复杂环境高填方场地强夯施工控制技术

李春法

(芜湖港储运股份有限公司淮南铁路运输分公司，安徽淮南 232000)

1 工程概况

某市档案馆广场为高填方场地，面积约1万m2，场地北部为即将建设完成的档案馆，紧邻的东部、南部、西部为新建成道路。原场地为坑塘，采用粉土直接回填，填筑深度6 m～8 m，填筑过程未进行处理，现场地由绿化地改为停车场，场地的承载能力和抗变形能力不能满足停车场要求，经过地基处理方案论证，决定采用强夯法加固处理。强夯法是高效经济地基处理方法，但强夯施工过程中会产生较大的地面振动和水平方向动应力，处理不当会危及周围的档案馆建筑物、道路安全。因此，档案馆场地强夯法处理必须在夯击过程中对冲击应力、地面振动进行控制，消除强夯施工的不利影响，确保档案馆和周围道路安全。

2 不同夯击能强夯现场试验

2.1 强夯现场试验目的

1)获得强夯法处理高填方场地冲击应力、地面振动速度与夯击工艺参数的关系;2)获得合理的强夯法施工工艺参数;3)提出减少对周围建筑物、道路危害的技术措施。

2.2 强夯现场测试系统

1)夯击过程土体冲击应力分布规律测试。土体冲击应力测试采用土体冲击应力量测系统进行采集处理，量测系统由5只DY-1压电式压力传感器，DH-3840多通道电荷放大器和DH-5939高速数据采集仪构成，见图1。5只土压力传感器按图1要求埋入土中。采用土体冲击应力量测系统采集强夯过程中土体冲击应力，获得土体冲击应力分布与强夯施工参数关系。

2)夯击过程地面振动分布规律测试。夯击过程地面振动测试用4台TC-4850地面振动测试记录仪采集处理夯击过程中地面振动，每台仪器有3个通道，连接3个振动速度传感器，分别记录地面水平径向、水平切向和垂直地面方向振动速度，见图2。测试将3个速度传感器固定在地面上，布置位置见图3，4台仪器测试可获得地面振动速度分布规律与强夯施工参数关系。

图1 冲击应力测试系统

图2 地面振动量测系统

2.3 测点布置

在夯击点周围需要布置5个土压力测点和4组地面振动测点，才能获得土体冲击应力和地面振动速度分布规律。测点布置见图3。

图3 冲击应力、地面振动分布规律测试测点布置图（单位：m）

2.4 强夯现场试验结果及分析

按图3所示布置测点，进行不同夯击能(1 000 kN·m，2 000 kN·m，2 500 kN·m，3 000 kN·m)作用下土体应力和地面振动分布规律试验，夯击过程中记录每次夯击作用夯沉量，直到完成每级夯击能夯击。

2.4.1 夯沉量实测数据与分析

在强夯现场试验过程中用水准仪分别测量在3 000 kN·m，2 500 kN·m，2 000 kN·m和1 000 kN·m四个夯击能下每一击的夯沉量，得到不同夯击能作用下每击夯击能作用下夯沉量和累计夯沉量，见图4。

图4 不同夯击能下每击夯沉量和累计夯沉量与夯击次数关系曲线

从夯击次数与夯沉量的关系曲线，可得到:1)单击夯沉量随夯击次数的增加而逐渐减小，单击夯沉量曲线趋于收敛，但超过8击～10击后单击夯沉量逐渐增大，说明8击～10击后地基土有破坏现象;2)累计夯沉量随夯击次数的增加逐渐增大，但增幅逐渐减小，累计夯沉量曲线趋于缓和;3)在相同夯击次数、相同密实度、相同填方高度条件下，夯击能越大，累计夯沉量就越大;4)根据夯沉量与夯击次数关系得到最佳夯击次数为7击～8击。

2.4.2 土体冲击应力数据处理与分析

图5为C1测点不同夯击能(3 000 kN·m，2 500 kN·m，2 000 kN·m，1 000 kN·m)实测水平向的冲击力时程(P—T)曲线图。图6为不同夯击能作用下不同夯击次数时水平方向冲击应力峰值与距离分布曲线图。

图5 C1测点水平向的冲击力时程（P—T）曲线图

从水平向冲击时程曲线和分布曲线，可得到:

1)水平方向冲击力具有作用时间段(20 ms～40 ms)、峰值衰减快特点;2)水平方向冲击应力峰值随夯击能的增大而增大，近似呈线性关系;3)水平方向上冲击应力峰值随距夯点距离的增大而衰减，并且呈近似负幂函数关系衰减。

根据冲击应力峰值衰减曲线，2 000 kN·m～3 000 kN·m作用下，夯点与建构物距离大于4 m～7 m，水平方向上冲击应力峰值小于100 kPa。因此，以2 000 kN·m～3 000 kN·m夯击能进行强夯施工过程中，强夯加固土体侧向的影响范围在4 m～7 m，夯点布置间距4 m～6 m为宜，夯点与要保护结构物安全距离应大于7 m为宜。

图6 水平方向冲击应力峰值随距离变化曲线

2.4.3 地面振动数据处理与分析

图7根据实测数据绘制出不同夯击能下不同夯击次数下，垂向振动速率峰值与距夯点距离之间关系曲线和水平径向振动速率峰值与距夯点距离之间关系曲线。

图7 3 000 kN·m夯击能作用下地面振动速率峰值与距离关系曲线

图7显示不同夯击能作用下地面振动与距离间呈负幂指数关系，用Excel回归出不同夯击能、夯击次数条件下，地面振动与距离间关系方程。按照场区内建筑物和道路允许振动速度要求，取安全允许地面振动速度为Vmax≤3 cm/s。依据强夯地面振动分布方程和允许振动速度，求得强夯地面振动安全距离见表1。

表1 强夯地面振动安全距离 m

综合表1数据，复杂高填方场地强夯施工过程中安全控制距离建议值见表2。

3 主要结论与建议

表2 复杂高填方场地强夯施工安全控制距离建议值(V≤3 cm/s)

3.1 主要结论

通过对复杂高填方场地强夯处理现场试验，得出主要结论如下:

1)高填方场地夯击过程中，单击夯沉量随夯击次数的增加而逐渐减小，累计夯沉量随夯击次数的增加逐渐增大，最佳夯击次数为7击～8击。2)强夯冲击高填方场地产生的水平冲击应力峰值随夯击能的增大而增大，随距夯点距离的增大而呈负幂函数关系衰减。2 000 kN·m～3 000 kN·m夯击能进行强夯施工过程中，强夯加固土体侧向的影响范围在4 m～7 m，夯点合理间距为4 m～6 m，夯点与要保护结构物安全距离应大于7 m。3)强夯施工过程中产生的地面振动为低频振动，地面垂向振动速度大于水平向振动速度，振动速度随夯击能增大而增大，随距离增大而呈负幂函数关系衰减，1 000 kN·m～3 000 kN·m夯击能施工的安全距离为11 m～18 m。4)靠近道路和档案馆附近夯击时，控制夯击能为1 000 kN·m，夯点与道路、档案馆安全距离为10 m～15 m，可确保道路与档案馆不受强夯施工影响。

3.2 建议

为了确保复杂高填方场地强夯处理质量和不对道路、档案馆产生不利影响，建议强夯施工按如下要求进行:

1)复杂高填方场地强夯处理应分区进行，场地中部采用较大的夯击能施工，主夯和副夯采用2 000 kN·m～2 500 kN·m，夯点间距4 m～6 m，单点夯击7次～8次，满夯采用1 000 kN·m;场地周边采用小夯击能施工，主夯、副夯采用1 000 kN·m施工，单击夯击7次～8次，满夯也采用1 000 kN·m施工。2)靠近道路和档案馆附近夯击时，严格控制夯击能不超过1 000 kN·m，夯点与道路、档案馆安全距离为10 m～15 m。

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