強(qiáng)夯置換碎石樁復(fù)合地基承載力的試驗(yàn)研究

崔守強(qiáng)

遼寧省錦州市大通公路勘察設(shè)計(jì)院

強(qiáng)夯置換碎石樁復(fù)合地基承載力的試驗(yàn)研究

崔守強(qiáng)

遼寧省錦州市大通公路勘察設(shè)計(jì)院

近年來，隨著地基處理技術(shù)的普及、提高和發(fā)展，各類復(fù)合地基在各類建設(shè)工程中得到越來越多的應(yīng)用，復(fù)合地基種類越來越多，碎石樁復(fù)合地基是近年來在高速公路地基處理中廣泛應(yīng)用發(fā)展起來的一種新型地基處理技術(shù)。本文對(duì)強(qiáng)夯置換碎石樁復(fù)合地基進(jìn)行了介紹，并對(duì)其承載力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

復(fù)合地基；強(qiáng)夯；碎石樁

引言

強(qiáng)夯加固地基方法具有設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)易行、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，它以很低的經(jīng)濟(jì)成本，大幅度提高地基土的強(qiáng)度，并降低其壓縮性，這是其他地基處理方法所無法相比的。因?yàn)檎惩恋鼗?、飽和粉土其含水量高，粗顆粒含量少，粘粒含量多，滲透性差，在強(qiáng)夯過程中和強(qiáng)夯之后，土中超孔隙水壓力沒有消散，也不能排除地下水，土體結(jié)構(gòu)不能被強(qiáng)夯所施加的能量改變，卻被土中的超空隙水壓力吸收了，使土體不能加固；另一方面因?yàn)閭?cè)向擾動(dòng)土體，反而降低了原有承載力，為了將這類飽和土中的加固效果在強(qiáng)夯中提升，首先必須將超孔隙水壓力的消散和土中地下水的排水問題解決了，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ 79-2012)中建議對(duì)于粘性土地基與高飽和度的粉土可嘗試在夯坑內(nèi)回填粗骨粒的辦法。

1 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

錦州市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)沿海區(qū)域地勢(shì)平坦，沖海相沉積，平原地貌，區(qū)域地質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。地下水類型為地下潛水，賦存于砂礫石層，該層為主要含水層，接受地表水的補(bǔ)給。凍土深度為1.13米，地震動(dòng)峰值加速度0.05g。場(chǎng)地地基土的工程性質(zhì)如下：

①淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，層厚0.5-3.5m，深灰色，淤泥夾大量植物根莖，下部見貝殼及朽木，流塑一軟塑，飽和，斷面較粗糙，干強(qiáng)度低、高壓縮性土。地基承載力特征值70kPa。

②粉質(zhì)粘土，層厚1.0-2.0m，黃色，軟塑一可塑，飽和，斷面較粗糙，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低，高壓縮性土。地基承載力特征值100kPa。

③粉細(xì)砂，層厚＞2.0m，灰白色，顆粒均勻，局部夾粉質(zhì)粘土，顆粒成分為石英、長石及少量云母，透水性較好，飽和，稍密，中壓縮性土。地基承載力特征值160kPa。

2 強(qiáng)夯置換碎石樁復(fù)合地基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 強(qiáng)夯施工方案的確定

針對(duì)土體的特點(diǎn)，在強(qiáng)夯法試驗(yàn)時(shí)，邊夯邊添河卵石找平，從而提高地基承載力、減少沉降。采用夯錘錘底直徑2.0m，質(zhì)量是15t，落距l(xiāng)0m，三角形布置夯點(diǎn)，強(qiáng)夯有效深度為3.0m，夯點(diǎn)間距4.0m，夯擊3遍，每個(gè)夯點(diǎn)夯擊10次。

2.2 強(qiáng)夯碎石樁試驗(yàn)區(qū)平面布置

本次試驗(yàn)選擇12m×12m的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)，，每點(diǎn)間距3.0m呈矩形網(wǎng)格布置，共布置了25個(gè)夯點(diǎn)。

2.3 強(qiáng)夯置換碎石樁復(fù)合地基施工參數(shù)

(1)碎石樁成樁夯擊：單擊能量750kN·m，夯底直徑0.9m，夯錘為5t鑄鋼錘，錘底靜壓強(qiáng)78.6kN/m2，單位夯擊能量為1179kN·m/m2。采用跳夯法施工，分兩遍進(jìn)行，邊夯邊在夯坑內(nèi)填入碎石。碎石料主要成分為5～50mm的河卵石，每次填料后夯打5-6擊，每個(gè)夯點(diǎn)夯擊數(shù)不少于30擊。

(2)樁間土加固滿夯：單擊能量2500kN·m，夯底直徑2.2m，夯錘底靜壓強(qiáng)65.8 kN/m2，夯錘為25t平底鋼錘，單位夯擊能為1579kN·m/m2。在滿夯夯擊前，先開挖1.5m左右碎石樁已成型的地基土，在褥墊層滿鋪50cm厚碎石土，然后找平，然后再滿夯褥墊三遍。

3 檢驗(yàn)地基處理效果

3.1 強(qiáng)夯地基土的圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)

1＃試驗(yàn)區(qū)有0.6-1.0 m深的夯坑，一層厚度為夯坑直徑1倍左右的硬殼層在坑底形成，可以將承載力提升2-3倍。在強(qiáng)夯施工結(jié)束后，對(duì)地基土進(jìn)行了圓錐動(dòng)力觸探。試驗(yàn)結(jié)果表明，埋深1.0-2.0 m地基土的地基承載力特征值提高了100kPa，埋深2.0-3.5m地基承載力特征值提高了60kPa，而埋深3.5-5.0m地基土的地基承載力特征值提高了40kPa，提高較少。

3.2 強(qiáng)夯地基載荷試驗(yàn)

加固飽和粉質(zhì)粘性土在強(qiáng)夯中，土體原來的結(jié)構(gòu)被夯擊破壞了，并有裂隙產(chǎn)生，孔隙水壓力增大，土體有效應(yīng)力減小，裂隙引起滲透性增大；其次夯擊產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力飽和土的排水加快了，土體在孔隙水壓力消失后發(fā)生了固結(jié)，土體有效應(yīng)力增加，提高了土體強(qiáng)度。強(qiáng)夯數(shù)據(jù)如表1所示。

3.3 圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)

碎石樁是一個(gè)受力置換樁，承載力較高。埋深3.5-5.0m，地基承載力特征值提高了60kPa；埋深2.0-3.5m，地基承載力特征值提高了70kPa；樁間土埋深1.0-2.0m，地基承載力特征值提高了110kPa。

與強(qiáng)夯法相比，埋深3.5-5.0m，地基承載力特征值提高了20kPa，樁間土埋深1.0-2.0m ，2.0-3.5m，地基承載力特征值提高了10kPa。所以直接強(qiáng)夯地基經(jīng)過碎石樁的擠密排水作用樁間土承載力較提高了許多。

表1 強(qiáng)夯載荷試驗(yàn)結(jié)果

3.4 強(qiáng)夯置換碎石樁與樁間土的載荷試驗(yàn)

通過勘探2＃試驗(yàn)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)，碎石樁體在土中延伸到了第③層粉細(xì)砂頂面處，樁體直徑兩端小，中間大，呈鼓形狀，樁體直徑上中下還比較均勻，平均直徑為1.3m，從樁長、樁徑、樁體形狀來看，強(qiáng)夯置換碎石樁效果比較理想。試驗(yàn)點(diǎn)樁間土及碎石樁載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2所示。

表2 樁間土及碎石樁載荷試驗(yàn)結(jié)果

由2個(gè)試驗(yàn)區(qū)載荷試驗(yàn)和動(dòng)力觸探顯示出碎石樁承載力比較高，碎石樁既可當(dāng)作排水井，又當(dāng)作加固地基的置換受力樁，使樁間土固結(jié)排水，樁間土也較直接強(qiáng)夯地基承載力高。

3.5 復(fù)合地基的承載力計(jì)算值

由觸探結(jié)果確定的復(fù)合地基承載力

應(yīng)用面積比公式核算復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值：

由動(dòng)力觸探確定①、②層土的復(fù)合地基承載力：

①淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土

②粉質(zhì)粘土

對(duì)于不同精度等級(jí)的觀測(cè)，本文所建立的確定置信概率的函數(shù)應(yīng)采用不同的系數(shù)，不能一概而論，影響平差精度。

結(jié)束語

強(qiáng)夯碎石樁是加固飽和粉土、粘土地基的一種有效方法，該方法機(jī)理明確，效果顯著，不僅僅通過設(shè)置高強(qiáng)度碎石樁提高復(fù)合地基承載力，而且通過有效加固樁間土來大幅度地提高復(fù)合地基承載力。因此，對(duì)其進(jìn)行可靠度分析是很有意義的。

[1]史良相.碎石樁復(fù)合地基的試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬[D].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2007.

[2]王良川.碎石樁復(fù)合地基理論分析與試驗(yàn)研究[D].昆明理工大學(xué)，2005.