强夯加固软弱地基的试验研究

王 蕊

(金陵科技学院建筑工程学院，江苏南京 211169)

强夯加固软弱地基的试验研究

王 蕊

(金陵科技学院建筑工程学院，江苏南京 211169)

以位于长江漫滩区某地基工程为例，详细介绍了强夯加固软土地基的试验方案。通过各种原位测试和室内土工试验对强夯加固效果进行评价，研究结果表明，在强夯的地基中增加塑料排水板后，有利于深层软土的排水固结。加大强夯加固的有效深度，可改善深层软土的物理力学性质，提高地基的承载力，强夯有效加固深度可达到4～6 m，研究结论为类似工程的设计施工提供借鉴。

淤泥质黏土； 强夯； 试验

强夯法，又名动力固结法，是由法国 Menard 技术公司于20世纪70年代初首创的一种地基处理方法[1]。强夯法广泛用于砂土、粉土、湿陷性黄土、碎石土、软黏土等各种类型地基的加固[2-5]。另外沿海地区广泛分布着表层为吹填砂，下伏软黏土的软弱地基。周健、胡修文和邹维列等人[6-8]采用了强夯法对此地基进行了处理，取得了良好的处理效果。本文结合工程实际，对强夯法在处理淤泥质软土地基加固的适用性及相应的施工技术参数进行了试验研究，并对加固效果进行了检验。

1 试验概况

1.1 工程地质概况

拟建场地位于长江漫滩区，地下水位埋深为0.7 m,工程地质勘察提供的土层报告自上而下为：①粉煤灰层：松散，厚度为6～8 m，标准贯入击数为1击，经分析为严重液化层，是本次试验重点加固层；②素填土层，软塑，厚度为2～4 m，标准贯入击数为2～3击；③淤泥质粉质黏土层，饱和，流塑，厚度为3～18 m；④粉质黏土层：饱和，可塑，厚度为2～10 m；⑤粉砂层：饱和，中密～密实，厚度为11～14 m。

1.2 试夯设计

试验现场分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三个分区,每个分区又分为设置塑料排水板和不设置塑料排水板两个亚区(分别称为A区和B区)，每个试验亚区选用不同的夯击参数，试验区面积均为34 m×28 m,并且在现场试验时，试验区夯点一部分采用梅花形布置，另一部分采用正方形布置，夯点间距均为3 m,夯击试验参数的设计遵照多遍夯击，逐步提高夯击能的原则。强夯施工参数见表1。

表1 强夯施工参数

1.3 试验内容

为研究强夯加固效果，进行了一系列的室内和现场测试工作。强夯前后分别进行地表沉降、静力载荷、标准贯入试验、静力触探试验等现场测试工作，同时对表层粉煤灰及下伏软土层取样，对其进行室内土工试验。

2 试验分析

2.1 监测结果分析

2.1.1 沉降测量

每遍强夯后，按照10 m×10 m方格网，用水准仪测地面标高，与夯前地面标高进行比较，其差值即为本遍强夯地面沉降值(表2)。

由表2可以看出，从地表的平均夯沉量的结果可以看出，Ⅰ区夯沉量最小，Ⅱ和Ⅲ区夯沉量比较接近，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ试验区加插塑料排水板比不加插塑料排水板平均夯沉量分别增大了17.5%、3.8%和3.0%，究其原因是加插塑料排水板能够加快地基的动力固结排水速度，夯沉量增大；同时Ⅰ区比Ⅱ、Ⅲ区的增加幅度要大，主要是由于Ⅰ区的夯击能量与夯击遍数均低于Ⅱ、Ⅲ区，加插塑料排水板对夯沉量的影响更大。

表2 沉降测量

2.1.2 强夯前后地基土物理力学指标比较

强夯前后对A区和B区不同深度土层进行了室内土工试验，试验结果如表3所示。在2.0～6.0 m深度范围内，土体的含水量平均降低了50.3%和45.1%，干密度平均提高了28.8%和25.0%，孔隙比平均降低了22.1%和18.2%，压缩系数平均减少了86.9%和53.8%，压缩模量平均增加了147%和98.5%。上述结果表明，强夯后，距地面6.0 m深度内的粉煤灰和淤泥质软土层的物理力学指标得到了明显地改善，有效地提高了地基的强度；而在6.0 m以下土层，其物理力学指标提高不大，不过设置塑料排水板区夯后土的物理力学性质的改善优于不设置塑料排水板区。

表3 强夯前后地基的土工性质指标

2.1.3 载荷试验

为了分析强夯加固后的粉煤灰地基承载力提高情况，经过一段间歇时间后又在其上进行静荷载试验。按照《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012), 载荷板的面积为3 m×3 m，取荷载板沉降量为0.008b时，所对应的荷载值为地基承载力，如图1所示。

图1 强夯试验区荷载沉降曲线

由图1可以看出：ⅠA、ⅠB、ⅡA、ⅡB、ⅢA、ⅢB区的最大试验荷载分别为160 kPa、130 kPa、290 kPa、200 kPa、310 kPa和250 kPa，3个分区强夯加固处理后的地基承载力都超过设计承载力120 kPa的要求，且Ⅱ区和Ⅲ区加插塑料排水板比不加插塑料排水板的承载力分别大1.45倍和1.24倍，说明软土层中设置塑料排水板后，地基的承载力得到了提高，原因是设置塑料排水板后加快软土地基的动力固结排水速度。

2.1.4 CPT试验

强夯前后对试验区的检测点进行CPT试验，试验结果见表4。由表4可以看出，对于Ⅰ区和Ⅱ区，0～5 m深度内土体的强夯后Ps值平均为5.35MPa，与夯前相比增大了10倍，而对于Ⅲ区，0～6m深度内土体的Ps值平均为6.31MPa，与夯前相比增大了11倍，并且设塑料排水板区比不设塑料排水板的区土体强夯后Ps值平均大32.8%。上述结果表明，Ⅲ区强夯有效加固深度大于Ⅰ区和Ⅱ区，同时设置塑料排水板的土体强夯后的加固效果优于不设置塑料排水板。分析其原因主要是设置塑料排水板区的深部土体的固结排水速度快于不设置塑料排水板区。

2.1.5SPT试验

强夯前后对各个试验区进行了SPT试验，试验结果如表5所示。由表5可以看出，试验区0～6m深度内的土体经过强夯处理后标准贯入击数有非常显著的提高，上部土体得到了很好的加固，而深部的软土加固效果不明显，但塑料排水板区的深部软土加固效果优于未设置塑料排水板区，该结论与CPT的测试结果相同。

3 讨论分析

分析上述试验结果发现，ⅢA区的地基土层的加固效果最好。首先ⅢA区设置塑料排水板有利于深层软土的排水固结，减少夯坑周围隆起，有利于夯能向下传递；此外ⅢA区夯点布置采用梅花形布置，跳夯施工，和正方形布置相比，减少了夯击过程中对夯点周围土体的振动扰动影响，改善了加固效果；接着ⅢA区的夯击次数为3遍，每遍夯击次数从4击逐步增加到8击，每遍所采用夯击能也从逐步2 000kN·m增加到3 000kN·m，夯击能量和夯击次数逐步由低到高，这样既保证了深部的软土层能得到有效地加固，又能有效地降低深层土的扰动，减少橡皮土的发生。

表4 各试验区强夯处理前后静力触探试验结果对比

表5 各试验区强夯前后标准贯入试验结果对比

综上分析，增设塑料排水板，夯点采用梅花形布置，初始以低能量夯击，逐步增加夯击能量，适当增加夯击遍数能有效加固淤泥质软土地基。

4 结论

通过分析强夯加固淤泥质软土层地基的现场测试结果，可以得出以下结论。

(1)综合强夯施工处理后的现场和室内测试结果表明ⅢA区的加固效果为最好。

(2)对于高含水量、大孔隙比的淤泥质软土层，开始以低能量加固，再以高的能量加固，适当增加夯击遍数，能够有效提高强夯效果。

(3)在强夯加固的土体中设置塑料排水板后，可以增大强夯加固的有效深度。

(4)夯点采取梅花形布置，采取跳夯的方式能够提高软土层的加固效果。

[1]MenardL,BroiseY.Theoreticalandpracticalaspectsofdynamicconsolidation[J].Geotechnique, 1975, 25(1): 3-18．

[2] 匡健，李晓静，张岩,等. 黄泛区强夯加固地基效果的数值模拟研究[J]. 铁道建筑，2012(2)：62-65.

[3] 徐玉胜，赵有明，高明显. 强夯置换法处理软土地基的模型试验研究[J]. 铁道建筑，2011(1)：77-80.

[4] 张丽娟，李彰明，韩江. 动静力排水固结法在淤泥质地基处理工程中的应用[J]. 岩土力学，2009，30(2)：5679-571.

[5] 周红波，卢剑华，蒋建军. 动力排水固结法加固浦东机场促淤地基试验研究[J]. 岩土力学，2005，26(11)：1779-1784.

[6] 周健，崔积弘，贾敏才，等. 吹填细砂软弱地基处理试验研究[J]. 岩土力学，2008，29(4)：859-864.

[7] 胡修文，张唯，王坚. 以吹填砂为覆盖层的饱和软粘土地基强夯试验研究[J].岩土力学，2004，25(5)：818-823.

[8] 邹维列，吴国高，安骏勇，等. 强夯加固软土上覆填海砂层的试验研究[J]. 岩土力学，2003，24(6)：983-986.

王蕊(1975～)，女，硕士，讲师，主要从事岩土工程、结构工程等方面的教学与科研。

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[定稿日期]2015-07-23