液化地基强夯法处理的现场试验研究

刘卫峰 （安徽省海通建设集团有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前言

强夯法又称动力固结法或动力压密法，它是将质量为10t～40t（最大可达400t)的重锤，从10m～40m高处自由落下，给地基以冲击和振动，使地基内出现强大的应力波，引起土体应力、孔隙水压力等的变化，达到提高地基强度、降低其压缩性、改善土的振动液化条件的目的[1～4]。由于强夯法具有施工简单、经济可行、加固效果明显等优点,在许多工程的地基处理中有广泛的应用[5～10]。本文将以某液化地基为例，在划分区块内进行强夯试验，通过现场试验和孔隙水压力监测进行合理的施工控制,得出一些有益结论可供强夯处理饱和液化土地基设计与施工参考。

1 试验概况

1.1 工程概况

拟建场地处于某液化地区内，地下水位埋深在1.7m左右。据勘察资料分析：I区场地内岩土层分布自上而下依次分别为黄褐色粉质粘土夹粉土、灰色粉质粘土夹粉土、灰色粉质粘土和黄褐色粉质粘土夹粉细砂等，厚度分别为4.5m、3.1m、1.4m、3m，标贯击数平均值分别为4击、4击、14击、13击；II区场地内岩土层分布自上而下依次分别为黄褐色粉质粘土、灰色粉质粘土、灰绿色粉质粘土和黄褐色粉质粘土夹粉细砂等，厚度分别为4.2m、3.3m、1.2m、3.3m,标贯击数平均值分别为 6击、6击、15击、17击。

地基处理的设计要求：有效加固深度不小于6～8m，地基承载力达到180kPa。地基存在的主要问题有：地基中粉土含量较多，同时经计算该地段修正液化临界标准贯入锤击数为6击，判断该地段地基为液化地基，需要进行抗液化处理。综合以上分析，在场地内划分了强夯试验区，通过试验来确定合理的施工控制并研究强夯加固效果。

1.2 强夯试验参数及内容

为了保证工程质量，并为后续大面积施工提供合理的工艺参数，现场试验分为I、II区进行，且I区和II区又分别分为IA、IB和 IIA、IIB4个亚区。IA、IB、IIA、IIB区主副夯夯击能分别为 3000kN·m、2000kN·m、3000kN·m、2000kN·m，相应垫层厚度分别为0.8m、0.7m、1.0m、0.7m。I、II区夯点布置与测试内容见图 1和图2。

图1 I区夯点布置与测试内容图

2 试验结果及分析

2.1 夯沉量与击数的关系

各试夯区典型夯点夯沉量与击数关系见图3所示。

从图3中可见，夯击能量大的（IA、IIA）夯沉量总大于夯击能量小的（IB、IIB）夯沉量，随着击数的增加，有垫层时的夯沉量小于无垫层时的夯沉量；2000kN·m时，最佳夯击次数为4次，3000kN·m时，最佳夯击次数为3次。

2.2 孔隙水压力随深度的变化

夯击时孔隙水压力随深度的变化规律见图4所示。

图3 试夯区典型夯沉量与击数关系曲线（a）

图2 II区夯点布置与测试内容图

图3 试夯区典型夯沉量与击数关系曲线（b）

图3 试夯区典型夯沉量与击数关系曲线（c）

从图4中可见，在I区：夯击时总的孔隙水压力值相对较小，这主要时由于I区土的渗透性较大，孔隙水压力难以积累所致。夯击能为3000kN·m时，10m处的孔隙水压力有一定的增长，说明其影响深度达10m，而2000kN·m时，8m处的孔隙水压力几乎没有变化，而6m处有较明显的变化，因此推测其影响的深度达7.5m。在II区：夯击能为3000kN·m时，9m处孔隙水压力有明显的变化，而12m处孔隙水压力无变化，因此3000kN·m时，影响深度约为10m，夯击能为2000kN·m时，6m处孔隙水压力有明显的变化，而9m处孔隙水压力无变化，因此2000kN·m时的影响深度能达7.5m。

2.3 孔隙水压力随时间的消散关系

强夯引起的孔隙水压力随时间的消散规律见图5所示。

从图4中可见，对于I区：无论有垫层还是无垫层，孔隙水压力消散较快，3000kN·m时，24h内即消散90%；2000kN·m时，24h内消散完毕。因此，I区遍夯间歇时间为1d。对于II区：3000kN·m时72h内孔压消散达90%以上，2000kN·m时48h孔压消散即达70%以上，72h内消散完毕。因此，II区遍夯间歇时间为3d。

3 试夯区处理效果

为了检验强夯后试夯区处理效果，夯后对试夯区进行SPT、CTP、SAMW试验，I区在遍夯8d～10d，副夯20d～22d进行。II区在主夯后45d进行。其中II区试验过程中由于场地条件限制只进行了部分主夯。

图4 I、II区超孔隙水压力随深度变化关系（a）

图4 I、II区超孔隙水压力随深度变化关系（b）

图4 I、II区超孔隙水压力随深度变化关系（c）

图4 I、II区超孔隙水压力随深度变化关系（d）

3.1 标准贯入试验SPT

图5 I、II区孔隙水压力消散曲线（a）

图5 I、II区孔隙水压力消散曲线（b）

在I区共进行了36个标贯试验，II区共进行了20个标贯试验，从测试结果可以看出：

①处理后的地基强度有较大的提高；

②I区较I区夯后强度增长较多，这与夯后间歇时间较长有关，也说明夯后土层强度会随时间而增长；

③在7m以上土层N63.5夯后均增大，在8m～8.5m深度处N63.5略有减少，这主要是下部粘性土受扰动影响所致；

④夯击能2000kN·m的有效加固深度为7m，3000kN·m的有效加固深度可取为7.5m～8.0m，与2000kN·m无明显区别，这与试验区土层分布密切相关；

⑤垫层对加固后土层的N63.5无明显影响，亦即本工程中垫层设置与否对加固效果没有直接影响。

3.2 静力触探试验CPT

从静力触探试验CPT结果可以看出：

①夯后土层静力触探试验比贯入阻力ps值明显增大，说明土层强度得到了改善；

②能量为2000kN·m时，深度7.0m～7.5m以上ps值增大，其下则无明显变化，这说明2000kN.m的有效加固深度为7.0m；

③能量为3000kN·m时，有效加固深度为7.5m～8.0m；

④垫层设置的影响在CPT成果中有明显反映。首先，当有垫层时地表形成一硬壳层，ps值增大很多；第二设置垫层对强夯影响深度有一定影响，一般使影响深度略有增大。

3.3 SAMW试验

SASW法是利用瞬态激振时产生频率丰富的瑞利波，通过频谱分析，来确定传播介质的特性，因此该法又称为表面波频谱分析法。SASW法具有快捷、可靠的特点，是地基处理效果评价的一种新技术，特别适合于大面积地基处理评价。本试验在I区夯前后用SASW法进行了测试，夯前与夯后地基剪切波速与深度的关系见表1所示。

夯前夯后SASW法剪切波速测试成果(单位：m/s) 表1

由表1分析可知：

①夯后土层剪切波速有显著的变化，即较夯前有明显的提高；

②夯击能位2000kN·m时，在7.0m以上，剪切波速增大，而深部剪切波速略有减小，说明有效加固深度为7m，这与前述SPT、CPT测试结果是一致的；

③夯击能为3000k·Nm时，在8.0m以上剪切波速增大，其下则略有降低，这与前述的SPT、CPT测试结果也是一致的；

④有无垫层对深部剪切波速影响不大。

这些成果说明SASW法检验液化地基强夯加固效果是切实可行的。

4 结论

①根据强夯试验、试验区试验效果，最佳夯击能为2000kN·m，夯击4次。

②由孔隙水压力消散规律得出，I区遍夯间歇时间为1d，II区遍夯间歇时间为3d。

③当土层条件以粉质亚粘土、粉土为主要加固对象时，2000kN·m的有效加固深度为7.0m，即梅纳公式中的a系数可取0.5；试验取采用3000kN·m时的影响深度达10.0m，但有效加固深度仅为8.0m左右，这主要与下伏粘性土的工程性质有关。

④根据本区垫层设置的比较，本区垫层的主要作用除了支撑强夯设备，保证强夯施工顺利进行外，还对提高表层地基处理程度、改善上部加固效果有一定的作用，因此为保证强夯施工顺利进行，以达到预期的效果，在地表软弱地段设置50cm～70cm垫层是必要的，可以满足施工要求。

[1]张唯，王坚.吹填砂地基强夯试验研究[J].地质科技情报，2003(3).

[2]姜志全，等.动力固结法加固软土路基试验分析[J].岩土力学，2004(12).

[3]黄晓波,周立新,周虎鑫.路基强夯处理孔隙水压力监测及参数确定[J].公路交通科技，2005(12).

[4]水伟厚，王铁宏，王亚凌.碎石回填地基上10000kN·m高能级强夯标准贯入试验[J].岩土工程学报，2006(10).

[5]杨建华，胡振南.红砂岩填石路基强夯处理的试验研究[J].武汉理工大学学报，2008(3).

[6]李振周，聂志红.梁场强夯加固试验与数值模拟研究[J].铁道科学与工程学报，2008(5).