强夯法加固回填土地基综合检测技术研究

魏子扬，黄彦森，黄质宏

(1.贵州大学 土木工程学院，贵州 贵阳 550000；2.贵州联建土木工程质量检测监控中心有限公司，贵州 贵阳 550000)

0 引言

为充分利用有限的土地资源，土地开发已转移至丘陵地带。丘陵地区往往坡度较大且交通不便，为了使此类土地满足建设用地需要，通常用建筑垃圾或将山体开挖后直接填入低洼地带，因此回填碎石土往往颗粒粒径极不均匀[1−4]。此类填土地基的稳定性关乎到民众的生命财产安全，若处理不当，将对社会安定造成威胁，经验表明在山区强夯法处理此类地基既经济又安全[5−8]。但仍需对加固后的地基进行研究，评价其加固效果；本文结合平板载荷试验、重型动力触探试验、瑞雷波试验的相关性，共同评价强夯加固效果。

1 检测强夯加固效果

采用原位试验评价地基土的性能和状态，其目的是在尽量不破坏、少扰动被检测对象的原始位置的情况下获得有代表性的工程参数。回填碎石土地基加固效果的评价方法主要有浅层平板载荷试验、重型动力触探试验、瑞雷波试验等[9−12]。本文依托工程施工场地因填土情况与强夯的差异主要分成两个区，要求加固后的地基承载力特征值fak≥200 kPa，变形模量E0≥18 MPa。

1.1 平板载荷试验

本工程平板载荷试验共进行15 个点位的测试[13]，其结果见表1。

表1 平板载荷试验结果

根据工程的场地填土、上部建筑等实际情况，强夯设计分2 个区域进行。共进行平板载荷试验15组，现从2 个区域各选取2 个有代表性的点位进行详细评述。Ia、Ib是一号区域的2 个有代表性区域，分别对应平板载荷试验的8#和10#点位，IIa、IIb是二号区域的2 个有代表性区域，分别对应平板载荷试验的2#和4#点位。试验结果如图1 所示。

图1 4 个点位的载荷−沉降量曲线

该浅层平板载荷试验选取的承压板边长为1 m，依据以往的经验该试验能够反映1～2 倍承压板边长深度范围内地基的承载力情况。

试验点位的承载力通过比例界限值确定，由图1 中的拐点对应的荷载值可知，8#、10#、2#、4#测点的承载力分别为320 kPa、320 kPa、280 kPa、280 kPa。根据表1，对地基的所有测点来说，该地基试验点承载力的极差为80 kPa，承载力的平均值为280 kPa。极差小于平均值的30%，则该土层的承载力特征值为280 kPa，符合地基设计需求值。

1.2 重型动力触探试验

共进行重型动力触探试验30 组[13]，现从2 个区域各选取2 个有代表性的点位进行详细的评述。Ia、Ib是一号区域的2 个有代表性的点位，IIa、IIb是二号区域的2 个点位。试验结果见表2，试验曲线见图2。

表2 重型动力触探试验结果（部分）

从图2 可以看出Ia、Ib的随着触探深度的增加呈现先增加后减少的变化，这是由于4000 kN·m 的单夯能级有效加固深度大致在7～8 m，土层越深处夯击加固效果越弱，故增长速度放缓；且最后3 次锤击未修正的均大于50，依据规范可以停止试验。从图2 可以看出，IIa、IIb的随着触探深度的增加变化不大，这是由于该区的回填土深度大致在5.7 m，夯击有效加固深度已超过回填深度，没有出现加固效果明显减弱的部分；最后2 次锤击的已经超过50，且最后1次锤击已经打在原有土层，依据地勘资料原有土层的密实度很好，且最后的增长量较之前略微增大，故可停止试验。依据《建筑地基检测技术规范》，可按表3 评价本次工程场地碎石土的密实度情况。

图2 重型动力触探贯入深度与锤击数

表3 分类碎石土的密实度

表3 分类碎石土的密实度

与Ia、Ib、IIa、IIb这4 个点位类似，重型动力触探其他26 个点位的锤击数，从表3 可以看出大部分处于密实状态，表层或浅层少部分在中密状态，故可评价强夯的加固效果较好。

1.3 瑞雷波试验

共进行30 个点位[14−16]的瑞雷波试验，现从2个区中各选取2 个有代表性的点位进行详细的评述。Ia、Ib是一号区域的2 个有代表性区域，分别对应瑞雷波试验的22#和23#点位，IIa、IIb是二号区域的2 个有代表性区域，分别对应平板载荷试验的6#和17#点位。试验曲线见图3。

强夯I 区回填土深度大致为8～10 m，从图3可看出随着深度的增加，波速先增大后减小；在深度6 m 左右达到最大，表明在此区域内强夯的加固效果最好，在深度7 m 左右时波速明显减小，即验证了单夯能级4000 kN·m 时有效加固深度大致在7～8 m。强夯II 区回填土深度为5.7 m，可看出随着深度的增加，波速先增大后趋于稳定，在深度5～6 m 之间波速的增速达到最大，超出回填土区域后波速较大且平稳，表明该区天然土体工程性质良好。

图3 4 个点位的V−h 曲线

依据《建筑地基检测技术规范》，可按表4 评价本次工程场地碎石土地基的承载力特征值与变形模量的情况。

表4 瑞雷波波速与承载力和变形模量的对应关系

在该场区，共进行瑞雷波测试30 个点位，与图3 情况类似，其他26 个点位的瑞雷波波速介于239～535 m/s 之间，多数分布在319～400 m/s，且随着深度呈线性增加的趋势，个别测试点波速较低但总体整个强夯范围内波速分布较均匀；依照表4，可评价强夯的加固效果较好，满足设计要求。

本试验将11～20 测点的波速组成二维矩阵，并绘制成图4。

由图4 可直观地看出，该剖面上4 m 处的强夯加固效果最好，二维图可使检测人员分析数据更加容易，了解地层整体情况，评价强夯加固效果更加直观。

图4 瑞雷波波速剖面

2 三种试验间的相关性

2.1 平板载荷试验与动力触探试验的相关关系

平板载荷试验测试深度仅为承压板边长的1～2 倍，若想检测较深土体还需分层检测，通过分层平板载荷试验，得到0～4.8 m 深度内分段的fak和E0，将动力触探锤击数建立联系。使用origin绘图软件将Ia、IIa、IIb这3 个区内的与fak通过深度一一对应，建立相关的数理模型，见图5。

图5 修正后的动力触探击数与承载力特征值的相关性

由图5 可看出，修正后的动力触探击数与承载力特征值之间存在相关性，通过幂函数、多项式、指数函数进行拟合，得到相关性较好的是指数函数：

使用origin 绘图软件将Ia、IIa、IIb3 个区内的与E0通过深度一一对应，建立相关的数理模型，见图6。

图6 修正后的动力触探击数与变形模量的相关性

由图6 可看出，修正后的动力触探击数与变形模量之间存在相关性，通过幂函数、多项式、指数函数进行拟合，得到相关性较好的是多项式：

2.2 平板载荷试验与瑞雷波试验的相关关系

通过分层平板载荷试验，得到0～4.8 m 深度内分段的fak和E0，与瑞雷波波速建立联系。使用origin绘图软件将Ia、IIa、IIb这3 个区内的V与fak通过深度一一对应，建立相关的数理模型，见图7。

图7 瑞雷波波速与承载力特征值的相关性

由图7 可看出，瑞雷波的波速与承载力特征值之间存在相关性，通过幂函数、多项式、指数函数进行拟合，得到相关性较好的是多项式：

使用origin 绘图软件将Ia、IIa、IIb这3 个区内的V与E0通过深度一一对应，建立相关的数理模型，见图8。

图8 瑞雷波波速与变形模量的相关性

由图8 可看出，瑞雷波的波速与变形模量之间存在相关性，通过幂函数、多项式、指数函数进行拟合，得到相关性较好的是多项式：

2.3 动力触探试验与瑞雷波的相关关系

动力触探试验通过N6′3.5反映了不同深度土层的密实程度，强夯的加固深度，但对场地造成了破坏；将瑞雷波波速与动力触探击数建立联系。使用origin 绘图软件将Ia、IIa、IIb这3 个区内的V与通过深度一一对应，建立相关的数理模型，见图9。

图9 瑞雷波波速与动力触探击数的相关性

由图9 可看出，瑞雷波的波速与动力触探锤击数之间存在相关性，通过幂函数、多项式、指数函数进行拟合，得到相关性较好的是多项式：

3 检验拟合曲线的适用性

3.1 验证动力触探击数与承载力特征值拟合曲线

将Ib区的代入式（1）后，求得fak；并与其真实数据进行误差分析，见表5。其中Ib区的试验数据并未在求拟合曲线时使用，目的就是为验证在大致相同的地质情况下，是否能推算出承载力特征值，且与真实值之间的误差。

表5 基于式（1）fak 的误差

3.2 验证瑞雷波波速与承载力特征值拟合曲线

将Ib区内的V代入式（3）后，求得fak；并与其真实数据进行误差分析，见表6。

表6 基于式（3）fak 的误差

从表6 可以看出，通过V−fak的拟合曲线求出的承载力特征值与真实值之间的误差非常小，最高误差仅1.7%，拟合效果很好。由式（4）得到瑞雷波波速与变形模量拟合曲线的相关性系数为0.75，经验证最高的误差百分比达到18.3%；由式（5）得到动力触探击数与瑞雷波波速拟合曲线的相关性系数为0.82，经验证最高的误差百分比达到35%，需进一步分析。

4 结论

通过平板载荷试验、动力触探试验、瑞雷波试验分别检测强夯的加固效果，得出15 个点位的平板载荷试验平均承载力特征值为280 kPa、变形模量最小为18 MPa，30 个点位的动力触探锤击数依据规范查表，均表明加固后的土体处于密实状态，30 组瑞雷波试验测得瑞雷波波速介于239～535 m/s，多数分布在319～400 m/s，利用SURFER 软件将多个相连的一维波速剖面图组成二维剖面图，直观地展示了整个地基某一剖面的情况；3 种试验测得强夯加固地基指标均满足设计要求。

验证拟合曲线适用性的结果表明，只有动力触探击数与承载力特征值拟合曲线、瑞雷波波速与承载力特征值拟合曲线相关性较强，误差百分比最高仅1.7%，可为进一步研究作参考。