液化土与软土地基的强夯施工与检测

摘要：液化土与软土是在不同荷载和外力作用下产生不同受力状态和变形的特殊不良工程地基，砂土液化的机理是土体在地震力的作用下，空隙水压力急剧上升，土颗粒间的有效应力降低，当空隙水压力与总应力相等时，有效应力为0，土颗粒处于悬浮状态，强度急剧衰减，表现为地表喷砂冒水，地面沉陷。

关键词：地基 液化土 软土 强夯 施工 检测

1强夯法

作为人为施加外荷载进行液化土预干扰的强夯法，其加固机理是采用一定质量的重锤按一定的落距自由下落夯击地基，在强大的动能作用下强迫液化土体产生震动，克服土中水的阻力而下降，从而获得位能，使土体提前产生液化，土颗粒重新进行排列，以能量传递的方式使砂土经过压缩、固结，以消除或降低地基液化势态并提高地基承载力。

强夯法的有效加固深度既是反映处治效果的主要参数，又是选择地基处治方案的重要依据。依据梅那经验公式（Menard）作为估算依据：H=a，式中：H为加固土层厚度，m；W为夯锤重，kN；h为落距，m；a为经验系数，其值在0.4~1.0之间，与土质条件，地下水位、夯击能大小、夯锤底面积等因素有关。

2强夯施工控制

由于填石路堤的填料采用附近开采的花岗岩石填筑，筛选石料标准为最大粒径不超过层厚的三分之二。填石路堤分层填筑，分层搭接，上下层应相互错开，搭接阶梯（错台）宽度一般不少于2m。分层夯实，每层填石厚度不超过1.0m，施工时充分利用潮退时间完成潮位下填石路堤，提高施工效率。由于石块粒径较大，质量较大，为使各石块之间松散接触状态变为紧密咬合状态。在夯实之前，应用大型推土机摊铺平整，个别不平处用人工配合以细石屑找平，使石块之间无明显高差台阶才便于夯实。

施工时按先低后高，先中央后两侧卸料的原则安排好石料运送路线。当石块级配较差，粒径较大，填层较厚，石块间的空隙较大时，在每层表面的空隙里扫入石渣、石屑、中砂、粗砂再以压力水将砂冲入下部，反复数次，使空隙填满。对于岩石强度相差较大的石料，要分层或分段填筑。边坡外侧1m内须人工垒砌，在此范围内选择有平整面的大块石人工排砌，垒砌石料粒径必须大于25cm。当地面纵、横坡度大于5:1时，地面必须挖2m宽内向横坡为2％的台阶，坡脚处用石料垒成石垛。夯实路线对夯锤应成弧形，当夯实密实程度达到要求后，再向后移动一夯锤位置。强夯时从中间向两旁进行，夯锤直径为210cm，首遍各夯位宜紧密，如有间隙，则不得大于15cm；次遍夯位应压在首遍夯位的缝隙上，最后两击沉降量相差不大于5cm。

软土地段路基填筑，应考虑提前安排施工，以使路堤完成后得以留有沉降期，设计有明确要求时，按要求执行，设计无规定时，一般应不少于六个月，沉降期内不应在路堤上进行任何工程。

3施工中应注意的问题

在强大的夯击能作用下，软土层土体中孔隙水压力迅速增加，达到饱和时有效应力为0，土体液化，强度降到最低，液化土和孔隙水在增加的水压力沿夯锤周围放射状排出后，土体的孔隙水压力消散、有效应力增加，土体密实而强度提高。所以在夯击过程中前后两遍之间应留有一定的间歇时间，使土体孔隙水压力有一定的消散过程以利地基强度的提高，同时可以增大下一遍的夯击效果。间歇时间应通过试夯来确定。

由于路堤边坡范围的地基土未有得到强夯加固而成为路堤结构受力的薄弱部位。在实际发生的震害中，往往也是两侧坡脚处发生冒水导致路基边坡以外地基和路堤共同沉陷和滑移破坏。所以考虑加固宽度时应将坡脚（或至边沟外缘）部分全部加固，从路堤稳定的角度考虑，加固宽应达到最危险滑动圆弧以外。

填海路堤为防止碎石受海水潮浪的冲刷侵蚀形成空洞，在每一段路堤填至设计标高时，立即进行边坡防护砌筑。

4强夯路堤的质量检测

地基承载力直接影响着路基和路面的使用性能，以地基的整体强度和刚度、挤淤效果和软土层固结情况进行检测是必不可少的质量控制工作。

4.1回弹弯沉是路基在垂直荷载作用下产生的垂直变形。它不仅能反映路基的整体强度和刚度，而且与路基整体的使用状态存在一定的内在联系，用以评定其整体承载能力，同时弯沉值的测定比较方便。本项目的300m强夯试验段的允许弯沉值（0.01mm）为279，经强夯施工后测得其代表弯沉值（0.01mm）为223，强夯效果明显。

4.2检测淤泥存留厚度，钻孔取样是了解路基挤淤情况及软土层固结情况的有效措施。钻探结果表明：试验路段在强夯后淤泥残留层厚在0.1m～0.23m之间,下层液化土的固结情况良好。

4.3施工时现场检测控制指标：

（1）夯沉量：每次夯击后观测记录并计算最后两击夯沉量之和不大于15cm，之差不大于8cm。

（2）湿陷性系数：检测土的湿陷性系数是否小于0.015 。

（3）承载力：参考值大于天然地基承载力。

（4）干密度：参考值大于天然干密度。

4.4强夯效果的检测数量与方法

质量检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑的重要性确定。对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑物地基的检验点不应少于3处；对于复杂场地或重要建筑物地基应增加检验点数。检验深度应不小于设计处理的深度。

质量检验的方法，宜根据土性选用原位测试和室内土工试验。对于一般工程应采取两种或两种以上的方法进行检验；对于重要工程项目应增加检验项目，也可做现场大压板载荷试验。

为了检验强夯的加固及处理液化效果，强夯后7d应选择有资质的检测单位对强夯区域进行平板载荷试验、土工取样试验、标准贯入实验、重型（Ⅱ）动力触探实验。

①．平板载荷试验

现场采用707×707mm2压板，慢速维持荷载法，千斤顶分九级加荷，压板埋置深度在设计基础底板下约0.10m，在荷载板上对称安置四个百分表观察地基土沉降量及各级荷载相对稳定情况。静载点主要布置于独立基础部分场地，共进行10个检测点载荷试验，以评价夯后地基的承载力。

②．土工取样试验

现场使用XY-1型工程钻机，采用φ110钻具开孔，在设计处理深度范围内进行取芯钻进。在钻孔中采用重锤击入法采取原状土样送试验室进行土工试验。取样主要在填土中进行，测试指标主要有地基土的压缩模量、天然含水量、孔隙比，抗剪强度及浅层土的渗透系数等指标。取土样孔主要布置于独立基础部分。

③．标准贯入试验

现场使用XY―1型工程钻机，采用标准贯入器、穿心锤重63.5kg，自由落距76cm，标贯试验的试验间距为1.0m，整个场地内均有布置，以评价夯前、夯后地基土承载力等力学指标，并判断水下砂土的液化情况。

④．重型（Ⅱ）动力触探试验

现成使用XY-1型工程钻孔，采用重型动力触探头，穿心锤重63.5kg，自由落距76cm，整个场地内均有布置。在夯前、夯后布置6个和12个检测点以评价地基土均匀性，并评价填土的承载力。

5 处理效果分析与结论

通过对大量试验数据的统计，强夯处理结果分析结论如下：

（1）土的天然含水量在低于塑限含水量的1-3%，且接近最佳含水量，强夯效应最好。天然含水量接近最佳含水量且不大于塑限含水量、含水量分布均匀时，最后两击夯沉量之和、之差越小，消除湿陷深度越深。此时，用夯沉量控制强夯效应是比较科学、可行的。

（2）在地表水和地下水的影响下，土体天然含水量无规律。地基的土质和含水量直接影响到强夯效果，当天然含水量大于塑限含水量时，同一夯击能的影响深度大大减少，还会出现土体反弹。

（3）对于湿陷性黄土夯实到一定程度，夯实遍数对加固深度影响较小。

（4）用土体密度、湿陷性系数、地基承载力控制工地强夯施工质量均存在一定的弊端，湿陷性系数虽然可以很精确地反映强夯消除湿陷深度与程度，但工地操作性较差，取样困难，试验时间较长，影响施工进度，加之试验取样频率无法确定，频率过大对基础的破坏性较大，频率过小又不能很真实地反映强夯效应。

（5）地基承载力、土体密度与土质性质有关，在土质分布不均匀、含水量无规律情况下，先去判定土的性质，不但没有简化检测程序，反而使检测过程复杂化。强夯后表层土的密度、地基承载力与深度相关性较小，无法确定出控制数据，同样不能真实反映强夯效应。

（6）最后两击夯沉量之和、之差的限值控制是强夯质量控制的关键，设计图纸给定之和不大于15cm，之差不大于8cm，在夯沉量满足设计要求的情况下，施工效果可以满足要求。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。