强夯处理液化地基的试验研究

倪修勤，朱志铎

（1.南京市交通建设处，江苏 南京 210008；2.东南大学交通学院，江苏 南京 210096）

1 概述

江苏某高速公路路线经过区，地表沉积了10 m左右厚的泛滥沉积物，并存在不连续的废黄河水系。沉积物以粉土、粉细砂为主，并夹有软土，结构松散、强度低，是工程建设的不良地基。由于江苏北部地区受郯城—庐江地震带的影响，地震基本烈度较高，地震作用会加重该类地基的不良影响，给工程建设带来更大的危害。根据《公路工程抗震设计规范》（JTJ004—89）的要求［1-2］，对该类地基必须进行加固处理。为消除液化地基的液化势，在施工现场进行强夯试验，以确定强夯加固效果［3-6］。

2 试验概况

工程地质勘察显示，在钻孔揭示深度内主要为第四系全新统和上更新统地层，可液化土主要以全新统（Q4）低液限粉土为主，中部局部夹有软土层，多属中等-严重液化，局部轻微液化。液化土层主要由软塑状低液限粉土及部分塑性指数小于10的低液限粘土和粉细砂透镜体组成，厚度一般10~15 m，多呈软塑-流塑状或松散状态，力学性质差。据勘察资料，试夯区在深度8.5 m范围内地层可分为3层，其主要物理力学参数见表1。

由表1可知，该试夯区的土层由可液化的粉土和粉土质砂组成，同时在粉土中又有淤泥质软土夹层，因此必须对相应土层进行抗液化处理，同时要控制沉降。

强夯试验内容主要有强夯前后的物理力学性质、夯沉量、隆起量、标准贯入试验（SPT）。强夯施工机械为国产W2001型50 t履带强夯机，夯锤重18.04 t，直径2.6 m，底面积5.31 m2，锤高0.85 m。强夯施工夯击能级为2 500 kN·m，夯锤落距13.90 m，主、副夯击能夯点间距为4.5 m，单点夯击击数4击。

3 强夯试验效果检测分析

通过强夯前后土的物理力学性质、标贯击数对比，判断各土层的强度增长和可液化土层是否完全消除液化势。对强夯试验区在试夯结束后7 d、35 d进行试夯效果检测。强夯后试验区土体的物理力学参数见表2。

表1 试验区土的主要物理力学参数表（处理前）

表2 试验区土的主要物理力学参数表（处理后）

从室内土工试验成果看，处理后液化土的含水量、孔隙比、压缩系数、渗透系数减小，而密度、强度变大。但在低液限粘土为主的土层中，土的孔隙比、压缩系数、压缩模量等物理力学性质指标不如加固前好，分析其主要原因为强夯施工对粘土的扰动所致。处理前后各土层标准贯入击数随深度、时间的变化见图1。

图1 强夯前后各土层标贯击数变化

由图1可见：在0~3.5 m的液化土层中，随龄期的增长标贯击数有明显增长：龄期为7 d的标贯击数约为原状土击数的2~3倍，龄期35 d的标贯击数约为原状土击数的3~6倍。浅层土由于在强夯冲击作用下产生较大裂缝，离排水自由边界近，强度增长快。在4.1~4.5 m的软土夹层中，受其本身性质的影响排水条件不良，龄期7 d标贯击数基本无增长，龄期35 d才有较明显增长。同时该夹层下卧的粉土层中标贯击数增长没有上面的粉土层明显，特别是在5.65~5.95 m这个标贯点反映更明显。7.15~7.45 m这个标贯点上，龄期7 d的比龄期35 d的增长要大，这可能是由于土层的局部变化所致，但总体上龄期35 d的比龄期7 d的增长显著。从现场试验结果可以看出，在地基深度7.45 m范围内，强夯处理地基均能取得良好的效果。

为了检验强夯后地基处理是否满足规范要求，将实测的修正标贯击数N1与理论计算临界标贯击数N0进行对比，根据公路工程抗震设计规范，修正标贯击数和临界标贯击数计算公式如下：

式中：Cn为标贯击数的修正系数；N68.5为实测标贯击数；Kn为水平地震系数；σ0为贯入点处土的总上覆压力；σe为贯入点处土的有效覆土压力；Cv为地震剪应力随深度的折减系数；ξ为粘粒含量修正系数。

经过计算，修正标贯击数和临界标贯击数如表3所示。

表3 修正标贯击数和临界标贯击数

从表3中可以看出，在处理前，地基的标贯击数小于临界标贯击数，不满足规范要求；在强夯处理后35 d的实测修正标贯击数均大于临界标贯击数，处理效果满足规范要求。

4 结论

本文结合某高速公路强夯处理液化地基的工程实践，对强夯处理液化地基进行了深入研究，采用强夯处理液化地基和软土与液化土交互地基，能消除液化地基的液化势。从处理前后土的物理力学性质及标贯试验的对比分析可知，液化地基的液化势消除，达到了地基处理目的。

［1］JTJ004—89公路工程抗震设计规范［S］.

［2］GB50011—2001建筑抗震设计规范［S］.

［3］《地基处理手册》编委会.地基处理手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［4］周世良，王江，张明强.强夯加固机理研究现状及展望［J］.重庆交通大学学报 (自然科学版)，2006，25（1）：65-70.

［5］刘洪涛.强夯法在下卧深层软基处治中的应用［J］.公路交通技术，2014（2）：9-12.

［6］王兰民，袁中夏，王峻，等.强夯处理后黄土地基的动力特性与抗震性能［J］.岩石力学与工程学报，2003（z2）：2840-2847.