吹填砂地基强夯处理效果检测和安全性评定

刘红朝

(山西省勘察设计研究院，山西太原 030013)

0 引言

强夯处理法又被称为动力固结法或是动力压密法，其是基于重锤夯实而发展起来的处理地基的方法［1］。利用此方法通常来说是通过8 t～30 t的重锤以及与地面产生距离为8 m～20 m的落差，而对地基产生一股巨大的冲击力［2］。利用此方法所产生的冲击波以及动应力不但可以将地基土的强度大大提高，而且可将地基土的压缩性降低，从而将砂土的抗液化功能改善，并且将具湿陷性的黄土的湿陷性消除。另外，强夯处理法所产生的巨大冲击力还可以将地基土的均匀度提高，使得施工后出现差异沉降的机会更少。

1 工程概况

本文主要以某大型水力吹填造地工程为例，在所划分的区域内对吹填砂地基进行强夯处理，并对其效果进行检测，同时对其安全性进行评定，以对施工过程进行有效地指导，保证施工的安全性及可靠性。

本文所举实例其拟建场地处于某海湾的海堤范围，其地下水深度大约为3.1 m。对其进行勘察并分析后发现，拟建场地内的岩土层分布情况如下:上层为素填土，接下来为淤泥，也可称之为混砂，接下来是砂混淤泥，接着为粉质粘土，往下勘察则为中粗砂、圆砾，下层还存在砾砂以及残积砂质粘性土等。吹填厚度拟为5 m～6 m，浅层的吹填砾砂要稍微密实一些。受吹填砾砂层的影响，再加上下伏淤泥层的力学性质满足不了工程所需，因此在施工之前选了一块比较典型的区域试验，其长宽各50 m。

实验主要包括对强夯处理效果的检测以及振动监测。进行强夯效果试验的夯锤重量为15.2 t，其直径为2.1 m，锤高为0.9 m，与地面距离为20 m。经计算，其夯击能量达到304 t·m，夯点之间的距离为8 m，且每个夯点的夯击数为8。通过试验对最佳夯击能、夯击的间隔时间以及其振动而产生的影响范围等进行了解，以获得最好的强夯参数。另外，还要进行现场检测，以对强夯处理后加固深度及加固效果进行评价。此试验还结合了平板载荷、动力触探、标准贯入及室内试验等，以便对强夯过程中对周围环境的影响进行分析，确定夯点与海堤之间的安全距离。

2 强夯处理效果检测结果

进行强夯处理后，土体的承载力有了明显地提高，其承载力为原来的2倍。具体强夯处理前后的土体静载试验数据见表1。

表1 强夯处理前后的土体静载试验数据

在进行强夯处理前后，土体的重型动力触探击数以及土体的密实状态也发生了很大改变。吹填砂地基在进行强夯处理前大多数呈现稍微密实或是松散的状态，在0～8之间的动探击数都要比6击小，但在进行强夯处理之后，地基表层0.5 m以下到表层8 m以下的土体其密实有了明显的提高，平均都提高了1个～2个等级，而处于地基表层0.5 m的土体因面波的影响而受到较大的扰动，在强夯处理进行之后土体呈现松散状态。可见，进行强夯处理后能对土体产生较好的加固效果。同时也让我们了解到304 t·m等级的夯击能能对8 m深的土体产生良好的加固效果。

在进行强夯处理前后还对土体进行了标准贯入试验，其试验结果可从图1中看出。

由图1中可看出，标贯试验所反映出来的规律性与动力触探的结果相同，其进行加固的有效尝试为8 m。

3 强夯处理的安全性评定

用于监测振动的系统主要有自记仪系统以及海量数据数字记录系统。本试验采用的是海量数据数字记录系统。振动监测系统主要是利用振动观测所得到的物理量来作为质点振动时的速度。进行现场监测时所用到的系统主要包括速度传感器、信号采集系统、记录设备以及进行数据分析的系统。本试验中的传感器用的是891-Ⅱ型的速度传感器，记录仪为WS-USB数据采集仪，用来显示波形并进行处理分析的为VIB’SYS便携型计算机。

进行振动监测共选取了6个监测点，且监测点分布于夯击区域中心连线的堆填砂表面。其具体分布情况见图2。

夯源周围质点的振动速度会因夯击次数的增加而不断加快，因此，对振动监测数据进行分析时通常取最后一击时所采集的数据。其具体数据见表2。

表2 最后一击时夯源周围质点的振动速度及振动频率

对表2中的数据进行分析之后发现，在受到3000 kJ级别的夯击能之后，土体水平方向的速度以V=893.08R-1.7414的规律递减，其相关系数为R=0.956;土体垂直方向的速度则是以V=3028.5R-2.0691的规律递减，其相关系数为R=0.959。振动速度随距离衰减规律可见图3，图4。

在对振动观测进行多次分析之后，我们发现位于存在病害的土坝或是堆石坝的质点其安全振动速度保持在1 cm/s以内。若建筑中存在砂层，而土坝的坝基也不会出现液化现象，那么其安全振速应该保持在3cm/s以内。通过现场测试分析可知，若是松散的砂土，其因强夯处理而引起的振动可以a＜0.1g作为其控制标准，这种情况下振动频率保持在10 Hz左右，其安全振速为1.56 cm/s。分析施工时所产生的振动对周围环境的影响，可发现进行强夯处理时其振动速度保持在1 cm/s最安全。依照《爆破安全规程》《建构筑物抗震设计规范》以及有关的文献和实践经验可将此次实例中的安全振速控制在1 cm/s～2 cm/s之间，为使海堤的安全得到保障，建议此次实例中的质点振动速度保持在1 cm/s最为合适。

由图3，图4可以看出，强夯处理所产生的振动速度其最大的影响范围在30 m以内，30 m以外其振动速度迅速减少;振动所产生的影响在1 s以内就会消失;其振动频率保持在5 Hz～14 Hz的范围内。针对这种情况，再加上海堤的振动速度安全控制标准，可将此次施工的距离定为30 m。

4 结语

对于吹填砂地基进行强夯处理之后，对其效果进行检测最主要是利用平板载荷、动力及标准贯入等方式进行现场检测，同时将室内试验结合起来，可对强夯处理后的效果进行有效地检测［3］。使用此方式进行效果检测后，各试验结果之间呈现极好的相关性及强大的可靠性，且其可对施工过程进行科学合理而有效地指导。通过监测施工过程中的振动情况，可了解到因振动而产生影响的范围，从而可将安全距离确定下来，这样就不会对施工现场造成威胁，保护海堤。与此同时，在实际的施工当中发生任何安全事故的事实向我们证明了安全距离的设置是科学合理的，其确实可对现场起到保护作用，有利于施工的安全稳定进行。

［1］ 肖凯成.吹填砂地基强夯处理效果检测和安全性评定［J］.常州工程职业技术学院学报，2009(1):61-63.

［2］ 王 勇，王艳丽，胡明鉴.吹填砂地基强夯加固现场试验研究与应用［J］.施工技术，2009(11):36-38.

［3］ 徐 辉，随峰堂.砂土地基中打桩对建筑物的影响分析［J］.皖西学院学报，2009(5):42-43.