王程亮 耿慧輝

(中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100121)

濕陷性黃土高能級(jí)強(qiáng)夯試驗(yàn)研究

王程亮 耿慧輝

(中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100121)

針對(duì)實(shí)際工程強(qiáng)夯能級(jí)超出現(xiàn)行規(guī)范指導(dǎo)范圍的情況，以甘肅省某工程為背景，開展了濕陷性黃土地基采用高能級(jí)強(qiáng)夯加固處理試驗(yàn)研究，重點(diǎn)分析了強(qiáng)夯前后土體孔隙比、壓實(shí)系數(shù)以及濕陷系數(shù)的變化情況，總結(jié)了9 000 kN·m，10 000 kN·m，12 000 kN·m能級(jí)條件下強(qiáng)夯針對(duì)濕陷性黃土的有效影響深度，試驗(yàn)研究成果可為同類工程的設(shè)計(jì)與施工提供參考。

濕陷性黃土，高能級(jí)強(qiáng)夯，壓實(shí)系數(shù)，濕陷系數(shù)

0 引言

黃土在我國(guó)中、西部地區(qū)分布廣泛。隨著國(guó)家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，在黃土地區(qū)開工建設(shè)的工程項(xiàng)目越來越多，針對(duì)黃土地基處理的相關(guān)研究已經(jīng)有豐富的成果和成熟的經(jīng)驗(yàn)[1]。實(shí)踐證明，強(qiáng)夯法是處理濕陷性黃土的有效方法，由于具有簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)以及快捷的特點(diǎn)，強(qiáng)夯法被廣泛應(yīng)用于大量的工程項(xiàng)目當(dāng)中[2]。隨著機(jī)械設(shè)備水平的提高和進(jìn)步，強(qiáng)夯能達(dá)到的最大能級(jí)也在逐步增加，10 000 kN·m以上的強(qiáng)夯能級(jí)在實(shí)際工程中已經(jīng)開始逐步應(yīng)用[3]，但GB 50025—2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范中所涉及的強(qiáng)夯能級(jí)最大只有8 500 kN·m，規(guī)范難以指導(dǎo)8 500 kN·m能級(jí)以上強(qiáng)夯的設(shè)計(jì)與施工。

鑒于此種情況，本文將針對(duì)8 500 kN·m能級(jí)以上的濕陷性黃土地基強(qiáng)夯進(jìn)行研究和探討，重點(diǎn)分析在高能級(jí)強(qiáng)夯工況下的有效影響深度及加固效果，為今后高能級(jí)強(qiáng)夯在濕陷性黃土地基處理中的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)用提供參考和借鑒。

1 試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)概況

試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)為甘肅省某大型工程濕陷性黃土地基試驗(yàn)段。地基土屬大厚度自重濕陷性黃土，濕陷等級(jí)為四級(jí)。場(chǎng)地地層分布如下：

①填土：整個(gè)場(chǎng)地均有分布，層厚0.5 m～1.7 m；②黃土狀粉土：整個(gè)場(chǎng)地均勻分布，層厚10.7 m～27.9 m；③馬蘭黃土：分布于整個(gè)場(chǎng)地，層厚18 m～32 m；④粉質(zhì)粘土：分布于場(chǎng)地大部分地段，層厚0.9 m～12.3 m。主要土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 主要土層物理力學(xué)指標(biāo)

勘察過程中僅發(fā)現(xiàn)少量局部上層滯水，沒有發(fā)現(xiàn)地下水出露，本工程可不考慮地下水造成的影響。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

表2 試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

在場(chǎng)地內(nèi)代表性地段選取三塊尺寸為20 m×20 m的區(qū)域作為強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)，分別采用9 000 kN·m，10 000 kN·m以及12 000 kN·m的點(diǎn)夯夯擊能進(jìn)行強(qiáng)夯處理，夯點(diǎn)按照梅花形布置。點(diǎn)夯完成后三個(gè)試驗(yàn)區(qū)分別采用1 000 kN·m的能量進(jìn)行滿夯處理，滿夯錘印搭接1/3，各小區(qū)強(qiáng)夯試驗(yàn)參數(shù)見表2。

強(qiáng)夯完成后，在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)分別開挖三處探井，且確保其中有兩處探井位于夯點(diǎn)土上。樣品送至試驗(yàn)室進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)測(cè)定以及濕陷系數(shù)測(cè)定。

3 試驗(yàn)過程與結(jié)果分析

3.1 強(qiáng)夯小區(qū)試驗(yàn)過程

強(qiáng)夯小區(qū)試驗(yàn)過程中，根據(jù)最后兩擊平均夯沉量、夯坑周邊土體隆起等情況控制單點(diǎn)夯擊擊數(shù)，具體參數(shù)見表3。

表3 試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯過程參數(shù)表

小區(qū)試驗(yàn)情況表明，隨著強(qiáng)夯擊數(shù)的增加，土體逐漸密實(shí)，夯坑周圍隆起變形較小，且都能達(dá)到規(guī)范要求的終錘標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過程進(jìn)行縱向?qū)Ρ确治隹梢钥闯?，在確定的強(qiáng)夯單擊能級(jí)下，第一遍強(qiáng)夯點(diǎn)前6擊夯沉量較大，后6擊夯沉量較小并逐漸收斂。第一遍夯完后隨著土體的密實(shí)，隨后幾遍單點(diǎn)夯擊擊數(shù)呈逐漸減小的趨勢(shì)。橫向?qū)Ρ确治隹梢钥闯觯粨裟茉酱?，達(dá)到終錘標(biāo)準(zhǔn)所需的單點(diǎn)夯擊擊數(shù)越多，累計(jì)夯沉量也越大。且隨著夯擊能級(jí)的增大，為保證強(qiáng)夯效能的充分發(fā)揮，同一遍點(diǎn)夯之間的間距也應(yīng)相應(yīng)增大，對(duì)應(yīng)的夯擊遍數(shù)也相應(yīng)增多。

表4 各試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯前后孔隙比指標(biāo)對(duì)比表

3.2 強(qiáng)夯前后土體孔隙比對(duì)比

強(qiáng)夯完成后，對(duì)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)土體進(jìn)行探井取樣，并通過室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定土體的孔隙比指標(biāo)。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)布置三處探井，其中一處位于夯間土范圍、兩處位于夯點(diǎn)土范圍，探井深度14 m，取樣間距1.0 m。強(qiáng)夯后各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)情況見表4。

通過表4可以看出，強(qiáng)夯完成后土體的孔隙比指標(biāo)有所改善，總的來說淺層變化比較大、深層變化比較小。高能級(jí)強(qiáng)夯能夠在一定深度范圍內(nèi)加固試驗(yàn)區(qū)的濕陷性黃土地基。單純從孔隙比指標(biāo)的變化判斷，9 000 kN·m，10 000 kN·m，12 000 kN·m三個(gè)能級(jí)強(qiáng)夯的有效加固深度(從起夯面標(biāo)高算起)分別為：7 m，8 m和11 m。

3.3 強(qiáng)夯后土體壓實(shí)系數(shù)變化情況

強(qiáng)夯完成以后，壓實(shí)系數(shù)的測(cè)定的取樣原則與測(cè)定土體孔隙比指標(biāo)的取樣原則相同，強(qiáng)夯后壓實(shí)系數(shù)的統(tǒng)計(jì)情況如圖1，圖2所示。

由圖1可以看出，強(qiáng)夯完成后，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能為9 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯點(diǎn)土壓實(shí)系數(shù)為0.79～0.87，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能為10 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯點(diǎn)土壓實(shí)系數(shù)為0.79～0.90，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能為12 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯點(diǎn)土壓實(shí)系數(shù)為0.82～0.98。由圖2可以看出，強(qiáng)夯完成后，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能8 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯間土壓實(shí)系數(shù)為0.78～0.83，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能10 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯間土壓實(shí)系數(shù)為0.77～0.85，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能12 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯間土壓實(shí)系數(shù)為0.78～0.97。

根據(jù)GB 50025—2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定，將滿足丙類建筑要求的最小擠密系數(shù)0.84作為判定界限，結(jié)合上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得出，當(dāng)單點(diǎn)夯擊能9 000 kN·m，強(qiáng)夯有效影響深度約為6 m；當(dāng)單點(diǎn)夯擊能10 000 kN·m，強(qiáng)夯有效影響深度約為7 m；當(dāng)單點(diǎn)夯擊能12 000 kN·m，強(qiáng)夯有效影響深度約為11 m。

3.4 強(qiáng)夯后土體濕陷系數(shù)情況

強(qiáng)夯完成后，濕陷性系數(shù)的測(cè)定的取樣原則與測(cè)定土體孔隙比指標(biāo)的取樣原則相同，強(qiáng)夯后濕陷系數(shù)的統(tǒng)計(jì)情況如圖3，圖4所示。

由圖3可以看出，強(qiáng)夯完成后，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能9 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯點(diǎn)土濕陷系數(shù)為0.004～0.029，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能10 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯點(diǎn)土濕陷系數(shù)為0.004～0.026，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能12 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯點(diǎn)土濕陷系數(shù)為0.001～0.022。由圖4可以看出，強(qiáng)夯完成后，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能9 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯間土濕陷系數(shù)為0.007～0.027，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能10 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯間土濕陷系數(shù)為0.007～0.028，對(duì)于單點(diǎn)夯擊能12 000 kN·m的試驗(yàn)區(qū)，在1.0 m～15 m范圍內(nèi)夯間土濕陷系數(shù)為0.001～0.029。

結(jié)合上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得出，當(dāng)單點(diǎn)夯擊能9 000 kN·m，加固土體6 m范圍內(nèi)濕陷性基本完全消除；當(dāng)單點(diǎn)夯擊能10 000 kN·m，加固土體7 m范圍內(nèi)濕陷性基本完全消除；當(dāng)單點(diǎn)夯擊能12 000 kN·m，加固土體11 m范圍內(nèi)濕陷性基本完全消除；濕陷性消除的情況與根據(jù)壓實(shí)系數(shù)判斷的強(qiáng)夯有效影響深度情況基本一致，說明濕陷系數(shù)同壓實(shí)系數(shù)之間存在著緊密的相關(guān)性。

4 結(jié)語

1)對(duì)于本工程的濕陷性黃土地基，9 000 kN·m，10 000 kN·m，12 000 kN·m三個(gè)能級(jí)強(qiáng)夯的有效加固深度分別為：6 m，7 m和11 m，采用menard公式進(jìn)行影響深度估算時(shí)，修正系數(shù)建議取值在0.21～0.31之間。此結(jié)論可以為今后類似的工程項(xiàng)目提供參照。

2)本工程中三種能量的強(qiáng)夯影響深度，與相關(guān)文獻(xiàn)中推薦的相應(yīng)能級(jí)強(qiáng)夯有效加固深度相比較淺[4]，其原因應(yīng)是與土體含水量低從而影響強(qiáng)夯的效能有關(guān)。在工程條件具備時(shí)，建議在強(qiáng)夯前先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行增濕處理。

3)濕陷性黃土地基具有較為復(fù)雜的工程特性，本工程高能級(jí)強(qiáng)夯試驗(yàn)數(shù)據(jù)仍具有一定的離散性，實(shí)際應(yīng)用時(shí)尚應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況制定針對(duì)性的方案參數(shù)，以便取得最佳的處理效果。

[1] 呂秀杰,龔曉南,李建國(guó).強(qiáng)夯法施工參數(shù)的分析研究[J].巖土力學(xué),2006,27(9):1628-1633.

[2] 賀為民,范 建.強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基評(píng)價(jià)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007,26(S2):4095- 4101.

[3] 詹金林,水偉厚.高能級(jí)強(qiáng)夯法在石油化工項(xiàng)目處理濕陷性黃土中的應(yīng)用[J].巖土力學(xué),2009,30(S2):469- 473.

[4] 年廷凱,李鴻江,楊 慶,等.不同土質(zhì)條件下高能級(jí)強(qiáng)夯加固效果測(cè)試與對(duì)比分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2009,31(1):139-142.

Study on high-energy dynamic compaction experiment of collapsible loose

Wang Chengliang Geng Huihui

(ChinaAviationPlanningandConstructionDevelopmentCo.,Ltd,Beijing100121,China)

In light of current high-energy dynamic compaction guiding norms, taking Gansu engineering as the background, the paper carries out high-energy dynamic compaction reinforcement experiment of collapsible loose, mainly analyzes varying conditions of pre and post soil ratio, compaction coefficient and collapsible coefficient, and summarizes effective depth of dynamic compaction upon collapsible loose under 9 000 kN·m, 10 000 kN·m, and 12 000 kN·m energy dynamic compaction conditions, which has provided some guidance for similar engineering design and construction.

collapsible loose, high-energy dynamic compaction, compaction coefficient, collapsible coefficient

1009-6825(2015)07- 0045- 03

2014-12-26

王程亮(1983- )，男，工程師； 耿慧輝(1982- )，女，工程師

TU472.31

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