強(qiáng)夯處理液化地基的試驗(yàn)研究

倪修勤，朱志鐸

（1.南京市交通建設(shè)處，江蘇 南京 210008；2.東南大學(xué)交通學(xué)院，江蘇 南京 210096）

1 概述

江蘇某高速公路路線經(jīng)過區(qū)，地表沉積了10 m左右厚的泛濫沉積物，并存在不連續(xù)的廢黃河水系。沉積物以粉土、粉細(xì)砂為主，并夾有軟土，結(jié)構(gòu)松散、強(qiáng)度低，是工程建設(shè)的不良地基。由于江蘇北部地區(qū)受郯城—廬江地震帶的影響，地震基本烈度較高，地震作用會加重該類地基的不良影響，給工程建設(shè)帶來更大的危害。根據(jù)《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTJ004—89）的要求［1-2］，對該類地基必須進(jìn)行加固處理。為消除液化地基的液化勢，在施工現(xiàn)場進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)，以確定強(qiáng)夯加固效果［3-6］。

2 試驗(yàn)概況

工程地質(zhì)勘察顯示，在鉆孔揭示深度內(nèi)主要為第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)地層，可液化土主要以全新統(tǒng)（Q4）低液限粉土為主，中部局部夾有軟土層，多屬中等-嚴(yán)重液化，局部輕微液化。液化土層主要由軟塑狀低液限粉土及部分塑性指數(shù)小于10的低液限粘土和粉細(xì)砂透鏡體組成，厚度一般10~15 m，多呈軟塑-流塑狀或松散狀態(tài)，力學(xué)性質(zhì)差。據(jù)勘察資料，試夯區(qū)在深度8.5 m范圍內(nèi)地層可分為3層，其主要物理力學(xué)參數(shù)見表1。

由表1可知，該試夯區(qū)的土層由可液化的粉土和粉土質(zhì)砂組成，同時在粉土中又有淤泥質(zhì)軟土夾層，因此必須對相應(yīng)土層進(jìn)行抗液化處理，同時要控制沉降。

強(qiáng)夯試驗(yàn)內(nèi)容主要有強(qiáng)夯前后的物理力學(xué)性質(zhì)、夯沉量、隆起量、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（SPT）。強(qiáng)夯施工機(jī)械為國產(chǎn)W2001型50 t履帶強(qiáng)夯機(jī)，夯錘重18.04 t，直徑2.6 m，底面積5.31 m2，錘高0.85 m。強(qiáng)夯施工夯擊能級為2 500 kN·m，夯錘落距13.90 m，主、副夯擊能夯點(diǎn)間距為4.5 m，單點(diǎn)夯擊擊數(shù)4擊。

3 強(qiáng)夯試驗(yàn)效果檢測分析

通過強(qiáng)夯前后土的物理力學(xué)性質(zhì)、標(biāo)貫擊數(shù)對比，判斷各土層的強(qiáng)度增長和可液化土層是否完全消除液化勢。對強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)在試夯結(jié)束后7 d、35 d進(jìn)行試夯效果檢測。強(qiáng)夯后試驗(yàn)區(qū)土體的物理力學(xué)參數(shù)見表2。

表1 試驗(yàn)區(qū)土的主要物理力學(xué)參數(shù)表（處理前）

表2 試驗(yàn)區(qū)土的主要物理力學(xué)參數(shù)表（處理后）

從室內(nèi)土工試驗(yàn)成果看，處理后液化土的含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)、滲透系數(shù)減小，而密度、強(qiáng)度變大。但在低液限粘土為主的土層中，土的孔隙比、壓縮系數(shù)、壓縮模量等物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)不如加固前好，分析其主要原因?yàn)閺?qiáng)夯施工對粘土的擾動所致。處理前后各土層標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)隨深度、時間的變化見圖1。

圖1 強(qiáng)夯前后各土層標(biāo)貫擊數(shù)變化

由圖1可見：在0~3.5 m的液化土層中，隨齡期的增長標(biāo)貫擊數(shù)有明顯增長：齡期為7 d的標(biāo)貫擊數(shù)約為原狀土擊數(shù)的2~3倍，齡期35 d的標(biāo)貫擊數(shù)約為原狀土擊數(shù)的3~6倍。淺層土由于在強(qiáng)夯沖擊作用下產(chǎn)生較大裂縫，離排水自由邊界近，強(qiáng)度增長快。在4.1~4.5 m的軟土夾層中，受其本身性質(zhì)的影響排水條件不良，齡期7 d標(biāo)貫擊數(shù)基本無增長，齡期35 d才有較明顯增長。同時該夾層下臥的粉土層中標(biāo)貫擊數(shù)增長沒有上面的粉土層明顯，特別是在5.65~5.95 m這個標(biāo)貫點(diǎn)反映更明顯。7.15~7.45 m這個標(biāo)貫點(diǎn)上，齡期7 d的比齡期35 d的增長要大，這可能是由于土層的局部變化所致，但總體上齡期35 d的比齡期7 d的增長顯著。從現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在地基深度7.45 m范圍內(nèi)，強(qiáng)夯處理地基均能取得良好的效果。

為了檢驗(yàn)強(qiáng)夯后地基處理是否滿足規(guī)范要求，將實(shí)測的修正標(biāo)貫擊數(shù)N1與理論計算臨界標(biāo)貫擊數(shù)N0進(jìn)行對比，根據(jù)公路工程抗震設(shè)計規(guī)范，修正標(biāo)貫擊數(shù)和臨界標(biāo)貫擊數(shù)計算公式如下：

式中：Cn為標(biāo)貫擊數(shù)的修正系數(shù)；N68.5為實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)；Kn為水平地震系數(shù)；σ0為貫入點(diǎn)處土的總上覆壓力；σe為貫入點(diǎn)處土的有效覆土壓力；Cv為地震剪應(yīng)力隨深度的折減系數(shù)；ξ為粘粒含量修正系數(shù)。

經(jīng)過計算，修正標(biāo)貫擊數(shù)和臨界標(biāo)貫擊數(shù)如表3所示。

表3 修正標(biāo)貫擊數(shù)和臨界標(biāo)貫擊數(shù)

從表3中可以看出，在處理前，地基的標(biāo)貫擊數(shù)小于臨界標(biāo)貫擊數(shù)，不滿足規(guī)范要求；在強(qiáng)夯處理后35 d的實(shí)測修正標(biāo)貫擊數(shù)均大于臨界標(biāo)貫擊數(shù)，處理效果滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

本文結(jié)合某高速公路強(qiáng)夯處理液化地基的工程實(shí)踐，對強(qiáng)夯處理液化地基進(jìn)行了深入研究，采用強(qiáng)夯處理液化地基和軟土與液化土交互地基，能消除液化地基的液化勢。從處理前后土的物理力學(xué)性質(zhì)及標(biāo)貫試驗(yàn)的對比分析可知，液化地基的液化勢消除，達(dá)到了地基處理目的。

［1］JTJ004—89公路工程抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］GB50011—2001建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］《地基處理手冊》編委會.地基處理手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［4］周世良，王江，張明強(qiáng).強(qiáng)夯加固機(jī)理研究現(xiàn)狀及展望［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版)，2006，25（1）：65-70.

［5］劉洪濤.強(qiáng)夯法在下臥深層軟基處治中的應(yīng)用［J］.公路交通技術(shù)，2014（2）：9-12.

［6］王蘭民，袁中夏，王峻，等.強(qiáng)夯處理后黃土地基的動力特性與抗震性能［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2003（z2）：2840-2847.