柱锤强夯在地基处理中的试验研究

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【摘 要】 贵州某新建高填方机场在试验段软基处理中采用了柱锤强夯置换法，由夯沉量分析，确定了夯击击数，并通过室内土工试验、密实性检测、波速测试、动探和载荷试验，对地基处理效果进行了检测分析，结果表明柱锤强夯处理后地基承载力大于250kPa，满足设计要求。该方法适于该工程的地基处理。

【关键词】 柱锤强夯 检测分析 地基承载力

在软弱地基表面铺加一定厚度的垫层，在垫层上强夯，称之为置换强夯。此工艺不仅对土体有冲击压密作用、形成复合地基，提高土体的承载力的作用外，同时垫层料的夯入，为土体内水的排除提供了良好通道，有助于地基的加固效果。这对降低工程工后沉降和不均匀沉降的作用非常大[1]。在水运、公路及机场建设的基础处理中，有很强的实用性，柱锤强夯与普通强夯不同，柱锤强夯采用了直径小的长形柱锤，对地接触面积小，单位面积夯击能大。

1工程概况

贵州某高填方机场在试验段场平工程中针对地基处理采取了碎石桩[2]、碾压和置换强夯三种方式，对于置换强夯，在B5区采取3000KJ柱锤强夯。B5区范围为P193～P194+10/H54～H55+10，面积900m2，根据钻孔地质勘探资料，B5区地层主要由耕植土、粉质粘土及灰岩层组成，按试验要求清除地表耕植土后，按表1进行强夯施工，在处理前和工后14天分别进行室内土工、动探、面波、载荷等相关试验检测。

2 夯击击数的确定

图1和图2分别为代表性夯点第一遍和第二遍点夯试验曲线，表2为累计夯沉量统计结果。从中可知，点夯的累积夯沉曲线收敛较快，但夯坑深度较大，第一遍点夯和第二遍点夯夯坑深度均大于3.0m，在进行强夯时需在夯坑内填料后继续夯击，强夯击数与夯沉量关系曲线中具有明显的上下波动转折点，就是因为在夯坑内填料后继续夯击的结果。从夯沉量收敛情况分析，第一遍点夯的最佳夯击次数可取15～16击，第二遍点夯的最佳夯击次数可取13～14击。

3 试验检验

3.1 室内土工试验

原地基强夯处理后，由于单点夯坑较深，表层土样取样困难，工后从3.5m深处取样试验。表3为强夯处理前后不同深度土样主要物理力学性质指标试验结果。表中数据表明：原地基土的饱和度明显提高，说明土中的空隙显著减少，压缩性明显下降，孔隙比明显减小。其孔隙比下降了25.4%（3.5m）～16.1%（4.5m），强夯在4.5m深度范围内，强夯处理的效果十分明显。与此相对应，处理后的内聚力、内摩擦角及压缩模量均有所提高。

3.2 干密度、压实度及固体体积率检测

表4为强夯前后垫层干密度、压实度及固体体积率检测结果。从中可知，强夯前垫层干密度、压实度及固体体积率分别为2.03g/cm3、89.0%和77.7%，强夯后，除浅表部因强夯冲击造成一定松动外，垫层干密度、压实度及固体体积率均值都有较大提高，增幅分别为6.4%、6.4%和6.3%，垫层干密度达2.16 g/cm3、压实度达94.7%、固体体积率达82.6%。

3.3 波速测试

B5区强夯前后共进行瑞雷波波速检测7组（夯前1组，夯后点下3组，点间3组），所得结果如表5。

从表中可知：0～8m范围内夯前瑞雷波最低速度为161m/s，最高速度为201m/s，平均波速为176m/s，夯后瑞雷波速度最低为180m/s，最高为347m/s，平均波速为259m/s，夯后瑞雷波速较夯前有明显提高；8～9m范围内夯前瑞雷波速为233m/s，夯后瑞雷波速为227-244m/s，平均波速为235m/s，瑞雷波速并无太大差异。再结合夯后各点瑞雷波频散曲线，夯后点下的强夯影响深度分别为8.1m、7.7m、8.3m，夯后点间的强夯影响深度分别为8.2m、7.8m、7.8m。

3.4 动力触探（N63.5）测试

在强夯前后共进行重型动力触探试验（N63.5）检测7组，其中处理前1组（B5DT1），处理后夯点下3组（B5DT2、B5DT4、B5DT6），夯点间三组（B5DT3、B5DT5、B5DT7），所得结果如表6，从中可知：强夯处理前平均击数为5.52击，强夯处理后，夯点间平均击数为8.05击，比处理前提高了45.8%，夯点下平均击数为10.07击，比处理前提高了82.4%，夯点下的平均击数高于夯点间的平均击数。结合前后动探曲线图可知，其加固深度为7.7～8.5m。

3.5 现场载荷试验

B5区强夯后进行了1组现场载荷试验B5ZH，所得p-s曲线如图3所示。从中可知，在载荷试验过程中，当加载至520kPa时，P-s曲线均未出现明显拐点，说明所检测载荷试验点未达到极限荷载，其地基承载力特征值满足250kPa[3]的设计要求。

4 结语

（1）综合分析试验成果，得出，原地基土适于3000kN·m的柱锤强夯处理，且第一遍点夯的最佳夯击次数可取15～16击，第二遍点夯的最佳夯击次数可取13～14击，夯点间距4.5m；

（2）场地的整体夯实效果较好，整体平均夯沉量为1.57m垫层干密度、压实度及固体体积率均值都有较大提高，增幅分别为6.4%、6.4%和6.3%，垫层干密度达2.16 g/cm3、压实度达94.7%、固体体积率达82.6%（以平均表观密度计）；

（3）强夯处理的有效加固深度达7.7～8.2m；

（4）经强夯处理后，Vs波速可达259m/s，地基承载力大于250kPa，满足设计要求，土基孔隙比下降了25.4% （3.5m）～16.1%（4.5m）。

参考文献：

[1]陈小平，刘献刚.浅谈超深挤密柱锤强夯施工工法[J].中小企业管理与科技，2008，（30）：128—129.

[2]田加亨.碎石桩在高填方机场软基处理中的试验研究[J].筑路机械与施工机械化，2012，29（6）：49—52.

[3]GB 50021-2001，岩土工程勘察规范[S].