软弱黏土夹层对粉细砂地基强夯加固效果影响

刘凤松，陈智军，王福春，郭玉彬，朱胜利

（1.天津港（集团）有限公司，天津 300461；2.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津市港口岩土工程技术重点实验室，港口岩土工程技术交通行业重点实验室，天津 300222）

0 引言

强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。对饱和度较高的粉土和淤泥质土可采用强夯置换法[1]。由此，对于砂土地基，采用强夯法加固是可行的。

地基通常由天然沉积或吹填造陆等方式形成。对于天然沉积土，由于历史上的沉积环境因素的变化，常呈现成层分布特征，某些沉积层会相对比较软弱；对于吹填土，其形成陆域的土层情况与吹填料源的土质有关，而对于料源土质较均匀的情况，也会由于吹填过程的水力分选作用，形成软弱黏土夹层。可见，地基中软弱黏土夹层的存在是较为普遍的。

本文结合曹妃甸矿石码头二期工程堆场强夯施工区的检测结果，就软弱黏土夹层对强夯加固效果的影响进行了分析。

1 场地地质条件

曹妃甸矿石码头二期工程[2]堆场场地原始地面为浅海及滩涂，通过吹填外海海底粉细砂土形成陆域，吹填厚度约5～7 m，局部深槽区域最大冲填厚度约14 m，吹填顶高程为+4.0~+4.5 m，水位+2.0 m。吹填砂土层部分区域内分布软弱黏土夹层，该夹层以砂混淤泥为主，局部为淤泥、淤泥质土，厚度为0.2～0.5 m。砂混淤泥中以粉细砂为主混有少量黏粒，高含水量，平均标贯击数1.1击；淤泥及淤泥质土，流塑，土质不均匀，混少量粉细砂，平均标贯击数小于1击。

该场地地基承载力低、后期沉降大且差异沉降大，不适合直接作为堆场使用。

2 强夯施工

2.1 强夯区布置

根据场地地质情况及强夯施工工艺[3]，本工程按照夯击参数划分为4块场地，各场地采用相同的夯点布置方式，强夯区夯点布置见图1。

2.2 强夯机具与施工参数

本工程采用50 t履带式夯机、自动脱钩装置，点夯夯锤底面直径2.2 m、锤重15.2 t，普夯夯锤底面直径2.3m、锤重11.5 t。夯锤采用圆形，中心设排气孔，孔径为250～300 mm，整平用装载机、推土机，排水用挖掘机挖沟后汽油泵和潜水泵若干台抽水。

图1 强夯区夯点布置示意图Fig.1 Tam ping points layout in dynam ic com paction area

对表层砂土松散、强度较差无法直接进行强夯的区域，正式施工前进行点夯排水1～2遍，以满足强夯正式施工的要求，排水夯夯击能2 000 kN·m，点夯后普夯2遍，夯击能 1 000 kN·m，锤印相互搭接1/4锤底面积。

各强夯区强夯主要施工参数见表1。

表1 强夯试验主要施工参数Table 1 M ain construction parametersof dynam ic compaction test

2.3 施工情况

2.3.1 场地平整

采用机械将施工区整平，并在强夯区两侧开挖排水沟，排水沟内积水及时排出，防止表面积水并满足机械行走作业要求。

2.3.2 强夯施工

1）清理并平整施工场地，强夯区域两边挖临时排水沟。

2）标设第1遍强夯点位置，测量原地面高程。

3）起重机就位，使夯锤中心对准夯点位置。

4） 测量夯前锤顶标高。

5）将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊勾钩，测量夯锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。

6） 重复步骤5），按设计规定的控制标准，完成一个夯点的夯击（点夯停锤标准：最后两击平均夯击沉降量不大于100 mm）。

7） 换夯点，重复3）～6）步骤，完成第1遍全部夯点的夯击。

8）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程。

9）按上述步骤完成各遍点夯施工，最后用低能量满夯，将场地表层夯实，测量夯后场地高程。

强夯施工完成后采用标准贯入试验[4]对强夯加固效果进行检测。

3 强夯施工后标准贯入试验成果分析

3.1 场地强夯后检验结果

本工程第1～4块强夯区加固后标准贯入试验检验孔分别为17孔（其中含软弱黏土夹层10孔，孔号为A1～B3）、8孔（其中含软弱黏土夹层5孔，孔号为A5～A6）、20孔（其中含软弱黏土夹层4孔，孔号为H18～H6）、11孔（其中含软弱黏土夹层3孔，孔号为A7～A14），共检验56孔（其中含软弱黏土夹层22孔）。

第1块、第2块、第3块、第4块强夯区加固后标准贯入试验检验结果见图2，图中深度4.65 m位置数据为含软弱黏土夹层位置下部砂土中标贯击数数据。

图2 加固后标贯击数-深度曲线Fig.2 Curve of standard penetration number and depth after dynam ic com paction

3.2 软弱夹层对标贯击数的影响分析

由图2可见，第1块、第2块、第3块、第4块场地在局部4～5m深度处存在厚度小于20 cm的淤泥质土，强夯后该淤泥质土对其上部1 m砂层的标贯击数有影响，对其上部2 m砂层的标贯击数无影响，对其下砂层的标贯击数影响不明显，与淤泥质土夹层相邻的测试点标准贯入击数统计见表2。

由图2可见，在软弱黏土夹层上覆1m位置，强夯后标准贯入击数明显小于不含软弱黏土夹层时对应位置的标准贯入击数，经统计，第1块、第2块、第3块、第4块场地软弱黏土夹层位置标准贯入击数分别为20、16、25、19，而不含软弱黏土夹层时，对应位置的标准贯入击数分别为28、23、38、27，其折减系数分别为 0.714、0.696、0.658、0.704。

表2 与淤泥质土夹层相邻的测试点标贯击数统计表Table 2 Standard penetration number of the test pointw ith siltsoil interlayer adjacent

由表2经统计，软弱黏土夹层上覆2 m位置共22个标准贯入测试点的击数为17～37击，平均值为28.5击；上覆1 m位置共22个标贯测试点的击数为10～35击，平均值为18.5击；软弱黏土夹层区位置下部砂土中共22个标贯测试点的击数为33～48击，平均值为39.8击；下覆1 m位置（原海床）共22个标贯测试点的击数为37～50击，平均值为44.0击。可见，4块强夯区有着共同特点，当砂中存在淤泥质土夹层时，强夯后该淤泥质夹层上部1 m范围内砂层标贯击数明显减少，少量夹层的存在对夹层区下部砂土的标贯击数影响不明显。若按上覆2 m位置标贯击数为基准，上覆1m位置标贯击数折减系数为0.653。

对于软弱黏土夹层上部1 m范围内的砂土密实度降低的原因进行分析，其是由于软弱黏土夹层刚度较小，致使夯击能经软弱黏土夹层回弹能量减少是造成淤泥质夹层上部砂层标贯击数减少的主要原因；次要原因是夹层中的淤泥质土向上渗透排水导致上部土质中的细颗粒土增加所致，而对于夹层下砂土层，由于地基土刚度均匀，软弱黏土夹层的存在对于软弱黏土夹层下1 m砂土层甚至是更深（加固深度范围内）的砂土层的密实程度无明显影响。

4 结语

软弱黏土夹层为薄夹层时，软弱黏土夹层的存在对其上部加固区的不利影响范围约为1 m，夯后淤泥质夹层上部砂层标贯击数明显减少，折减系数为0.658～0.714；对于存在抗震要求的地基加固工程及对工后沉降、差异沉降要求较高的工程，这一不利特性需引起重视。

[1]JGJ79—2012，建筑地基处理技术规范[S].JGJ79—2012,Technical code forground treatmentofbuildings[S].

[2]王福春.唐山港曹妃甸港区矿石码头二期堆场地基强夯处理区地基检测报告[R].天津：天津港湾工程质量检测中心有限公司，2010.WANG Fu-chun.Foundation test report on storage yard dynamic compaction area in phase IIproject of ore terminal at Caofeidian Harbor of Tangshan Port[R].Tianjin：Tianjin Port Engineering Quality TestingCenter Co.,Ltd.,2010.

[3]唐山港曹妃甸港区矿石码头二期堆场地基强夯分区施工图[R].天津：中交第一航务工程勘察设计院有限公司，2009.Partition construction drawing ofstorage yard foundation under dynamic compaction in phase IIprojectof ore terminal at Caofeidian Harbor of Tangshan Port[R].Tianjin：CCCCFirstHarbor ConsultantsCo.,Ltd.,2009.

[4]GB 50021—2001，岩土工程勘察规范[S].GB 50021—2001,Code for investigation of geotechnical engineering[S].