强夯法处理吹填砂土基的试验研究

胡顺洋，刘 海，严秀俊

(1.扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225009;2.江苏中核华纬工程设计研究有限公司，江苏 南京 210019;3.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

1 工程概述

某沿江地区拟建设市政道路，局部地段为河塘，由于受设计高程的限制，上层土为新近吹填的粉细砂，厚约2 m，下为粉土，土的物理力学性质见表1。路基土物理力学性质较差，属软土地基工程［1］，采用普通碾压手段，路基压实度难以达到设计要求，须对该路段土基进行地基处理。

表1 土层①处理前土的物理力学性质

地基处理的目的是提高地基承载力，降低其压缩性，确保基础稳定，减少基础在道路运行过程中的不均匀沉降。主要方法有置换法、深层搅拌法和强夯法等［2］。

换填法是将地基软弱层的全部或部分换填强度较高、透水性好的材料，可以提高地基承载力降低沉降量;深层搅拌法是在软土地基土中掺入水泥、石灰等，用粉喷、搅拌等方法使之充分混合和固化，或把一些能固化的化学浆液(水泥浆、水玻璃、氯化钙溶液等)注入地基土孔隙，以改善地基土的物理性质，达到加固目的;强夯法，又称动力固结法，是法国 MENARD(1969年)首创的一种地基加固方法，就是用起重机械将夯锤起吊到一定高度后，自由落下，产生强大的冲击能量，对地基进行夯实，从而提高地基承载力，降低其压缩性。LEON［3］、刘海冲［4］等国内外许多学者对强夯法加固机理进行了研究，目前被普遍认可的加固机理为动力密实、动力固结和动力置换原理三个方面［5］。它具有施工简单、经济可行、施工周期短及加固效果明显等优点，在地基的加固工程中得到广泛应用，特别适用于砂土地基。强夯法技术作为一种比较成熟的地基处理方法，在沿江地区公路工程中的应用却很少，并且在进行强夯施工时对周围环境没有影响。同时对于具体工程土质条件，强夯处理后的效果却有较大差别。因此，本文以该工程为研究背景，对吹填砂土基采用强夯处理进行试验研究，以确定土基的回弹模量和地基承载力，为沿江地区吹填砂土基的回弹模量取值提供参考，并对类似工程提供借鉴作用。

本次采用降水结合强夯击密法对试验段进行处理，即采用井点降水在施工区域内进行降水，强夯法进行土体击密，最后满夯，再整平碾压。第一遍强夯夯能采用2 000 kN·m，击数为8～10击，夯坑点距3.5 m×3.5 m，梅花形布置;第二遍强夯夯能1 800 kN·m，第二遍夯点与第一遍夯点呈梅花形错位布置，单点夯击数为6～8击;第三遍采取满夯，夯能1 000 kN·m，夯印搭接1/4。强夯的间隔时间为7 d。

2 土基回弹模量试验

土基回弹模量是路面结构设计中必不可少的设计参数，直接影响路面设计的厚度。因其受土质、含水率、压实度、测试方法等诸多因素的影响，使其数值的确定比较困难，也就给设计与施工带来很多的不确定因素和问题。相关规范要求最好通过现场试验直接测定，现场实测法一般将现场实测值取一定保证率后，计算得到土基回弹模量代表值，再考虑不利季节影响，采用15% ～30%［6］的折减系数进行折减，得到土基设计回弹模量。

回弹模量试验采用现场载荷板法，是测定逐级加载、卸载时相应于各级荷载的回弹弯沉值，按弹性半空间体公式计算路基的静回弹模量值。即采用直径30 cm的刚性承载板，在土基表面逐级加载和卸载，测出与每级荷载相对应的回弹变形。对软弱路基，规范中规定测定回弹变形量为1 mm前的应力、变形线性回归值，根据公式［7］进行计算。

经测试，土基现场回弹模量值为 33.2～52.4 MPa，见表2;测点4压力—回弹量变化曲线见图 1。对实测回弹模量进行统计，取95%的保证率，计算土基回弹模量的代表值为31.2 MPa，考虑不利季节影响，吹填砂路基土的设计回弹模量为21.8～26.5 MPa，满足一般路基土要求。

表2 土层①处理后路基土回弹模量

图1 测点4压力—回弹量变化曲线

3 承载力试验

3.1 浅层平板静荷载试验

本次试验采用堆载法，试验加载方式:采用快速维持荷载法，堆重统一为260 kN，加载用手动油压千斤顶，测力用压力表，依据率定曲线确定各级荷载值的大小，测沉降用百分表，测量数据由人工记录。经检测，地基容许承载力均 ＞130 kPa，最大累计沉降量为21.51 mm，见表3。

3.2 静力触探检测

本工程静力触探试验采用3T触探架，单桥10 cm2探头，并用JC-H2仪器进行数据采集。贯入时反力系统采用地锚反力法，贯入速度约为1.0 m/min。检测表明:强夯处理后地基容许承载力能满足路基设计要求，在有效深度范围内，土的比贯入阻力平均值及容许承载力等均有大幅提高，见表3及图2。

表3 土层①处理后路基土物理力学性质

图2 吹填砂处理前后比贯入阻力曲线

4 结论

1)强夯法是处理吹填砂路基土的一种有效方法。吹填砂土基经过强夯法处理后，其物理力学指标(如:土的密度、含水率、稠度、比贯入阻力平均值及容许承载力等)均有大幅提高，能满足一般路基设计要求;通过强夯处理后，可减少土基总沉降量，消除浅层土的不均匀性和不均匀沉降的影响，以及消除吹填土的液化和大面积填土固结沉降影响。

2)土基回弹模量试验P—L曲线具有近似线性关系，符合含水率小且密实土的特征。

［1］中华人民共和国交通部.JTJ017—96 公路软土地基路堤设计与施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，1997.

［2］张发祥.重锤夯实与 CFG桩联合处理地基工程应用研究［J］.铁道建筑，2011(5):75-77.

［3］LEON F J.Dynamic pre-compaction treatment-A case history［C］//International Symposiumon Case Histories in Geotechnical Engineering.

［4］刘海冲.强夯法加固地基机理的探讨［J］.勘察技术，2001(6):25-27.

［5］叶书麟.地基处理与托换技术［M］.北京:中国建筑工业出版社，1996.

［6］张洪华.应用 FWD测定土基回弹模量的研究［J］.中国公路学报，1994(增 1):9-13.

［7］中华人民共和国交通运输部.JTG E60—2008 公路路基路面现场测试规程［S］.北京:人民交通出版社，2008.