蔡鎖德

原位綜合檢測方法在強夯地基處理中的方法

蔡鎖德

蔡鎖德

中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司

強夯法是一種經(jīng)濟有效的地基處理方法，特別是對軟弱地基的處理，能夠有效的減小地基土的不均勻沉降，達(dá)到提高地基承載力的效果。因此，為了保證對工程質(zhì)量的控制，對強夯地基處理效果的檢測顯得十分重要。本文介紹了具有檢測范圍廣和分辨率高等特點的瑞雷面波檢測、平板載荷試驗和動力觸探試驗的綜合原位檢測方法在確定地基承載力中的原理和方法。結(jié)合工程實例，得出原位的綜合檢測方法能夠很好地確定強夯地基的承載力和評價強夯地基的處理效果。

1 引言

強夯法是1969年由法國的梅納（Menard）公司提出的，又稱動力固結(jié)法。我國從20世紀(jì)70年代引進(jìn)，目前強夯法在我國應(yīng)用范圍非常的廣泛，工程應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)和民用建筑、公路工程、鐵路工程、水利水電和海港碼頭建設(shè)等各個方面。特別是在大面積的地基加固處理中具有設(shè)備簡單、經(jīng)濟和高效的特點而被廣泛的使用。由于強夯法實際加固土體參數(shù)的復(fù)雜性，強夯法的理論研究落后于工程實踐，因此強夯加固技術(shù)受經(jīng)驗水平的影響較大，從而對加固效果和加固質(zhì)量的檢測顯得尤為重要。目前強夯法加固地基的檢測方法主要有室內(nèi)的土工試驗和原位的檢測方法。

室內(nèi)土工試驗是在現(xiàn)場進(jìn)行代表性取樣，通過室內(nèi)試驗可得到一系列的加固地基物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，當(dāng)現(xiàn)場不具備取樣條件時，該方法的使用受到了一定的限制，所以室內(nèi)土工試驗檢測結(jié)果常與原位檢測結(jié)果綜合使用。本文結(jié)合工程應(yīng)用的實際，開展了綜合的原位檢測方法，平板載荷和動力觸探試驗檢測能夠直觀的獲取地基的物理力學(xué)性質(zhì)，評價地基的承載力，具有直觀準(zhǔn)確的特點，但該方法只能獲取局部的地基加固信息、不能很好地評價整體的強夯處理效果。瑞雷面波檢測是利用人工激發(fā)的地震波通過進(jìn)行面波的速度拾取對地層進(jìn)行劃分和加固效果的檢測］。其原理是瑞雷面波主要沿地表傳播，探測深度隨頻率的不同而變化，通過對頻散曲線的分析，就可以反演地下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。由于人工激發(fā)的球面波是以地表為分界面的地下半空間介質(zhì)中擴散傳播，所以瑞雷面波的檢測可以對整個場地的地基處理效果進(jìn)行整體的評價。以上每一種檢測方法都會得到一個檢驗指標(biāo)，相互之間具有一定的聯(lián)系，通過對檢驗結(jié)果的分析可以綜合的對整個場地的強夯處理效果加以評價。

2 工程應(yīng)用實例

場地概況

某天然氣凈化廠區(qū)南北長約984m，東西長約549m，占地51.1公頃，場地自然標(biāo)高在443.57m～511.21m，最大坡度8％。根據(jù)該廠總平面布置圖及豎向布置圖，整個廠區(qū)分為4個臺地，臺地的高差為3m，每個臺地的橫坡坡度為3‰，縱坡坡度為5‰。最大挖方高度為28.5m，最大填方高度為27.5m。根據(jù)設(shè)計要求，強夯加固地基試驗分兩個能級：6000kN.m和4000kN.m。

場地地質(zhì)條件

根據(jù)該工程的巖土勘察報告，場地內(nèi)各層巖性特征如下。

人工填土（Q4ml）：主要成分為粉質(zhì)黏土、砂卵石及碎石，局部夾塊石，塊石成分為砂質(zhì)泥巖，青灰色或灰白色砂巖，含量10％～30％，混合不均勻，稍濕，松散——稍密。

②粉質(zhì)黏土（Q4el+dl）：呈黃褐、灰褐、紫紅等色，夾少量細(xì)粒砂巖碎屑，粒徑2mm～4mm，局部夾少量碎石，粒徑2cm～5cm。

③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q4el+dl）：呈灰褐色，軟塑，含有機質(zhì)，主要分布于局部地段，層厚0.3～4.4m。

④白堊系下統(tǒng)白龍組（Klb）地層：按基巖巖性特征及高程分布將其分為4段。巖性為砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖互層。風(fēng)化程度受地形條件和巖石礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、影響，一般隨深度增加風(fēng)化程度減弱，風(fēng)化分界線不明顯。

3 強夯加固設(shè)計要求和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計要求

1.各能級強夯地基承載力特征值fak≥220kPa。

2.處理層總厚度范圍內(nèi)壓縮模量Es≥10MPa。

檢測依據(jù)及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007-2011）；

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2002）；

《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001，2009年版）。

4 強夯綜合試驗檢測

載荷試驗檢測

采用油壓千斤頂加載，加載反力裝置采用堆載平臺反力裝置。

根據(jù)試驗面情況，確定開挖試坑范圍和深度，挖除表層的松散土層。試坑底部鋪設(shè)厚度20～50mm的中粗砂并找平。承壓板為方形鋼制剛性壓板，尺寸為：6000kN.m能級壓板尺寸為2.0m×2.0m， 4000kN.m能級壓板尺寸為1.5m×1.5m。

共完成載荷試驗12組，所有檢測點荷載加至最大值440kPa時，地基均未達(dá)到破壞條件。根據(jù)實測曲線可知，實測p～s曲線均是平緩的光滑曲線，相對變形值s/b=0.012所對應(yīng)的荷載均不小于220kPa。

通過對實測p～s曲線及檢測數(shù)據(jù)的分析，4000kN.m和6000kN.m能級的強夯處理在0天和7天后檢測所確定的強夯地基承載力特征值均滿足設(shè)計要求220kPa。變形模量E0的最大值為19.6MPa，最小值為15.9MPa，平均值為17.5MPa。壓縮模量Es≥10MPa。

超重型動力觸探試驗

共完成超重型動力觸探試驗20個點，經(jīng)過修正和統(tǒng)計的試驗結(jié)果匯總表，所檢測各動探點的平均動探擊數(shù)最低為6.0擊，根據(jù)記錄顯示錘擊數(shù)低值主要集中于0m～0.5m層，其余層錘擊數(shù)較高，地層較密實。綜合確定強夯加固效果比較明顯。并且6000kN.m和4000kN.m兩個能級下承載力都大于220kPa的設(shè)計要求。

瑞雷波檢測

本次測試采用儀器為北京市水電物探研究所研制的SWS-3 型工程檢測儀，處理軟件為 SWS 瑞利波處理軟件包。該儀器及處理軟件均處于國際先進(jìn)水平。野外現(xiàn)場采集采用 38Hz 檢波器，根據(jù)現(xiàn)場情況，瑞利波的激發(fā)使用錘擊震源或落重震源，道間距初步設(shè)定為1m、偏移距設(shè)定為10～15m，測試參數(shù)的設(shè)定滿足檢測深度。

瑞利波測試數(shù)據(jù)處理流程如下：原始數(shù)據(jù)預(yù)處理F-K分析去除高階頻散點繪制頻散曲線求取面波速度通過對各測點面波數(shù)據(jù)的處理，得到各測點面波速度和頻散曲線。

本次檢測共布設(shè)瑞利波檢測點2條。1號、2號面波測試點深度——速度曲線反映出，所測點深度20m內(nèi)，面波速度在200m/s至350m/s。沒有經(jīng)過夯擊的松散填土波速一般在200m/s以下，夯實之后面波速度有明顯的提高，說明強夯效果明顯。 根據(jù)瑞雷波檢測結(jié)果顯示，利用瑞雷波速與剪切波速之間的關(guān)系如公式1，瑞雷波速與地基承載力之間的關(guān)系如公式（1）（2）所示

式中：VR——瑞雷波速（m/s）；fk——地基承載力特征值（kPa）；μ——泊松比，土層一般取0.45～0.49；Vs——剪切波速（m/s）；A，n——需擬合參數(shù)。

由公式（1）（2）計算可知，強夯地基承載力特征值滿足220kPa設(shè)計要求。

5 結(jié)語

（1）綜合原位檢測瑞雷面波檢測、載荷試驗和重力觸探試驗的檢測結(jié)果是相吻合的。

（2）在強夯地基的檢測當(dāng)中，可先采用經(jīng)濟有效的大面積面波檢測，再進(jìn)行抽樣的載荷和重力觸探試驗，這樣不僅可以節(jié)約成本和時間、也能夠快速和準(zhǔn)確地確定地基的承載力，控制工程的質(zhì)量，綜合的原位檢測技術(shù)可以客觀的評價強夯地基的處理效果。

（3）通過工程的應(yīng)用實例可為同類型的黏性素填土強夯地基的加固提供參考和指導(dǎo)意義。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.064