浅层地基强夯处理后检测结果的分析与计算

彭银仿 马忠武 陈小刚

摘要：本文以实际工程为依托，采用平板载荷与动力触探两种不同的方式检测地基强夯处理后地基承载力特征值。经对试验结果整理计算，并结合室内土工试验成果，证明碎石土经强夯处理后强度提高明显，承载力达到设计要求，计算分析过程准确。并为其他类似工程项目的地基处理提高参考。

关键词：强夯 平板载荷试验 动力触探试验 承载力特征值 压缩模量

Abstract：Based on practical project, two methods of plate loading and dynamic penetration are applied to test characteristic value of subgrade bearing capacity after dynamic compaction. According to calculation and combining test results in the laboratory, the strength of gravel soil is enhanced obviously after dynamic compaction, bearing capacity meets the design requirement, and the process of calculation is accurate. The results provide references for the similar engineering.

Key words: dynamic compaction; plate loading test; dynamic penetration test; characteristic value of bearing capacity; modulus of compression

中圖分类号：TU4文献标识码：A 文章编号：

一、前言

随着社会发展越来越快，人类生活水平逐步提高，工业及生活垃圾也越来越多，为满足城市经济发展需要，如何合理处置城市生活垃圾、保护生态环境，成为日益严峻的问题。生活垃圾卫生填埋是目前国际上比较通用的一种有效手段，但垃圾的填埋带来了气体污染、水体污染、疾病传播等问题，大量的垃圾也对场地的安全系数、地基土承载力等性能提出了更高的要求，因此，找到一种有针对性、合理有效的地基处理方法及检测手段，对同类项目的发展进步有着极大的借鉴作用。

二、项目概况

本项目为湖北省某市生活垃圾卫生填埋场工程，该场区为一大型采石场，采石区堆填大量废弃块石、石屑及碎石，地势总体呈北高南低特征，剥蚀残丘与岗（洼）地相间分布。场地中部山间低洼地段（近南北走向）分布小型水库及水塘。由于采石场无规则开采，乱挖乱填，故填埋库区范围内地形变化大，场地标高介于40.0～125.0m不等。

本项目地基土由上往下工程特性如下：

（1-1）填土，此层土堆填时间短，均匀性差，压缩性大，具较低强度，在荷载作用下，易产生差异沉降。土、石工程分级为Ⅰ级，松土。

(2) 粉质粘土，土工试验结果表明该层土具较低强度、中等压缩性。土、石工程分级为Ⅱ级，普通土。

（3-1）粘土，土工试验表明该层土具较高强度、中等偏低压缩性，局部分布，可考虑作为库区填埋场的基础持力层。该层土的土、石工程分级为Ⅲ级，硬土。

（3-3）粘土夹块石，土工试验表明该层土的强度较低、中等偏高压缩性，层中所夹块石粒径差异大，最大达3米左右，分布不连续。该层呈现不均匀性且局部分布。该层土的土、石工程分级为Ⅱ级，普通土。【1】

本工程部分库区为填方区，填方厚度5.0m，拟采用填土层作为基础持力层。采用现场开挖出的碎石土进行回填，经多种方案比选最终采用强夯与换填结合的方案进行地基处理，整个场区强夯面积约10万方。强夯处理土层为：粉质粘土、3-1、3-3及回填的碎石土。要求处理后土层地基承载力特征值不小于250Kpa，压缩模量Es不小于12.0Mpa。为了检验填土层是否能作为基础持力层，对该场地均匀分布地选择了多个静载荷试验点。

三、检测试验

1.浅层平板载荷试验

1）现场平板静载荷试验是取得基础土壤工程力学特性的最好最直接方法。试验设备包括：千斤顶一台（800KN）、百分表四台（0-50mm）、压力表一台（0-60Kpa）。

2）设备安装与试验要点

试压土层表面用18mm厚中粗砂找平，千斤顶与承压板型芯重合，强夯机提供反力。荷载值由与千斤顶连接的压力表测定油压值根据其率定曲线换算在承压板两边对称安装4个机械式百分表，百分表的支架采用脚手架钢管，钢管固定在独立的基准桩上。检测设备与安装如图一所示。

图一 静载荷试验图与重型动力触探试验设备图

试验中加载，沉降观测及终止加载条件参照湖北省地方规范【2】

3）试验结果

本工程采用缓慢加载持续荷载法，文章选取4个有代表性试验点，各测点沉降值分别为：12.53mm、12.92mm、15.75mm、17.83mm。

2.重型动力触探

本工程采用重型圆锥动力触探（63.5Kg）设备，触探深度7.5m，试验深度进入原状土约2.5m，目的是评价底层的地基承载力和变形参数沿深度的变化。【3】检测设备与安装如图一所示：

本工程共试验20孔次，触探孔平均分布于整个场地。试验结果参照【4】修正。

3.室内土工试验

检测采用工程钻机回转钻进取样，取土器采用厚壁取样器，共选取原状土土样六份，将试验成果与原勘察报告相关数据汇总于表一：

注：表中1~6为处理后原状土土样，7~9为未扰动原状土，其中7为（2）,8为（3-1）,9为（3-3）

四、计算与结果分析

1.浅层平板载荷试验

将试验中测点各阶段沉降及其对应荷载绘制曲线图如下：

图二 浅层平板静载荷试验曲线图

地基承载力特征值的确定：当压力一沉降曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2 倍时，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2 倍时，可取极限荷载的一半【5】。

2.重型动力触探

当确定碎石土密实度时，应对试验锤击数进行杆长修正，锤击数应按下式修正：

B.0.1

式中，——修正后的重型圆锥动力触探锤击数；

——修正系数，按表B.0.1 取值；

——实测重型圈锥动力触探锤击数。

试验结果见表二：

由上表可知，动力触探平均击数强夯填土层15.9，原状土层5.2。地基承载力特征值计算应参照【2】，强夯地基填土层地基承载力特征值fak>480Kpa，原状土层地基承载力特征值=208Kpa。

3.压缩模量

根据平板载荷试验确定地基变形模量的方法，地基土变形模量Eo的估算公式为：

公式（1）

式中，——变形模量（Mpa）；

——刚性承压板形状对沉降的影响系数，圆形取0.79；方形取0.88；

——土的泊松比，碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉质粘土取0.38，粘土取0.42；

——承压板的边长或直径（m）；

——地基承载力特征值所对应的压应力（Kpa）；

——地基承载力特征值所对应的沉降（mm）；

根据广义胡克定律推导的近似公式，压缩模量由变形模量进行转换：

公式（2）

其中，——压缩模量（Mpa）；

本工程中以碎石土为主，根据经验取0.27，各测点变形模量计算值分别为：40.2、33.8、26.6、30.1平均值为32.7；压缩模量计算值分别为：50.3、42.2、33.2、37.6平均值为40.8。（以上单位均为Mpa）

4.结果分析

1）浅层平板静载荷试验曲线图中，曲线平缓无明显急变，各检测点地基承载力与沉降均不完全相同。

2）荷载沉降曲线相差不大，其中4#测点最终沉降较大。

3）动力触探深度均在五米左右，达到设计要求处理深度。从试验结果可以看出重型动力触探检测结果超过平板试验很多。

4）室内土工试验可以发现，厂区内原状土经处理后的地基层物理力学性能较处理前土层提高10~40%，其中压缩模量增加较明显，含水量、孔隙比、压缩系数等有所降低。

五、结论

1.项目场区地质分布情况复杂，土层分布有异，甚至有软弱层需要换填，导致四个监测点的荷载-沉降曲线并不完全相同。由于曲线平缓无明显急变，故本工程中无法确定处理后地基的极限承载力，建议以后的检测中可适当增大静荷载限值，或增加检测手段以确定地基土极限承载力。

2.通过对本工程的计算与分析，建议类似工程可考虑在现场同条件下重型动力触探作为辅助检测手段与静载试验结果进行对比，并结合室内土工试验共同确定承载力。

3.本工程采用强夯与换填结合的方法处理碎石土、粉土与粘性土地基，处理后的地基承载力、物理力学性能均达到设计要求，因此选用强夯法作为本工程地基处理方式合理实用。

参考文献：

1. 勘察报告；

2. 《建筑地基基础检测技术规范》DB42269-2003表14.5.4.3P465；

3. 检测报告；

4. 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）P141表B.0.1；

5. 建筑地基处理技术规范JGJ792002附录AP68；

6. 用动力触探试验检测和评价地基承载力的方法研究【J】，邵海东，科技信息

7. 浅层地基的处理【J】，马魁国,李忠，技术与经济

8. 采用低能量强夯法处理浅层软土地基【J】，王健，地下工程与隧道

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。