孔內(nèi)深層強夯地基處理效果評價
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米素婷1，周立新2，周虎鑫2，黃曉波3
（1．中國地震局地震預測重點實驗室（中國地震局地震預測研究所），北京 100036；
2．空軍工程設(shè)計研究局，北京 100068；3．北京泰斯特工程檢測有限公司，北京 102600）
[摘要]孔內(nèi)深層強夯法作為地基處理的一種方式，對其進行地基處理效果評價有著重要的意義。按照預定參數(shù)施工后，通過于密度、孔隙比、濕陷系數(shù)等室內(nèi)試驗和樁間土荷載試驗、面波試驗對比分析，樁間土地基承載力滿足設(shè)計要求，地基土體在0~6．0m深度內(nèi)處理效果較差，而在6.0~15．0m范圍內(nèi)處理效果良好。地基處理效果評價表明：改進成孔施工工藝，重新開展孔內(nèi)深層強夯小區(qū)試驗評價。
[關(guān)鍵詞]地基；強夯；濕陷性黃土；效果評價；試驗
[中圈分類號] TU472.3+1 [文章編號]1002-8498(2016)07-0089-03
1 工程概況
場地處于西北黃土高原，屬大陸性半干旱季風氣候區(qū)，區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定。區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育，山體被沖溝切割成形狀復雜的侵蝕剝蝕黃土梁峁地貌。山梁上覆蓋有深厚的濕陷性黃土，溝谷底部多基巖出露。由于工程建設(shè)的需要，場地內(nèi)需要進行“挖山填溝”的高填方工程，填方最大高度近30m。填方區(qū)坡面為濕陷性黃土(Q3eol)，具有自重濕陷性，濕陷性中等~強烈，濕陷等級Ⅱ~Ⅳ。
由于工程設(shè)計的需要，開展了地基處理試驗段研究。孔內(nèi)深層強夯作為地基處理的一種方案比選形式，在試驗段內(nèi)劃分了試驗小區(qū)開展試驗�？變�(nèi)深層強夯試驗小區(qū)內(nèi)濕陷性黃土厚15m，濕陷性中等~強烈，濕陷等級Ⅳ。地基處理設(shè)計要求為：處理深度范圍內(nèi)的黃土消除濕陷性，樁體密實度> 97%，樁間土承載力>150kPa。
2施工試驗參數(shù)
孔內(nèi)深層強夯法，簡稱DDC工法，是一種深層地基處理方法。該方法先成孔至預定深度，然后自下而上填料強夯或邊填料邊強夯，形成高承載力的密實樁體和強力擠密的樁間土。孔內(nèi)深層強夯為相關(guān)單位的專利技術(shù)，試驗前確定原土基孔內(nèi)深層強夯試驗參數(shù)如下。
1)根據(jù)場地條件，孔內(nèi)深層強夯小區(qū)共布樁點7個，樁心距3. 6m，呈正三角形布置。
2)孔深15. 0m，成孔方式為先采用洛陽鏟打直徑為60～70cm引孔至設(shè)計深度，然后采用10t夯錘沖擊成孔，成孔直徑1.3~1.4m。
3)每成一孔即進行分層填料夯實成樁，填料為2：8灰土，采用10t夯錘分層夯實夯擴成樁；每層填料3.0 m3，夯擊次數(shù)為5次，夯錘落距為10. 0m，填料密實度≥97%。
4)填料夯實過程中，也對孔壁產(chǎn)生側(cè)向壓力，產(chǎn)生夯擴作用，成樁后樁徑擴為2.0~2. 2m。
原地面孔內(nèi)深層強夯試驗施工工序為：清理場地→根據(jù)試驗參數(shù)布設(shè)樁點→采用洛陽鏟打引孔至設(shè)計深度-采用10t夯錘夯擴成孔→填料夯實→施工驗收→進入下→道工序。
3樁體試驗檢測
取孔內(nèi)深層強夯所用2:8灰土填料進行重型擊實試驗3組。取代表性1組繪制擊實試驗曲線如圖1所示。
由圖1可知孔內(nèi)深層強夯填料最大干密度為1. 71g/cm3，最優(yōu)含水率為12. 2%�？變�(nèi)深層強夯施工完成后，沿樁身挖探井，采用環(huán)刀沿樁身每延米取樣一點，進行樁體填料密實度檢測，如表1所示。
由表1可知，樁身密實度均超過97%，滿足設(shè)計要求。
4樁間土室內(nèi)試驗檢測
在孔內(nèi)深層強夯處理后地基上挖探井，取3根樁所呈正三角形形心處樁間土土樣進行室內(nèi)土工試驗，對孔內(nèi)深層強夯施工前后相同深度土樣物理力學性質(zhì)進行對比，以檢測孔內(nèi)深層強夯地基處理效果，以下主要針對土體干密度、孔隙比和濕陷系數(shù)進行對比。
1)干密度
整理和分析試驗結(jié)果，繪制孔內(nèi)深層強夯處理前后地基土體干密度對比曲線如圖2所示。
由圖2可以看出，經(jīng)過孔內(nèi)深層強夯處理，地基土體干密度在15. 0m深度范圍內(nèi)都有提高，但其中6. 0m以上深度范圍內(nèi)增長量明顯不如6.0~15. 0m范圍。根據(jù)試驗結(jié)果統(tǒng)計，在6. 0m以上深度范圍內(nèi)，地基土體干密度提高百分率為12. 0%，而在6.0~ 15. 0m深度內(nèi)地基土體干密度提高百分率為22.9%。
2)孔隙比
根據(jù)試驗結(jié)果，繪制孔內(nèi)深層強夯處理前后地基土體孔隙比對比曲線如圖3所示。
如圖3所示，經(jīng)孔內(nèi)深層強夯處理后地基在15. 0m深度范圍內(nèi)孔隙比都有所減小，但其中6.0m以上深度范圍內(nèi)減小量明顯不如6.0~ 15. 0m范圍。根據(jù)試驗結(jié)果統(tǒng)計，在6. 0m以上深度范圍內(nèi)，地基土體孔隙比降低20. 7%，而在6.0~15. 0m深度內(nèi)地基土體孔隙比降低32. 2%。
3)濕陷系數(shù)
根據(jù)試驗結(jié)果，繪制孔內(nèi)深層強夯處理前后地基土體濕陷系數(shù)對比曲線如圖4所示。
由圖4可以看出，經(jīng)孔內(nèi)深層強夯處理后地基土體濕陷系數(shù)有明顯降低，但在6.0m深度范圍以內(nèi)土體濕陷系數(shù)>0.015，土體濕陷性未消除，而在6.0~ 15.0m范圍內(nèi)濕陷性完全消除。
綜合孔內(nèi)深層強夯處理前后地基土體物理力學性質(zhì)指標及濕陷系數(shù)對比，本次孔內(nèi)深層強夯地基處理試驗，地基土體在0~6.0m深度內(nèi)處理效果較差，而在6.0~ 15.0m范圍內(nèi)處理效果良好。整理試驗結(jié)果分析如下。
1)根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，6.0m深度內(nèi)局部未消除濕陷性地層含水量偏低，土層不易夯實，影響地基處理效果，消除濕陷性效果差。
2)地基處理效果較差部位在6.0m深度以內(nèi)，原因為覆蓋土層厚度小，夯擊能量過大，導致表層土產(chǎn)生隆起效應(yīng)，影響了樁間土擠密效果。
3)本次試驗地基土體在0~6.0m深度內(nèi)處理效果較差，建議如選用孔內(nèi)深層強夯方法處理地基時，應(yīng)改進成孔施工工藝，同時應(yīng)調(diào)整樁心距，重新開展孔內(nèi)深層強夯試驗。
5樁間土現(xiàn)場試驗檢測
5.1 樁間土荷載試驗
對于孔內(nèi)深層強夯處理后的地基，對樁間土取一點進行地基承載力荷載試驗。根據(jù)《孔內(nèi)深層強夯法技術(shù)規(guī)程》CECS197: 2006規(guī)定：“孔內(nèi)深層強夯法施工時，樁頂標高應(yīng)高出設(shè)計標高0.5~1. 0m，施工完成后按設(shè)計要求挖鑿至設(shè)計標高”。在本試驗中，挖去表層1.0m厚度后，采用0.5m2的圓形承載板（承載板直徑800mm），采用相對穩(wěn)定法進行試驗。試驗p-s曲線如圖5所示。
根據(jù)試驗結(jié)果，試驗最大加荷量為400kPa，試驗未達到破壞，荷載試驗p-s曲線在200kPa處出現(xiàn)明顯拐點，故確定地基承載力特征值為200kPa。根據(jù)p-s曲線在200kPa時的累計沉降量為6. 38mm，計算得變形模量E。為18. 6MPa。
5.2樁間土面波檢測
在孔內(nèi)深層強夯處理地基小區(qū)試驗前后對試驗小區(qū)樁間位置進行了面波試驗，根據(jù)試驗前后波速變化來檢測孔內(nèi)深層強夯地基處理效果，并繪制前后波速對比頻散曲線（見圖6）。
由圖6可看出，對于樁間位置，在6. 0m深度范圍內(nèi)處理前后地基波速變化不大；而在6.0~ 15. 0m深度范圍內(nèi)，波速增長明顯，地基處理效果顯著。對于樁間位置，在6. 0m深度范圍內(nèi)處理前后地基波速變化不大，而在6.0~ 15. 0m深度范圍內(nèi)，波速增長明顯，地基處理效果顯著。根據(jù)檢測結(jié)果分析，強夯前后地基土體6. 0m深度內(nèi)等效波速增長值為8.5m/s，6.0~ 15. 0m深度范圍內(nèi)增長為28. 9m/s。
6結(jié)語
1)孔內(nèi)深層強夯法作為近年來新興的地基處理方式，在采用前對其開展試驗小區(qū)試驗，進行地基處理效果評價有著重要意義。
2)按照預定參數(shù)施工后，通過干密度、孔隙比、濕陷系數(shù)等室內(nèi)試驗對比，地基土體在0~6. 0m深度內(nèi)處理效果較差，而在6.0~ 15. 0m范圍內(nèi)處理效果良好。
3)綜合分析，0~6. 0m深度內(nèi)處理效果較差主要原因為：①局部地層含水量偏低，土層不易擠密實；②覆蓋土層厚度小，夯擊能量過大，導致表層土產(chǎn)生隆起效應(yīng)，影響了樁間土擠密效果。
4)樁間土荷載試驗表明，地基承載力特征值為200kPa，滿足設(shè)計要求。
5)面波試驗表明：在6. 0m深度范圍內(nèi)處理前后地基波速變化不大，處理效果一般；而在6.0~15. 0m深度范圍內(nèi)，波速增長明顯，處理效果顯著。
6)如選用孔內(nèi)深層強夯方法處理地基時，應(yīng)改進成孔施工工藝，同時應(yīng)調(diào)整樁心距，重新開展孔內(nèi)深層強夯小區(qū)試驗。
