1青岛港国际股份有限公司港建分公司 山东青岛 266000；
2中交第一航务工程勘察设计院有限公司 天津 300222
摘要：在强夯试验区的施工过程中，通过监测每击孔隙水压变化数值，给出单点夯击不同深度，不同距离孔压随击数变化规律以及整个强夯施工期不同深度测点孔压变化规律；通过测量每击夯沉量及每遍地面平均夯沉量，得出夯沉量及夯坑周围地面隆起关系。这些重要的施工参数是为了优化设计参数，以确定最佳强夯施工工艺。
关键词：强夯试验区；地基处理；效果
1、工程概况
1.1 工程简介
本工程位于青岛港董家口港区北三突堤，陆域范围包括罐区、场地道路等，工程范围内陆域拟采用回填方式形成，陆域形成后拟采用强夯、强夯置换等方式进行地基处理，为保证地基处理质量，拟对场地进行强夯试验，其目的是优化设计参数，以确定最佳强夯施工工艺。强夯区域面积为4.52万m2，大面积强夯前选取典型区域进行试夯，试验区为35m×35m的正方形区域。
1.2 强夯试验目的
通过强夯试验，验证强夯设计参数和确定最佳强夯施工工艺，指导大面积地基处理施工。通过强夯试验确定适宜的强夯技术参数；通过夯后效果检测，获得强夯加固后地基处理效果；通过小面积强夯试验，确定强夯作业工艺流程，指导大面积强夯作业，确保工程质量。
1.3 检测、监测工作内容
根据强夯设计要求和试验目的，结合现场情况，试夯区的检测及监测工作内容如下表所示。
2、工程地质条件
素填土：灰色，灰黄色，以碎石为主，主要呈中密状，碎石直径一般为20～40mm；碎石直径最大为100mm；混残积土、粘性土和粗砾砂。第一层层厚3.9～4.6m。该层以下有一粗粒砂夹层，灰色，稍密，含贝壳碎屑，不均匀，混大量粘性土。
粉质粘土：灰色，灰黄色，可塑～硬塑状，中塑性，混少量粉细砂，偶见圆砾，土质不均匀。其中顶部混多量粗砾砂。第二层层厚2.2～4.3m。
粗砾砂：灰黄色，中密状，混少量粘性土，土质不均匀，该层未揭穿。
3、强夯试验情况简介
3.1 设计要求
设计要求为：强夯点夯2遍，满夯2遍。点夯单击夯击能要求为5000kN.m，夯点间距为5m*5m，夯锤直径宜选2.0m～3.0m左右，锤重要求在200kN左右；每遍夯完后，待孔隙水压力消散后，再进行下一遍夯击。
设计施工顺序：强夯施工时应先整平地面，测量标高后，按夯点布置放线；先夯第一遍，控制单点击数在8～12击且最后两击夯沉量之和小于12cm后移至下一夯点，若夯坑深度过大引起起锤困难或出水则在强夯过程中可适当向夯坑回填石渣；第一遍夯完后就地推平场地，夯第二遍，控制单点击数在7～10击且最后两击夯沉量之和小于10cm后移至下一夯点；推平场地，普夯两遍，单击夯击能 1000kN.m，锤印相互搭接1/4锤底面积；强夯加固后，其上再用振动力200kN的振动压路机碾压6～8遍。经强夯处理后，地基承载力特征值达到150kPa，地基残留沉降小于30cm。
3.2 试夯区的强夯施工、监测情况
本次工程施工具体参数：点夯单击夯击能为5000kN.m，夯点间距为5m*5m，夯锤直径2.3m，锤重约为21.5吨，落距为23.3m。其他施工均严格按照设计要求进行。
本工程施工工序：放样夯点→第一遍夯需监测的夯点点夯→第一遍非监测夯点点夯→第二遍夯需监测的夯点点夯→第二遍非监测夯点点夯→回填石料至设计标高→第一遍普夯→第二遍普夯→振动碾压。
4、监测结果分析
本次共埋设2组孔隙水压力计，采用钻孔法埋设，每孔沿不同深度埋设4个孔压测头。为保证孔压测头埋设环境与原土层一致，埋设仪器时，在孔压测头中心上下20cm的范围内填埋中粗砂，孔中其余段回填粘土球形成隔水层。为防止强夯时剪切波破坏孔压计电缆，在地面以下4m深度内的电缆上加装了钢制护管。
每一遍点夯布置8个与孔压距离不同的夯点，测量不同距离的每一次锤击对孔压的影响；每一遍点夯也布置3个夯点用于测量地表变形、夯坑变形。
4.1 第一遍夯施工监测分析
①夯击能影响距离。孔隙水压力数据表明，在夯击能的作用下，不同距离的孔压值均有不同程度的提高，增长幅度随距夯点的距离的增加而减小，因此，从孔隙水压力增量与夯点距离的变化上能够反映出夯击能的影响半径。
根据每一击不同距离的孔压数据绘制的孔压增量-距离变化曲线见下图。根据曲线，在距夯点4.5～9.2m的范围内，孔压增量在夯击能的作用下，均有不同程度的变化，但距离超过5.5m以后，孔压增量减小明显。由此确定夯击能影响距离为4.5~5.5m，设计间距5m适宜。
②夯击能的有效影响深度。根据每一击孔压沿深度方向的变化，绘制的孔压增量-深度-击数变化曲线见下图。从孔隙水压力增量曲线上可以看出，随着夯击击数的增加，不同深度孔压测头所测得的孔隙水压力也逐渐增大，但沿深度方向孔压变化幅度并不一致，自地面起6.5m深度以内，孔压增量变化明显，至8.0m孔压增长幅度明显减小，至9.0m孔压基本无明显变化。根据该曲线变化趋势及强夯影响深度计算公式综合判定，强夯有效影响深度约为7.0m，夯击能对深度8.0m以下的土体影响不大。
③最佳夯击击数。在夯击能的作用下，孔压增量随着夯击数的增加而不断增大，当夯击数继续增加时，相邻两击之间的孔压增量变化值在逐渐减小，孔隙水压力不能随夯击击数的增加而明显增加或其增量随夯击击数的增加而趋于稳定时，这时所对应的夯击击数为最佳夯击击数，最佳夯击击数为8～14击。
④夯击能影响距离、最佳夯击击数。试夯区的夯坑周边地表变形测量表明：第一遍夯夯点周边地表以沉降为主，无明显的隆起，夯坑及周边土体以夯密实为主，随着夯击击数的增加，在夯击能的作用下夯坑周边土体趋于密实，夯边沉降量变小，此时的夯击击数为最佳夯击击数。通过夯边变形与夯点中心距离关系分析，距夯点越远，地表变形值愈小，超过一定的距离，地表无明显变形，这个距离为夯击能影响距离。通过分析夯坑周边地表变形曲线，第一遍点夯夯击能影响距离为5.0m，设计间距5m适宜。
⑤最佳夯击击数。在试夯区强夯施工中，选取了11个夯点进行了夯沉量观测。随着夯击数的增加，夯沉量在减小。设计要求最后二击夯沉量平均值不大于12mm，从夯击数统计来看，在5000KJ的夯击能作用下，一般在第10～16击满足要求，故定最佳夯击数为10～16击，夯坑沉降量数据见下表。
4.2 第二遍夯施工监测分析
①夯击能影响距离。孔压增量-距离变化曲线见下图。从曲线反映的结果来看，在距夯点4.1~7.5m的范围内，孔压变化较明显，但距离超过5.5m、6.4m以后，孔压增量减小明显，因此，夯击能影响距离确定为5m，设计间距5m适宜。
②夯击能的有效影响深度。孔压增量-深度-击数变化曲线见下图，由于第一夯后土体挤密，地表标高发生变化，根据该曲线变化趋势及强夯影响深度计算公式综合判定，强夯有效影响深度约为7.0m，夯击能对深度8.0m以下的土体影响不大。
③最佳夯击击数。在夯击能的作用下，孔压增量随着夯击数的增加而不断增大，当夯击数继续增加时，相邻两击之间的孔压增量变化值在逐渐减小，孔隙水压力不能随夯击击数的增加而明显增加或其增量随夯击击数的增加而趋于稳定时，这时所对应的夯击击数为最佳夯击击数，最佳夯击击数为7～12击。
④夯击能影响距离、最佳夯击击数。夯坑周边地表变形测量图详见下图，测量数据表明，夯点周边地表变形分为三种情况，以隆起为主，或先沉降后隆起，或先隆起后沉降，但达到一定的夯击击数后，地表变形幅度会减小或出现隆起或突然增大现象，由此，可确定最佳夯击击数。通过分析夯坑周边地表变形测量曲线，9、10、11号夯点最佳夯击击数分别为10击、12击、8击，最佳夯击击数8～12击。本遍点夯夯击能影响距离为5m，设计间距5m适宜。
⑤最佳夯击击数。在试夯区强夯施工中，选取了11个夯点进行了夯沉量观测，根据设计要求最后二击夯沉量平均值不大于10mm，从夯击数统计来看，在5000KJ的夯击能作用下，一般在第9～16击满足要求，故最佳夯击数为9～16击。第二遍夯夯坑沉降量终锤夯击击数数据见下表。
4.3 遍夯间歇时间
每遍夯时，孔隙水压力迅速增加，遍夯结束后，孔隙水压力开始消散。当孔隙水压力由遍夯增量的峰值消散75%时的时间为遍夯间隙时间。
孔压-时间变化曲线见图4-7，4-8。从图中可以看出，在第一、二遍点夯时，孔压增量明显，在间歇期，孔压逐渐消散，消散时间为2天，因此遍夯间隔时间为2天；在普夯期间，普夯对孔隙水压力影响较小，间隔建议为1天。
4.4 地表总夯沉量监测
为确定强夯过程中及夯后地表的沉降量，在强夯前、每遍点夯及普夯后对试夯区分别进行了地表地形测量。
从上表可知，遍夯期间夯沉降量为0.667cm，普夯及碾压沉降量为0.196cm，总的地基处理期间沉降量为0.863cm。
5、夯后效果检验
5.1 取土标准贯入试验
强夯前布置了2个取土标贯孔，强夯后布置了3个取土标贯试验孔，钻孔深度均为10.45米，表层素填土为回填碎石土，不适宜做标贯试验，因此改为重型动力触探试验，以判明其密实程度，素填土层以下遇粘性土采取原状土样，取样间隔为每1米一件。遇砂性土要求每1米进行标贯试验一次，并留取标贯器内岩土样。共取原状土样厚壁14个，扰动土样31个，进行动探试验243次，进行标贯试验23次，总进尺共52.25自然米。试夯区经强夯处理后，素填土的动探值增加较多，且上部土体动探值的变化幅度要大于下部土体，而粉质粘土层力学性质变化不明显，这是由于强夯法对粘性土的加固效果不明显，对粗砾土加固较为有效。
5.2 载荷试验
夯后在试夯区内布置了三个载荷试验点，均位于夯间。载荷试验采用慢速维持荷载法，加载共分10级，最大加载量为300kPa。地基变形由4个容栅式位移传感器测得.
试验依据《港口岩土工程勘察规范》（JTS 133-1-2010）的有关规定进行。三个载荷试验点的P～S曲线均呈直线状缓慢下降趋势，300kPa荷载作用下地基无破坏迹象，可判定这两个点地基土承载力特征值≥150kPa，满足设计要求。
6、综合评述
6.1 强夯参数
①夯点间距：夯点间距5.0×5.0m布置是适宜的。
②最佳夯击击数：根据孔隙水压力分析，第一遍夯的最佳夯击击数为8～14击；根据夯边地形测量，最佳夯击击数10～13击；根据夯坑沉降量及设计终锤标准，最佳夯击击数10～16击。
v根据孔隙水压力分析，第二遍夯的最佳夯击击数为7～12击；根据夯边地形测量，最佳夯击击数8～12击；根据夯坑沉降量及设计终锤标准，最佳夯击击数9～16击。
综合评定，第一遍夯的最佳夯击击数为8～14击，第二遍夯的最佳夯击击数为7～12击。
③强夯影响深度：约影响至7.0m深度。
④遍夯间歇时间2天，普夯间歇时间1天。
6.2 加固效果
强夯的有效影响深度：从孔隙水压力观测资料以及标准贯入对比曲线上反映出，在该地质条件和5000kN.m夯击能的作用下，有效加固深度可以达到7米左右。
压实回填碎石土地基土承载力特征值≥150kPa，满足设计要求。
6.3 建议
第一遍夯的最佳夯击击数应控制在8～14击，第二遍夯的最佳夯击击数应控制在7～12击，第一、二遍夯终锤标准应根据设计意图，由设计适当调整。
雨季将至，大面积强夯时，排水工作要给予充分的重视。
上层回填料按设计要求回填，以取得更好的强夯挤密压实效果。
参考文献：
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[2]刘松凯.强夯动态模拟及性能监测研究[D].大连理工大学.2008
论文作者:殷朋,王智
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/3/30
标签：孔隙论文; 水压论文; 增量论文; 深度论文; 距离论文; 地表论文; 地基论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;