程勘察报告,确定孔隙水压力计的埋设深度。

(1)沉降测量

单点夯试验时,每夯击一次及时观测夯点的沉降量、周围观测点的沉降隆起量及土中超静孔隙水压力值。间隔一段时间后,再次量测其超静孔隙水压力值,直至超静孔隙水压力完全消散后进行第二击单点夯,重复上述步骤,当最后二击夯沉量满足设计要求时,单点夯试验终止。整个试验区强夯完毕,测量本场地标高。

本次检测在A、B两个强夯试验区各布置1个单点夯试验点。

本次检测布置的单点夯试验地表沉降变形观测点,距夯锤边(A区夯锤的直径为2.8 m,B区夯锤的直径为2.5 m)最大距离为4.0 m,夯击过程中每击作用下的沉降量与地表变形反映了强夯过程中地基土的有效压实情况。根据现场单点夯试验基本数据,绘制出A、B两个强夯试验区单点夯击数与沉降量的关系曲线及地表变形曲线如图9～图12所示。

图9 A区单点夯击数-沉降量曲线

图10 A区地表变形曲线

图11 B区单点夯击数-沉降量曲线

图12 B区地表变形曲线

根据单点夯试验,综合确定点夯最佳夯击次数如下:A区最佳夯击次数为12击,B区最佳夯击次数为14击,如图9～图12所示。本次单点夯试验过程中,均在夯击第9击时向夯坑内填加石料,之后进行夯击时,A区地面隆起现象明显,B区地面微有隆起,具体试验数据如表3所示。

单点夯试验数据汇总表 表3

(2)孔隙水压力观测

本次检测在A、B两个强夯试验区的单点夯试验点附近各布置3个孔隙水压力测试点。根据试夯前埋设的孔隙水压力传感器测得的数值,经计算分析后编制了“单点夯孔隙水压力增长及消散规律图”见图13～图18。通过孔隙水压力的测试,本场地孔隙水压力增幅较小,消散也很快。随夯击数的增加,孔压累积现象表现的不明显。超孔隙水压力停夯后半小时内即基本消散。根据埋设孔隙水压力计时揭露的地质情况,试验区域主要由劈山回填的风化岩组成,局部夹碎石砖块,其渗透系数较大。根据上述试验,本场地在进行地基处理时,可连续夯击。

图13 A区1#孔单点夯孔隙水压力增长及消散规律图

图14 A区2#孔单点夯孔隙水压力增长及消散规律图

图15 A区3#孔单点夯孔隙水压力增长及消散规律图

图16 B区1#孔单点夯孔隙水压力增长及消散规律图

图17 B区2#孔单点夯孔隙水压力增长及消散规律图

图18 B区3#孔单点夯孔隙水压力增长及消散规律图

5 试验结论及建议

(1)根据载荷试验结果,强夯试验区A区、B区强夯加固后地基承载力特征值为160 kPa,满足设计要求。

(2)通过对强夯处理前后每区各布置的重型圆锥动力触探试验点,综合确定A区强夯有效处理深度为10.4 m(至淤泥层),综合确定B区强夯有效处理深度为6 m(至强风化岩顶面)。

(3)通过现场单点夯试验,单点夯对周围土体的影响半径大于4.0 m,其有效处理半径满足设计要求的单点夯间距。

(4)根据单点夯试验,综合确定点夯最佳夯击次数如下:A区最佳夯击次数为12击,B区最佳夯击次数为14击。本次单点夯试验过程中,均在夯击第9击时向夯坑内充填石料,之后进行夯击时,A区地面出现隆起现象,B区地面微有隆起现象

(5)通过孔隙水压力的测试,本场地孔隙水压力增幅较小,消散也很快。随夯击数的增加,孔压累积现象表现的不明显。超孔隙水压力停夯后半小时内即基本消散。根据埋设孔隙水压力计时揭露的地质情况,试验区域主要由劈山回填的风化岩组成,局部夹碎石砖块,其渗透系数较大。根据上述试验,本场地在进行地基处理时,可连续夯击。

6 结 语

通过载荷试验、重型圆锥动力触探(N63.5)、单点夯试验及孔隙水压力试验对大连港东部地区搬迁改造项目中强夯法的适用性研究,得出以下认识。

(1)夯击次数是强夯法设计的重要参数。合适的夯击次数应使夯坑的压缩量最大而夯坑周围的隆起量最小。本次强夯试验区淤泥层埋设较深,强夯时未造成地面过大隆起。但在大面积填海造地过程中,淤泥层会被汇集到一起,强夯施工过程中应进行跟踪观测,在其埋藏较浅区域,应采取开挖取走淤泥或其他可行办法保证施工质量。

(2)夯击时间间隔是强夯法的另一个重要设计参数。如果土中的超静孔隙水压力消散较快,则两遍夯击的时间间隔也较短,可以有效缩短工期。填海造地场地主要由劈山回填的风化岩组成,渗透系数较大,超静孔隙水压力消散较快,一般情况下均可以连续夯击。

(3)通过重型圆锥动力触探击数与深度关系曲线可见,本场地动探击数变化较大,不同位置的锤击数差异较大,因此,不适合用动力触探击数提供强夯后地基土的承载力及变形模量。因此,需要结合一定的静载试验,根据静载试验与动力触探击数的关系,综合确定地基土承载力是否满足设计要求。

[1] 吴建利.强夯地基综合检测[D].青岛：中国海洋大学，2004.

[2] 禄海，水伟厚.强夯法有效加固深度影响因素的理论分析[J].石河子大学学报，2004，5(1)：345～348.

[3] 程建伟，杨宏宇.填海造陆地基强夯效果检测评价的研究[J].工程勘察，2010，3：20～25.

[4] JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范[S].

[5] 徐超，李军世，赵春风.预夯和降低地下水位对强夯效果的研究[J].岩土工程学报，2004，5：607～611.

[6] 郑颖人，李学志，冯遗兴等.软粘土地基的强夯机理及其工艺研究[J].岩石力学与工程学报，1998，17(5)：571～580.

[7] 《工程地质手册》编委会.工程地基手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

App licability of Dynam ic Com paction in Land Filling Site in the Eastern Region of Dalian Port

Chen Shuo
(Dalian Academy of Reconnaissance and Mapping Co.,Ltd,Dalian 116023,China)

The site of the transformation and relocation project in the eastern region of Dalian port is newly reclaimed,its geological conditions ismore complicated.The lower is the uneven thickness of the silty clay.In order to ensure the construction quality,using the load test,heavy dynamic penetration test(N63.5),single compaction test and pore water pressure test to evaluation the applicability of dynamic compaction in the representative test areas.By the late tracking and detection of dynamic compaction,the design parameters are reasonable,and dynamic compaction foundation treatment effect is good.The testmethods and datamay serve as a reference for the similar project.

load test；dynamic penetration test；single compaction test；dynamic compaction；land filling

1672-8262(2013)06-163-05

TU472

A

2013—08—12

陈硕(1982—),男,工程师,主要从事岩土工程勘察、检测等技术工作。