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纯净干中粗砂回填场地地基处理试验成果分析对比

2025-08-10 67 上传者：管理员

摘要：海南岛西海岸一侧沙丘地貌场地产出纯净干中粗砂沙地地层，具有含泥量低、含水率低和级配差等显著特点。通过一组在沙丘场地上以纯净干中粗砂为回填料的大面积回填所进行的强夯和无填料振冲两种地基处理方法的试验成果对比，分析探讨这两种方法在处理松散纯净干中粗砂回填土时的特点和适宜性。试验结果表明，对于松散的纯净干中粗砂回填土，强夯法和无填料振冲法在整体处理效果上均能对砂土起到较好的密实作用，但在处理深度、处理后砂土的密实性和均匀性方面，振冲法要显著优于强夯法；试验中同时也发现在处理加固的填土中存在一个密实峰值区，尤以强夯法最为显著，分析认为这与松散的砂土级配差有关。

关键词：
中粗砂
大面积回填
密实峰值区
振冲法
无填料振冲
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1、试验场地地质情况

拟建工程场地距北部湾海岸2~3km,原始地形高程最高点115.32m,最低点81.07m,平均高程97.69m,地貌特征为沙地丘陵｡地下水埋深19.30~37.70m,平均水位埋深32.02m｡为满足土方平衡要求,场平设计高程取原始平均高程,回填厚度一般为1.00~14.10m,最大厚度为16m左右｡

场地初勘报告揭示场地原始地层分为9层(包括亚层)｡根据储罐基础强度和变形计算控制要求以及场平回填实际深度情况,需进行地基加固处理的深度最大处约为14m(填土厚度加上原表层松散砂层②和③1层)｡场地原始地层描述和物理力学参数见表1｡

表1场地原始地层描述和物理力学参数

试验场地选在拟建工程场地的填方区内,根据填土厚度和罐组布局要求,重点对有效处理深度为12m左右的场地进行强夯法和振冲法作试验对比,两试验场地相距100m,试验前场地已回填平整至统一高程98.30m左右(虚铺高程),高于设计场平平均高程600mm｡

2、试验方案

2.1强夯法

根据处理深度要求,强夯能级选用12000kN·m,采用3遍点夯加2遍1500kN·m能级满夯,夯印搭接1/3,试验场地面积42m×42m｡12000kN·m能级强夯试验布置示意如图1所示｡

图112000kN·m能级强夯试验布置示意

强夯试验对应的点夯收锤标准为第1､第2遍点夯最后两击平均夯沉量200mm,第3遍加固夯150mm｡夯锤选用直径2.5m的圆形平锤,锤重65.5t｡

试验设计目标值要求静载试验特征值大于250kPa,压缩模量大于15MPa,标贯击数不低于25击,回填中粗砂要求处理到近密实状态｡

2.2振冲法

考虑到大面积场地地基处理的情况,振冲试验选用功率为130kW的振冲器,采用双点共振方式,以加快处理工效｡

试验场地面积为37m×36m,孔间距2.5m,等边三角形布置,成孔数量126孔,深度要求达到14~16m,振冲施工前3~4h对施工区域进行灌水,以提高表面干砂层的饱和度,振冲结束采用1500kN·m能级满夯两遍｡

振冲点布置示意如图2所示｡

图2振冲点布置示意

主要施工参数:造孔速度1~1.5m/min;成孔水压力为0.6MPa,加密水压力为0.3~0.4MPa,水量控制500L/min;提升间距500mm,留振时间为12~15s,孔底和孔口加密段留振时间为60s;振密电流大于空载电流+30A｡

2.3检测布置

为了从多方面对两种处理方法的效果作试验前后的对比,每一试验场地共布置了6种检测方法｡除布置一组3个浅层平板荷载以检测处理后的浅层地基承载力外,还分别安排了室内土工试验孔前后各3个,标贯､动探和静探孔试验前各3个,试验后各6个,瑞利波试验前后各9点｡所有试验都在工后近一个月后进行｡

3、施工情况

3.1强夯施工

第1､第2遍点夯的夯击数为12击,夯坑累计平均夯沉量分别为3.64m和2.77m,夯击过程中坑内有一定的塌孔现象但不显著,地面振动体感消失较快,未有隆起现象,第3遍加固夯的夯击数6~7击,夯坑累计平均夯沉量1.84m左右,每遍点夯完成用场地原土进行坑内回填,最后两遍满夯,处理后地面平均下沉1.24m｡各夯点累计平均夯沉量与夯击击数关系曲线如图3所示｡

图3各夯点累计平均夯沉量与夯击击数关系曲线

3.2振冲施工

本振冲试验的施工工艺基本流程:场地表层灌水后平整→振冲孔定位(误差不大于100mm)→振冲器就位→启动水泵和振冲器→造孔,慢速振冲(1~2m/m)下沉至孔底,留振60s左右→振冲密实电流达到设计要求(120A)→慢速振冲上拔(振密),每上拔0.5m留振15s→上拔至孔口处,再留振60s→成桩结束,关闭水泵及振冲器,移至下一孔位｡振冲结束后进行表层处理,采用以夯代碾的方式满夯两遍｡处理后地面平均下沉1.58m｡

振冲过程中未出现有被砂层抱死卡机的情况,但在造孔过程中,存在顶部塌陷较深形成孔洞的现象,随即采取了原地中粗砂及时回填,以及减小加密段､适当延长留振时间和多次反插等措施来进行处理｡

4、试验成果对比分析

4.1平板荷载各检测点均加载至设计要求承载力特征值的两倍(500kPa),未进行破坏极限试验｡曲线均为缓变形,试验过程中未出现沉降急剧增大､土挤出､承压板周围明显隆起等现象｡平板荷载试验p–s曲线如图4所示｡

图4平板荷载试验p–s曲线

强夯3个测点浅层平板荷载试验最大加载量的一半对应的沉降量分别为10.38mm､11.40mm和12.80mm,振冲3个测点试验对应的沉降量分别为10.27mm､7.42mm和10.27mm,均小于相对变形值0.01(14.14mm)｡因此,两种地基处理方法处理后的地基承载力均能满足设计250kPa的要求,强夯和振冲分别有1个和2个测点的承载力甚至可达到300kPa以上,相对而言,振冲处理的效果稍优于强夯｡

由于平板荷载试验提供的承载力受各种因素特别是试验板的尺度因素影响较大,通常不能反映深部土层的实际承载力状况,需要通过其他方法综合后进行评价｡

4.2室内土工试验

试验项目为常规试验,考虑到回填料来自风积和冲积成因的中粗砂有不同程度的混合以及振冲时大量的施工用水对砂土含水率的影响,对砂土的颗粒组成､含水率和比重进行了试验前后的取样分析｡通过分析可知,除原状土③1层中的中粒砂与粉粘粒的含量两个数据来自前期勘察报告的单孔统计而有异常外,总体颗粒组成变化不大,砂土的比重未发生变化｡

但含水率都有一定的变化,经初步原因分析,主要是与密实砂土在钻孔取样过程中的勘察用水有关,至于振冲法施工中的大量用水,是否对含水率变化有较大影响,目前的土工试验结果反映不明确,推测这可能与试验场地较小､场地四周未处理的松散填土渗透性较好有关｡

4.3标贯

标贯是评价砂土性状最有效的原位测试方法之一｡通过分析地基处理方法试验前后平均标贯击数与深度的关系发现,强夯法和振冲法虽对深厚的中粗砂土达到一定的处理加固效果,但两者仍有明显不同｡

在处理有限深度上,强夯法与夯击能､间距､遍数和锤型等因素密切相关｡本场地要求处理深度12m,在夯能12000kN·m的情况下,8m以下的击数为16~23击,均未超过设计要求的25击,表明砂土只是达到了中密稍好的状态,处理的有效深度不超过9~10m,12m以下的处理效果改善一般｡

而振冲法则基本不受深度影响,由于振密电流和留振时间可控,在处理深度范围内砂土全部在25击以上,密实状态基本都能达到近密实状态,处理效果较好｡

在处理后砂土的密实度均匀性方面,强夯法有着明显的浅部范围(7~8m深)加固效果好､深部效果一般的特点,在深度3~5m效果最佳,这与一般主夯点夯坑深度接近,分析认为这可能与强夯法处理纯粗粒干砂土的机理有关,坑底由于中粗粒砂土颗粒在夯锤反复冲击作用下,部分颗粒被不断振压破碎变小并被挤入坑底周围的砂土空隙中,改善了砂土的级配,易于密实并形成密实峰值区｡

振冲法则对于浅部和深部都具有较好的加固效果｡经统计,强夯法和振冲法的均值分别为24.7和30.0,标准差分别为6.9和4.9,表明振冲法处理后的场地均匀性比强夯法要更具优势｡

4.4动探

动探(动力触探)试验可得出连续锤击数与贯入深度的关系曲线,对判断有效加固深度较为准确｡通过分析试验前后动探击数与深度的关系发现,两种动态检测数据对比结果与标贯检测的结果在趋势上基本一致｡强夯法在7~8m深度以下的击数呈现逐渐减小,至10m左右后击数基本都小于9击,而该深度以下的砂土密实状态为接近密实,其有效加固深度大致在10m左右｡

振冲法对于整个成孔深度处理范围特别是深部的松散砂土层的加固效果更为显著,击数普遍在15击以上,达到了密实状态｡

4.5静探

静探(静力触探)在评价砂土的密实性方面通常是作为动力触探的一种辅助参考方法,通过分析静探试验的锥阻和侧阻数据来看,锥阻和侧阻的提高规律基本一致,对回填土总的加固效果在处理深度和密实度均匀性方面与两种动力触探方法的检测结果基本是相吻合的｡

同时,反映出在深度3~4m浅部位置出现峰值现象,但强夯法尤其明显,其锥阻值和侧阻值甚至分别达到了30MPa和430kPa,除前述分析原因外,布置在夯点上的静探测点数据与夯间测点数据经统计平均后也使该数据进一步增大,数据出现一定程度的失真｡

而振冲法在相应浅部也出现有一定区域的峰值,但相对较平缓,这与施工时孔口塌陷补料并在浅部延长留振时间有关｡

4.6瑞利波试验

瑞利波试验可通过测定土体的动力参数,评价砂土的加固效果｡土层波速测试结果见表2｡

表2土层波速测试结果

土层波速测试结果表明,两种地基处理方法对整个回填层的波速有提高,砂土的密实性和均匀性均有不同程度的改善｡

4.7处理后的设计指标评价值

综合多种检测手段的成果和分析比较,对本场地的试验结果给出承载力和压缩模量评价值,具体见表3｡

表3设计指标评价值