堆場(chǎng)地基的處理地基土質(zhì)對(duì)強(qiáng)夯效果的影響

從某碼頭堆場(chǎng)地基的處理分析地基土質(zhì)對(duì)強(qiáng)夯效果的影響[摘要]強(qiáng)夯加固地基已廣泛應(yīng)用，但在軟粘土中按傳統(tǒng)強(qiáng)夯工藝進(jìn)行操作往往不能成功，本文對(duì)一次試夯中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，初探飽和粘土對(duì)強(qiáng)夯效果的影響。[關(guān)鍵詞]強(qiáng)夯軟粘土試夯強(qiáng)夯法又名動(dòng)力固結(jié)法或動(dòng)力壓實(shí)法。是反復(fù)將重錘（質(zhì)量一般為10～40t）提到一定高度使其自由落下（落距一般為10～40m），給地基以沖擊和振動(dòng)能量，使地表淺層和一定深層范圍內(nèi)得到不同程度的加固，從而提高地基的承載力并降低壓縮性，改善地基性能。強(qiáng)夯法加固地基具有簡(jiǎn)單易行、節(jié)省材料、工期短等明顯優(yōu)點(diǎn)，自上世紀(jì)70年代引進(jìn)后在全國(guó)得到廣泛推廣應(yīng)用。但是，強(qiáng)夯法對(duì)地基土質(zhì)有一定的要求，《港口工程地基規(guī)范》中明確指出，強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土，低飽和度的粉土和粘性土，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）在以上適用范圍上增加了濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。本文結(jié)合某碼頭堆場(chǎng)軟土地基的加固方法，針對(duì)試夯過程中出現(xiàn)的問題及處理過程，初探了飽和粘土對(duì)強(qiáng)夯效果的不利影響。工程概況及工程地質(zhì)條件本工程作為長(zhǎng)江邊碼頭的堆場(chǎng)部分，長(zhǎng)600多米，寬500多米，由多個(gè)不同功能的堆場(chǎng)組成，現(xiàn)場(chǎng)處理方案亦分為多個(gè)區(qū)域。本工程堆場(chǎng)的地貌類型屬長(zhǎng)江三角洲平原**河漫灘。根據(jù)工程前期地質(zhì)勘察報(bào)告，其中某一塊區(qū)域（120m×120m，以下稱為Ｂ區(qū)）的地下土層依次分布為：Ⅰ2褐黃～灰黃色素填土，濕，可塑，少量腐植物，為粉質(zhì)粘土性，其上部已開墾為耕植土，靜力觸探比貫入阻力Ps為1.28MPa。Ⅱ2-1灰－灰黃色粉質(zhì)粘土，飽和，可塑偏軟～軟塑，含云母，夾少量腐殖質(zhì)及薄層粘性土，靜力觸探比貫入阻力Ps為0.87MPa。Ⅱ2-2灰－灰黃色砂質(zhì)粉土，性質(zhì)描述：飽和，松散，含云母，夾薄層（厚5～20mm）粘性土，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)3～9擊，靜力觸探比貫入阻力Ps為2.01MPa。Ⅴ1灰－灰綠色粉質(zhì)粘土，飽和，可塑，土質(zhì)不勻，混少量粉土和粉砂，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)3～7擊，靜力觸探比貫入阻力Ps為1.43MPa。Ⅰ2層土普遍分布，厚度約為1-2m左右。Ⅱ2層土，工程地質(zhì)性質(zhì)較好，在該區(qū)域由北到南Ⅱ2-2層逐漸取代Ⅱ2-1層，層厚平均約1-4.0m。Ⅱ2-1或Ⅱ2-2層以下為Ⅴ1層。強(qiáng)夯設(shè)計(jì)和試夯方案由于本工程地質(zhì)條件較差，土層具有較大的壓縮性，為減小土體的孔隙比，降低含水量，加快地基土的前期固結(jié)沉降，減少在外荷作用下的不均勻沉降，設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯技術(shù)進(jìn)行地基加固，加固深度要求不小于5m；處理后的地基承載力特征值不低于150KPa（采用2m*2m載荷板進(jìn)行檢驗(yàn)）；加固深度內(nèi)土靜力觸探比貫入阻力要求不小于8MPa；加固深度內(nèi)土標(biāo)準(zhǔn)貫入（N63.5）不小于15擊。設(shè)計(jì)根據(jù)土體地質(zhì)條件、上部荷載分布、對(duì)應(yīng)的下臥土層差異等提出了不同的試夯參數(shù)，Ｂ區(qū)的參數(shù)如下：①試夯區(qū)面積為30×30m2；②采用兩遍點(diǎn)夯一遍平夯，每遍跳檔夯點(diǎn)間距為6×6m正方型布置；③每遍夯擊能為2000KNｍ，單點(diǎn)夯擊數(shù)≥8擊；平夯夯能1200KNM，單點(diǎn)搭接1/4錘徑，擊數(shù)≥2擊。平夯后振動(dòng)碾壓一遍。每點(diǎn)夯擊的收錘標(biāo)準(zhǔn)為坑周不出現(xiàn)明顯隆起，不能有過大的側(cè)向變形，后一夯沉量應(yīng)小于前一夯沉量，每遍點(diǎn)夯的最后兩擊平均夯沉量應(yīng)小于10cm/擊。試夯經(jīng)過以及處理過程3．1試夯準(zhǔn)備工作先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诂F(xiàn)場(chǎng)確定了試夯區(qū)的范圍，按設(shè)計(jì)要求標(biāo)出了夯點(diǎn)位置，并測(cè)量標(biāo)高，調(diào)整夯錘落距以保證夯能。根據(jù)設(shè)計(jì)要求布置了兩個(gè)孔(間距10ｍ)，每孔提前埋設(shè)了4個(gè)振弦式孔隙水壓測(cè)頭進(jìn)行孔隙水壓力觀測(cè)，另外布置了水位觀測(cè)管。3．2試夯失敗第一遍點(diǎn)夯共需完成41點(diǎn)。但第一遍僅夯了17個(gè)點(diǎn)就無法繼續(xù)，而且每點(diǎn)僅夯到5～6擊，強(qiáng)夯機(jī)就陷車嚴(yán)重，不能移車，后2擊平均夯沉量為20.4cm，不滿足設(shè)計(jì)要求的收錘標(biāo)準(zhǔn)，施工暫停。3．3初步分析失敗原因地下水位較高。通過觀測(cè)，夯前的地下水位為地表下1.1ｍ，而施工后的平均單孔夯沉1.62ｍ，而規(guī)范要求地下水位應(yīng)低于坑底下2ｍ，此問題夯前未引起重視。土層中的孔隙水壓消散比較緩慢。（其消散狀況見下表）孔隙水壓力計(jì)埋置置深度3米6米9米12米K1孔7天孔隙水壓力消散率率39%69%49%40%K1孔21天孔隙水壓力消散率率59%71%51%42%K2孔7天孔隙水壓力消散率率71%42%33%34%K2孔21天孔隙水壓力消散率率77%44%35%35%由上表，雖然兩孔相距較近，但其孔隙水壓消散卻有差異。21天后3ｍ和6m處最大只有77%，最小消散只有44%，反映出在有效影響深度內(nèi)土中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓消散比較緩慢。由于強(qiáng)夯形成的超靜水壓力μ，抵消了部分土的原有應(yīng)力σ，造成有效應(yīng)力（σ－μ）降低，直接導(dǎo)致表層土有效剪應(yīng)力嚴(yán)重降低，出現(xiàn)“橡皮土”現(xiàn)象，并且不能承載強(qiáng)夯機(jī)。3．4換填山皮石試夯仍然失敗根據(jù)以上出現(xiàn)的情況，采取了三項(xiàng)措施：另選區(qū)域換填50和80cm兩種深度的山皮石重新試夯；單擊夯能由2000KN·m調(diào)整為1600KN·m；作好現(xiàn)場(chǎng)排水工作，挖3ｍ深的排水溝，將地下水位控制在夯坑底以下1.5m。這次試夯分別進(jìn)行了第一遍41個(gè)點(diǎn)，第二遍40個(gè)點(diǎn)的試驗(yàn)，單擊夯能為1600KN·m。試夯中點(diǎn)夯擊數(shù)≥6擊，最后2擊平均夯沉量小于10cm，滿足設(shè)計(jì)要求，但在普夯時(shí)出現(xiàn)異常，該試夯區(qū)的中間區(qū)域無法立機(jī)進(jìn)行普夯施工。3．5調(diào)查后發(fā)現(xiàn)土質(zhì)異常，重新補(bǔ)勘通過挖探坑查驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該地段土質(zhì)變化異常。經(jīng)重新補(bǔ)勘，揭露的地基土質(zhì)存在一層軟粘土，自上而下為：①層灰黃色素填土，層厚0.70～2.10米，微透水；②-1層灰黃色粉質(zhì)粘土，層厚0.40～3.60米，不透水；②-2層粘土，灰黑色，軟塑～流塑，含較多有機(jī)質(zhì)，具臭味，切面光滑，無搖振反應(yīng)，韌性、干強(qiáng)度高。層厚1.20～1.80米。推薦承載力特征值fak=70kPa；②-3層灰色粉土，層厚1.40～2.30米，弱透水；②-4層粉質(zhì)灰色粘土，層厚2.00～7.60米，微透水；③層灰綠色粉質(zhì)粘土，層厚0.90～4.35米；④層灰黃色粉質(zhì)粘土，層厚2.1～6.1米。;3．6補(bǔ)勘結(jié)果驗(yàn)證了飽和粘土對(duì)強(qiáng)夯效果的不利影響。該區(qū)域原勘探的Ⅱ2-1層土中夾少量腐殖質(zhì)及薄層粘性土，在補(bǔ)勘時(shí)將所夾的薄層粘性土明確為②-2層，其含水量為48%；滲透性指標(biāo)為：垂直滲透系數(shù)2.0×10-7cm/s，水平滲透系數(shù)5.0×10-7cm/s，評(píng)價(jià)為不透水土層；其天然孔隙比為1.367，壓縮系數(shù)ａ1-2＝0.76MPa-1，其為飽和粘土。由于存在1.20～1.80米厚的透水性差的飽和粘土，在強(qiáng)夯動(dòng)力作用后，土中孔隙水壓力不易消散，而土的結(jié)構(gòu)已被擾動(dòng)破壞，又沒有形成排水通道，短時(shí)間內(nèi)不能排水固結(jié)；土顆粒間的觸變恢復(fù)條件又較慢，在這種情況下，不但不能使軟粘土加固，反而降低了地基土的抗剪強(qiáng)度，增大土的壓縮性，致使強(qiáng)夯加固的效果不易發(fā)揮。結(jié)語(yǔ)4．1《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中明確指出強(qiáng)夯對(duì)軟土地基的處理效果不顯著。在本工程Ｂ區(qū)的試夯過程中得到了驗(yàn)證。4．2在飽和軟土地基上進(jìn)行強(qiáng)夯時(shí)必須先進(jìn)行試夯工作，并且試夯中暴露的問題必須解決，否則必將影響強(qiáng)夯大面積施工后的加固效果。4．3強(qiáng)夯法加固飽和軟土地基，主