堆场地基的处理地基土质对强夯效果的影响

从某码头堆场地基的处理分析地基土质对强夯效果的影响[摘要]强夯加固地基已广泛应用，但在软粘土中按传统强夯工艺进行操作往往不能成功，本文对一次试夯中出现的问题进行分析，初探饱和粘土对强夯效果的影响。[关键词]强夯软粘土试夯强夯法又名动力固结法或动力压实法。是反复将重锤（质量一般为10～40t）提到一定高度使其自由落下（落距一般为10～40m），给地基以冲击和振动能量，使地表浅层和一定深层范围内得到不同程度的加固，从而提高地基的承载力并降低压缩性，改善地基性能。强夯法加固地基具有简单易行、节省材料、工期短等明显优点，自上世纪70年代引进后在全国得到广泛推广应用。但是，强夯法对地基土质有一定的要求，《港口工程地基规范》中明确指出，强夯法适用于处理碎石土、砂土，低饱和度的粉土和粘性土，《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）在以上适用范围上增加了湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。本文结合某码头堆场软土地基的加固方法，针对试夯过程中出现的问题及处理过程，初探了饱和粘土对强夯效果的不利影响。工程概况及工程地质条件本工程作为长江边码头的堆场部分，长600多米，宽500多米，由多个不同功能的堆场组成，现场处理方案亦分为多个区域。本工程堆场的地貌类型属长江三角洲平原**河漫滩。根据工程前期地质勘察报告，其中某一块区域（120m×120m，以下称为Ｂ区）的地下土层依次分布为：Ⅰ2褐黄～灰黄色素填土，湿，可塑，少量腐植物，为粉质粘土性，其上部已开垦为耕植土，静力触探比贯入阻力Ps为1.28MPa。Ⅱ2-1灰－灰黄色粉质粘土，饱和，可塑偏软～软塑，含云母，夹少量腐殖质及薄层粘性土，静力触探比贯入阻力Ps为0.87MPa。Ⅱ2-2灰－灰黄色砂质粉土，性质描述：饱和，松散，含云母，夹薄层（厚5～20mm）粘性土，标准贯入击数3～9击，静力触探比贯入阻力Ps为2.01MPa。Ⅴ1灰－灰绿色粉质粘土，饱和，可塑，土质不匀，混少量粉土和粉砂，标准贯入击数3～7击，静力触探比贯入阻力Ps为1.43MPa。Ⅰ2层土普遍分布，厚度约为1-2m左右。Ⅱ2层土，工程地质性质较好，在该区域由北到南Ⅱ2-2层逐渐取代Ⅱ2-1层，层厚平均约1-4.0m。Ⅱ2-1或Ⅱ2-2层以下为Ⅴ1层。强夯设计和试夯方案由于本工程地质条件较差，土层具有较大的压缩性，为减小土体的孔隙比，降低含水量，加快地基土的前期固结沉降，减少在外荷作用下的不均匀沉降，设计采用强夯技术进行地基加固，加固深度要求不小于5m；处理后的地基承载力特征值不低于150KPa（采用2m*2m载荷板进行检验）；加固深度内土静力触探比贯入阻力要求不小于8MPa；加固深度内土标准贯入（N63.5）不小于15击。设计根据土体地质条件、上部荷载分布、对应的下卧土层差异等提出了不同的试夯参数，Ｂ区的参数如下：①试夯区面积为30×30m2；②采用两遍点夯一遍平夯，每遍跳档夯点间距为6×6m正方型布置；③每遍夯击能为2000KNｍ，单点夯击数≥8击；平夯夯能1200KNM，单点搭接1/4锤径，击数≥2击。平夯后振动碾压一遍。每点夯击的收锤标准为坑周不出现明显隆起，不能有过大的侧向变形，后一夯沉量应小于前一夯沉量，每遍点夯的最后两击平均夯沉量应小于10cm/击。试夯经过以及处理过程3．1试夯准备工作先根据设计图纸在现场确定了试夯区的范围，按设计要求标出了夯点位置，并测量标高，调整夯锤落距以保证夯能。根据设计要求布置了两个孔(间距10ｍ)，每孔提前埋设了4个振弦式孔隙水压测头进行孔隙水压力观测，另外布置了水位观测管。3．2试夯失败第一遍点夯共需完成41点。但第一遍仅夯了17个点就无法继续，而且每点仅夯到5～6击，强夯机就陷车严重，不能移车，后2击平均夯沉量为20.4cm，不满足设计要求的收锤标准，施工暂停。3．3初步分析失败原因地下水位较高。通过观测，夯前的地下水位为地表下1.1ｍ，而施工后的平均单孔夯沉1.62ｍ，而规范要求地下水位应低于坑底下2ｍ，此问题夯前未引起重视。土层中的孔隙水压消散比较缓慢。（其消散状况见下表）孔隙水压力计埋置置深度3米6米9米12米K1孔7天孔隙水压力消散率率39%69%49%40%K1孔21天孔隙水压力消散率率59%71%51%42%K2孔7天孔隙水压力消散率率71%42%33%34%K2孔21天孔隙水压力消散率率77%44%35%35%由上表，虽然两孔相距较近，但其孔隙水压消散却有差异。21天后3ｍ和6m处最大只有77%，最小消散只有44%，反映出在有效影响深度内土中产生的超静孔隙水压消散比较缓慢。由于强夯形成的超静水压力μ，抵消了部分土的原有应力σ，造成有效应力（σ－μ）降低，直接导致表层土有效剪应力严重降低，出现“橡皮土”现象，并且不能承载强夯机。3．4换填山皮石试夯仍然失败根据以上出现的情况，采取了三项措施：另选区域换填50和80cm两种深度的山皮石重新试夯；单击夯能由2000KN·m调整为1600KN·m；作好现场排水工作，挖3ｍ深的排水沟，将地下水位控制在夯坑底以下1.5m。这次试夯分别进行了第一遍41个点，第二遍40个点的试验，单击夯能为1600KN·m。试夯中点夯击数≥6击，最后2击平均夯沉量小于10cm，满足设计要求，但在普夯时出现异常，该试夯区的中间区域无法立机进行普夯施工。3．5调查后发现土质异常，重新补勘通过挖探坑查验，发现该地段土质变化异常。经重新补勘，揭露的地基土质存在一层软粘土，自上而下为：①层灰黄色素填土，层厚0.70～2.10米，微透水；②-1层灰黄色粉质粘土，层厚0.40～3.60米，不透水；②-2层粘土，灰黑色，软塑～流塑，含较多有机质，具臭味，切面光滑，无摇振反应，韧性、干强度高。层厚1.20～1.80米。推荐承载力特征值fak=70kPa；②-3层灰色粉土，层厚1.40～2.30米，弱透水；②-4层粉质灰色粘土，层厚2.00～7.60米，微透水；③层灰绿色粉质粘土，层厚0.90～4.35米；④层灰黄色粉质粘土，层厚2.1～6.1米。;3．6补勘结果验证了饱和粘土对强夯效果的不利影响。该区域原勘探的Ⅱ2-1层土中夹少量腐殖质及薄层粘性土，在补勘时将所夹的薄层粘性土明确为②-2层，其含水量为48%；渗透性指标为：垂直渗透系数2.0×10-7cm/s，水平渗透系数5.0×10-7cm/s，评价为不透水土层；其天然孔隙比为1.367，压缩系数ａ1-2＝0.76MPa-1，其为饱和粘土。由于存在1.20～1.80米厚的透水性差的饱和粘土，在强夯动力作用后，土中孔隙水压力不易消散，而土的结构已被扰动破坏，又没有形成排水通道，短时间内不能排水固结；土颗粒间的触变恢复条件又较慢，在这种情况下，不但不能使软粘土加固，反而降低了地基土的抗剪强度，增大土的压缩性，致使强夯加固的效果不易发挥。结语4．1《建筑地基处理技术规范》中明确指出强夯对软土地基的处理效果不显著。在本工程Ｂ区的试夯过程中得到了验证。4．2在饱和软土地基上进行强夯时必须先进行试夯工作，并且试夯中暴露的问题必须解决，否则必将影响强夯大面积施工后的加固效果。4．3强夯法加固饱和软土地基，主