圓錐動(dòng)力觸探在強(qiáng)夯地基處理檢測(cè)中的應(yīng)用

Application of Feeler Inspection of the Circular Cone Power in the Handling Detection of the Dynamic Compaction Foundation

張成功1,王予亮2,姜紅霞3,童鑫剛3ZHANG Chenggong, WANG Yuliang, JIANG Hongxia, TONG Xingang（1.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西西安710054；2.衢州市柯城區(qū)建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，浙江衢州324000；3.衢州市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)雙港管委會(huì)，浙江衢州324000）

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圓錐動(dòng)力觸探在強(qiáng)夯地基處理檢測(cè)中的應(yīng)用

Application of Feeler Inspection of the Circular Cone Power in the Handling Detection of the Dynamic Compaction Foundation

張成功1,王予亮2,姜紅霞3,童鑫剛3
ZHANG Chenggong, WANG Yuliang, JIANG Hongxia, TONG Xingang
（1.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西西安710054；2.衢州市柯城區(qū)建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，浙江衢州324000；3.衢州市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)雙港管委會(huì)，浙江衢州324000）

摘 要：浙西低丘緩坡地段高填方區(qū)建設(shè)用地一般采用強(qiáng)夯法地基處理，今通過(guò)對(duì)圓錐動(dòng)力觸探檢驗(yàn)強(qiáng)夯法處理地基的具體實(shí)例及其檢測(cè)結(jié)果的分析，得出結(jié)論是圓錐動(dòng)力觸探在強(qiáng)夯地基處理檢測(cè)中具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)；并指出了強(qiáng)夯地基處理施工中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯地基檢測(cè)；圓錐動(dòng)力觸探；高填方路基

圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)（DPT）是巖土工程中常規(guī)的原位測(cè)試之一，它是利用一定質(zhì)量的落錘，以一定高度的自由落距將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓錐形探頭打入地基土層中，根據(jù)探頭貫入的難易程度（可用貫入一定距離的錘擊數(shù)、貫入度或探頭單位面積動(dòng)貫阻力來(lái)表示）判定地基土層的性質(zhì)，估算地基土承載力及變形模量。

浙西丘陵地區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)發(fā)一般采用挖高填低平整丘陵以獲取建設(shè)用地。平整后的土地相當(dāng)一部分為填方區(qū)，在填方施工期間未能做到分層碾壓或及時(shí)夯實(shí)，利用該部分土地時(shí)，不得不進(jìn)行地基處理或者采用深基礎(chǔ)。地基處理手段多采用強(qiáng)夯法，強(qiáng)夯處理后的地基檢測(cè)成為驗(yàn)證地基處理效果的關(guān)鍵程序。通過(guò)在具有代表性填土的強(qiáng)夯地基處理采用重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測(cè)，查明分析地基處理效果的原因。

1 強(qiáng)夯地基處理檢測(cè)

丘陵地區(qū)土方回填一般為就近挖方一次性回填至低凹處，回填材料級(jí)配差、松散，回填厚度差異性較大。與平板載荷試驗(yàn)相比，圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)在檢測(cè)強(qiáng)夯處理地基土中有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）費(fèi)用低、測(cè)試簡(jiǎn)易，可作為普測(cè)手段大面積測(cè)試，以全面檢驗(yàn)處理效果。

2）檢測(cè)點(diǎn)位靈活，可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整檢測(cè)部位。

3）檢測(cè)深度范圍大，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)檢測(cè)深度。

4）將地基處理前后的動(dòng)探試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可檢驗(yàn)強(qiáng)夯處理的有效加固深度，作為設(shè)計(jì)及施工的相關(guān)參數(shù)。

強(qiáng)夯處理后的地基承載力檢驗(yàn)，應(yīng)在施工結(jié)束后間隔一定時(shí)間進(jìn)行，對(duì)于碎石土和砂土地基，間隔時(shí)間宜為7～14 d；粉土和黏性土地基，間隔時(shí)間宜為14～28 d；強(qiáng)夯置換地基，間隔時(shí)間宜為28 d。

檢驗(yàn)強(qiáng)夯地基均勻性時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)量可根據(jù)場(chǎng)地復(fù)雜程度和建筑物的重要性確定，對(duì)于簡(jiǎn)單場(chǎng)地上的一般建筑物，按每400 m2不少于1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，且不少于3點(diǎn)；對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)地或重要建筑地基，每300 m2不少于1點(diǎn)，且不少于3點(diǎn)。強(qiáng)夯置換地基，可采用超重型或重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)等方法，檢查置換墩著底情況及承載力與密度隨深度的變化，檢驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于墩點(diǎn)數(shù)的3%，且不少于3點(diǎn)［1］。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

衢州市某開(kāi)發(fā)區(qū)擬建2條城市主干道，場(chǎng)址位于低丘緩坡地區(qū)，屬于丘陵地貌，原始地面高程在81.38 ～105.50 m（1985國(guó)家高程基準(zhǔn)）之間，最大高差約24.12 m；巖土層以第四紀(jì)粉土、黏土和白堊紀(jì)泥質(zhì)粉砂巖與泥質(zhì)砂巖為主。道路沿線多段需跨越丘陵間溝壑，溝壑地段設(shè)計(jì)為高填方路基，路基填方土料就近場(chǎng)外取土，以全—中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主。填方路基最深處達(dá)10.9～13.0 m，多為快速回填施工完成，且填方土料未經(jīng)分選、級(jí)配不良、均勻性差，造成填方路基承載力低、自重沉陷、濕陷明顯。

為滿足道路使用功能要求，設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯法對(duì)填方路基進(jìn)行地基處理。強(qiáng)夯點(diǎn)梅花形布置，主、副進(jìn)行全寬滿夯，其中道路A強(qiáng)夯機(jī)額定夯擊能5 000 kN·m，道路B強(qiáng)夯機(jī)額定夯擊能3 000 kN·m。強(qiáng)夯后達(dá)到的設(shè)計(jì)要求為：1）最后兩擊的平均夯沉量不大于50 mm；2）夯坑周?chē)孛娌粦?yīng)發(fā)生過(guò)大的隆起；3）經(jīng)處理后的地基承載力特征值不小于160 kPa，變形模量不小于10 MPa。

2.2 動(dòng)力觸探試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方法

為檢驗(yàn)強(qiáng)夯法地基處理效果和處理有效深度，驗(yàn)證地基處理方法和參數(shù)的可行性，采用重型圓錐動(dòng)力觸探分別在試夯區(qū)和未夯區(qū)進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。試驗(yàn)動(dòng)力機(jī)械采用XY-1型鉆機(jī)，重型圓錐動(dòng)力觸探器連續(xù)貫入觸探測(cè)試，錘重（質(zhì)量）63.5 kg，自動(dòng)落錘裝置；試驗(yàn)時(shí)穿心錘自由下落，落距760 mm。穿心錘提升至規(guī)定高度，使錘自動(dòng)脫勾，自由下落，反復(fù)擊打，錘擊速率不超過(guò)30擊/min。記錄每貫入100 mm的錘擊數(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)探實(shí)測(cè)擊數(shù)）N63.5；當(dāng)連續(xù)三次錘擊數(shù)達(dá)到50擊時(shí)，即終止試驗(yàn)，記錄實(shí)際貫入深度和相應(yīng)的錘擊數(shù)［2］。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)在地質(zhì)情況比較典型且具有代表性的道路A和B，分別在試夯區(qū)和未夯區(qū)進(jìn)行，試夯區(qū)和未夯區(qū)臨近，各區(qū)尺寸30 m×50 m，測(cè)點(diǎn)對(duì)角均勻布置，各區(qū)均分別測(cè)試5點(diǎn)，共測(cè)試20個(gè)點(diǎn)位，累計(jì)試驗(yàn)20段次187.90 m。根據(jù)修正后的N′63.5擊數(shù)將各測(cè)試點(diǎn)測(cè)試深度范圍內(nèi)的土層按密實(shí)度劃分層位，文獻(xiàn)［3］中收錄的全國(guó)各地有關(guān)部門(mén)根據(jù)重型動(dòng)力觸探擊數(shù)對(duì)應(yīng)的地基土承載力特征值和變形模量并結(jié)合本地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，確定各點(diǎn)各層位承載力特征值和變形模量。繪制同一條道路上的試夯區(qū)與未夯區(qū)N′63.5與深度的關(guān)系曲線，剔除因塊石、碎石等粗顆粒造成動(dòng)探擊數(shù)異常偏高數(shù)據(jù)，整理出試夯區(qū)和未夯區(qū)N′63.5均值曲線。對(duì)比分析測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)比圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 道路A試夯區(qū)和未夯區(qū)動(dòng)探對(duì)比曲線

圖2 道路B試夯區(qū)和未夯區(qū)動(dòng)探對(duì)比曲線

2.3.1 道路A試驗(yàn)成果分析評(píng)價(jià)

1）未夯區(qū)N′63.5數(shù)據(jù)離散型、重復(fù)一致性均優(yōu)于試夯區(qū)。未夯區(qū)1.5～2.5 m和4.0～5.4 m異常偏大且較為集中，推斷為填土層中碎石等粗顆粒密集分布區(qū)域。

2）分析對(duì)比N′63.5均值曲線可知試夯區(qū)0.6 m以上土層密實(shí)度均明顯低于下部，且均明顯比未夯區(qū)差，說(shuō)明未夯區(qū)表層土密實(shí)度優(yōu)于試夯區(qū)，分析原因?yàn)椋簭?qiáng)夯產(chǎn)生的強(qiáng)大振動(dòng)及沖擊力破壞了原有的“硬殼層”，還會(huì)振松已夯實(shí)填土，如不能妥善處理表層土，則會(huì)產(chǎn)生表層土密實(shí)度夯后不如夯前。

3）0.6～7.8 m段N′63.5均值曲線明顯分離且差值相對(duì)較大：試夯區(qū)N′63.5普遍大于10擊，以中密狀為主，而未夯區(qū)對(duì)應(yīng)深度范圍內(nèi)N′63.5普遍小于10擊，以稍密狀為主。該段夯后密實(shí)度提高約一個(gè)等級(jí)，處理效果明顯。其中1.6～2.3 m試夯區(qū)均值曲線平緩于未夯區(qū)，證明強(qiáng)夯對(duì)主要受力部位的風(fēng)化巖塊等粗顆粒具有一定的振動(dòng)破碎作用，從而減少了動(dòng)探擊數(shù)異常偏高現(xiàn)象。

4）自7.8 m以下N′63.5均值曲線迅速趨于重合，說(shuō)明強(qiáng)夯加固效用快速降低，由此可判斷7.8 m為該試夯區(qū)的有效加固深度，該數(shù)值與《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ 79—2012）》中提供的不同夯擊能對(duì)應(yīng)有效加固深度較為吻合。但由于回填土整體施工質(zhì)量差，取規(guī)范提供的不同夯擊能對(duì)應(yīng)有效加固深度的低值較為安全。

5）由于表層土是基礎(chǔ)的持力層，如處理不好將會(huì)降低地基承載力，增加道路的整體沉降量和不均勻沉降，因此應(yīng)重視表層土的夯實(shí)。

2.3.2 道路B試驗(yàn)成果分析評(píng)價(jià)

1）道路B填土層密實(shí)度均較差，未夯區(qū)1.0 m以上N′63.5數(shù)據(jù)離散型較大，1.0 m以下重復(fù)一致性較好。未夯區(qū)N′63.5異常偏大數(shù)據(jù)較少，說(shuō)明未夯區(qū)碎石、塊石等粗顆粒對(duì)數(shù)據(jù)異常值影響小，分析原因：①粗顆粒含量少；②土層密實(shí)度低則土顆粒間尤其是粗顆粒的粒間應(yīng)力必然低；③土層顆粒的粒間應(yīng)力低則能夠提供給測(cè)試探頭的反作用力亦低，直觀表現(xiàn)為錘擊貫入度大。

2）分析N′63.5均值曲線可知，試夯區(qū)1.5 m以上加固效果不明顯，甚至夯后密實(shí)度差于未夯，原因分析同3.3.1第2條，更說(shuō)明強(qiáng)夯對(duì)“硬殼層”的破壞現(xiàn)象在松散土層中表現(xiàn)更為明顯。

3）1.8～5.8 m段N′63.5均值曲線明顯分離且差值相對(duì)較大，N′63.5數(shù)據(jù)提高近1倍，證明強(qiáng)夯加固效果在1.8～5.8 m較為明顯，但整體提高等級(jí)尚有欠缺。而5.8 m以下N′63.5均值曲線趨于重合，差值相對(duì)不大，說(shuō)明5.8 m以下加固效果已不大明顯。

4）在動(dòng)探測(cè)試時(shí)動(dòng)探孔內(nèi)地下水水位較高，地下水和填土土質(zhì)應(yīng)是造成加固效果不明顯的主要原因。

3 開(kāi)挖驗(yàn)證

道路A后期開(kāi)挖溝槽見(jiàn)圖3，從照片中可見(jiàn)，道路A土質(zhì)干燥，槽壁自立性和土層密實(shí)度良好，強(qiáng)夯處理效果明顯。而道路B（圖4）經(jīng)開(kāi)挖查看土質(zhì)，發(fā)現(xiàn)土質(zhì)松散，地下水水位高，自立性差。兩條道路加固處理后的結(jié)果迥異，道路B雖相對(duì)于夯前地基土在夯后仍有明顯提高，但未達(dá)到預(yù)期目的，分析其未能如道路A般良好的處理效果的主要原因是：道路B未有效降低地下水位，孔隙水壓力消散不足。

圖3 道路A夯后開(kāi)挖溝槽

圖4 道路B夯后開(kāi)挖溝槽

4 結(jié) 語(yǔ)

1）由于試夯區(qū)和未夯區(qū)不是同一區(qū)域，如能同一區(qū)域同一測(cè)點(diǎn)，分別在夯前和夯后進(jìn)行圓錐動(dòng)力觸探，則強(qiáng)夯加固成效對(duì)比將更為科學(xué)合理、真實(shí)有效。此次對(duì)比分析僅用以說(shuō)明圓錐動(dòng)力觸探在強(qiáng)夯地基檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)加以深化挖掘。

2）通過(guò)本次動(dòng)探試驗(yàn)檢測(cè)及全程跟蹤，不僅為設(shè)計(jì)單位提供了較為真實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的適用性，為該方法在浙西地區(qū)的設(shè)計(jì)和施工提供了有益的嘗試；而且進(jìn)一步印證了地下水是強(qiáng)夯法地基處理成敗的關(guān)鍵，在地下水位高的地段必須加強(qiáng)排水，將土層瀝干；對(duì)于排水困難的地段，可采用強(qiáng)夯置換法處理或采取降水手段。

3）強(qiáng)夯法地基處理必須加強(qiáng)表層土的夯實(shí)，可在進(jìn)行低能量滿夯時(shí)，采用質(zhì)量較小的夯錘，多次夯擊，錘印搭接；表層土夯實(shí)后宜分層碾壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高，如此不僅便于找平，亦可加強(qiáng)表層土的密實(shí)度。

4）對(duì)滿足強(qiáng)夯適用條件的工程場(chǎng)地，回填土方厚度一次不宜過(guò)大，不應(yīng)超過(guò)強(qiáng)夯法地基處理的有效深度，否則有效處理深度以下部位的填土層力學(xué)性質(zhì)難以保證工程質(zhì)量。該部分土層的加固處理將大幅增加工程造價(jià)，且易造成工程質(zhì)量隱患。

5）浙西地區(qū)挖方后的泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖易風(fēng)化為以粉黏粒、粉細(xì)砂、礫砂及碎石等組成的混合土，透水性強(qiáng)，在排水條件好的地段適合強(qiáng)夯法地基處理，經(jīng)處理后適宜作為一般建筑的地基持力層，且該填方土料不僅來(lái)源豐富，還解決了土方堆積的問(wèn)題，用途十分廣泛。

6）圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)在檢驗(yàn)砂土、碎石土等粗顆粒土的密實(shí)度上應(yīng)用廣泛，具有測(cè)試靈活、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)；但其缺點(diǎn)是：人為讀數(shù)誤差大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)量大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集未標(biāo)準(zhǔn)化電子化。因此，根據(jù)動(dòng)探試驗(yàn)數(shù)據(jù)提供的承載力和變形參數(shù)等仍為查表值，所提供的參數(shù)與實(shí)際數(shù)值有比較大的誤差等缺點(diǎn)。

7）針對(duì)地區(qū)典型土質(zhì)，浙西地區(qū)缺少動(dòng)探試驗(yàn)數(shù)據(jù)和靜載荷試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)和研究，如能建立起典型土質(zhì)的地方經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，則動(dòng)探測(cè)試在浙西砂卵石地層，風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等填土層等典型土質(zhì)中的應(yīng)用將更為廣泛，可為建筑工程基礎(chǔ)安全和造價(jià)發(fā)揮更大作用。

參考文獻(xiàn)

［1］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院.YS 5219—2000圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2001.

［3］《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

中圖分類(lèi)號(hào)：TU413

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-3707（2016）02-0026-04

收稿日期：2015-03-05；修回日期：2015-11-19

作者簡(jiǎn)介：張成功（1982—），男，浙江衢州人，工程師，從事巖土工程研究工作。