临沂强夯法加固地基的质量检测方法及应用

强夯法是法国Menard技术公司于1969年提出的一种地基加固方法，我国自引进强夯技术以来，经过多年的研究与实践，广泛应用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土，湿陷性黄土、回填土等地基的处理，用来提高地基强度，降低土的压缩性，消除湿陷性或者提高抗液化能力等。强夯法处理后的地基加固效果是否达到预期目的和设计要求，需要对处理后的地基进行科学合理的检测。目前，检测方法有传统的平板静力载荷试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验、土工试验以及新兴的瑞雷波法、探地雷达法等，诸多检测方法中，在操作方法、适用条件、检测效果、工期、成本等方面各有优缺，但使用的目的和作用大同小异。 　　1  检测方法 　　1.1 平板静力载荷试验  平板静力载荷试验是在一定面积的承压板上向地基逐级施加荷载，测求地基土的压力与变形特性的原位测试方法，它反映承压板下1.5～2.0倍承压板直径或宽度范围内地基土强度、变形的综合性状。该方法适用于粘性土、粉土、砂土和粒径不大的碎石土，是检验地基土强度的常用手段。所使用设备由承压板、稳压加荷装置和沉降观测装置三部分组成。分级加荷，每次加荷后均按照一定的时间间隔测读一次沉降量，满足试验结束条件时，停止加荷，结束试验。根据试验可确定地基土的承载力特征值fak和变形模量Eo。 　　1.2 圆锥动力触探试验  圆锥动力触探试验是利用一定质量的落锤，以一定高度的自由落距将标准规格的圆锥形探头打入土层中，根据探头贯入的难易程度判定土层的性质，该试验适用于砂土和碎石土。试验装置由圆锥触探头、触探杆和穿心锤三部分组成，试验需钻探设备配合完成，可选择某一深度试验，也可自上而下连续贯入试验。通过动力圆锥触探试验地基土的物理力学性质指标，经过试验对比和相关分析，可初步评价地基土的密实度、地基承载力、变形指标等参数，也可判定地基土在竖直向的变化规律和水平向上的变化，评价地基的均匀性。 　　1.3 标准贯入试验  标准贯入试验用质量为63.5kg的重锤按76cm的落距自由下落，将标准规格的贯入器打入地层，根据贯入器在贯入一定深度得到的锤击数来判定土层的性质，该试验适用于砂土、粉土和一般粘性土等。试验设备由标准贯入器、触探杆及穿心锤组成，试验需与钻探配合进行。根据试验结果，可确定砂土的密实度、土的抗剪强度、地基承载力、土的变形参数、判别砂土液化等。 　　1.4 土工试验  土工试验是通过对采取的土试样进行相应的试验，获得土的物理力学性质指标的试验工作。土工试验以室内试验为主，对象主要为粉土、粘性土、砂土等，其前提是现场取到合格的土试样。不同的试验所使用的仪器设备不尽相同，往往是多台套的。通过对强夯施工前后地基土取样试验及对试验结果进行对比分析，判断强夯法对地基处理的加固效果。 　　1.5 瑞雷波测试  瑞雷波法检测是近年来兴起的物探检测手段。瑞雷波是沿介质表面或层面传播的一种弹性波，其穿透深度约为一个波长。瑞雷波检测的物理基础是瑞雷波相速度与岩（土）体物理力学性质和面波的频散性的密切相关性，利用瑞雷波的频散特征求得岩土体中波速的分布，再利用波速与岩（土）体其他物理力学参数的相关性对地基岩（土）体进行分析评价。瑞雷波法测试方法是在地面安置一系列规则排列的检波器，用它们来接受瞬态震动在介质中引发的地震波（以面波为主），获得瑞雷波相速度。瑞雷波法检测利用波速在岩（土）体中传播的大小来判断地基土的密实度、均匀性等，可应用于不同地层条件的工程场地，尤其在大面积碎石回填、抛石填海等强夯地基的检测中具有较大的优势。 　　1.6 探地雷达测试  探地雷达法是地球物理方法中的一种高分辨率、高效率、实时探测方法。基本原理是高频脉冲电磁波通过发射天线被定向送到地下，雷达波在地下介质传播时，当遇到存在电性差异的地层或目标体时便发生反射，通过对地面天线收到的雷达波进行处理和分析，根据雷达波波形、强度、接收时间等推断地下介质的空间位置、结构、电性质及几何形态。探地雷达检测方法所使用的仪器装置轻便，操作灵活。通过电磁波反射波形特征变化，宏观评价地基的均匀性，对比分析强夯施工前后场地地层结构的宏观空间结构的变化来判断强夯处理的深度和 　　效果。 　　1.7 各种检测方法的优缺点  根据对上述6种检测方法的原理、测试方法、适用对象及结果应用的简述，不同方法有优势也有局限性，如表1所示。 　　 　　通过表1对各种检测方法优势和局限性的对比，传统的方法能够直接反映强夯处理后地基加固的效果，结果真实可靠，但适用范围有限，且有工期长、成本高、代表性弱等劣势；工程物探检测方法具有适用范围广、操作灵活、工期短、成本低的优势，但其测试结果往往需要传统的检测方法辅助进行对比验证。因此，综合分析认为，如何科学合理地检测强夯地基加固的效果，靠单一的方法是难以实现的，要全面考虑检测的目的、地层结构及特征、检测工程量、工期及成本等多种因素，合理选择多种检测方法综合检测，定性、定量对比分析，才能达到检测的目的。 　　2  工程应用 　　2.1 工程概况  某500kV变电站位于低山丘陵区，站区地面高程为82.00～96.40m，起伏大，场地中南部有一小塘坝，地势低。站区上覆第四系全新统粘性土，下伏元古界片麻岩。站区最大挖方高度7.17m，最大填方深度8.20m，填土成分主要为强风化片麻岩碎块和少量粘性土。为提高填土地基土强度及场地整体性，采用强夯法进行地基处理，处理面积约15000m2。设计要求强夯处理后地基承载力特征值fak＞150kPa。 　　2.2 强夯施工方案  施工方案如下：①夯击分主夯、满夯和拍夯，夯击能分别为3000kN·m，2000kN·m和1000kN·m；夯点布置成等边三角形，边长为4.80m。②三遍夯击工艺顺序为：主夯点的夯击顺序按同方向顺序夯击，一遍夯完；满夯包括主夯点的加固夯和主夯点间地段的间夯，按同方向顺序夯击，一遍夯完；拍夯为满堂夯击，相邻的夯点锤印相交1/3，一遍夯完。③主夯点总锤击数≥8击，满夯点总锤击数5击，拍夯点总锤数3击。主夯停锤标准按锤击数和最后两击平均夯沉量不大于50mm双重标准进行控制。 　　2.3 强夯质量检验  为了检验强夯后地基的加固效果，包括地基的强度和均匀性。考虑填土性质、处理面积及施工情况，检测采用了传统的平板载荷试验、钻探、取样、室内试验、标准贯入试验和重型圆锥动力触探试验（连续贯入）。共布设18个检测点，检测工作量布置见表2。 　　 　　①载荷试验结果及分析。在检测区域内布置了3个平板载荷试验点（主夯点两个，主夯点间1个），试验深度位于基础埋深上方约0.50m处。试验仪器、设备，分级加荷，观测、卸荷及数据处理满足相关规程的要求行。根据试验结果，极限荷载小于对应比例界限荷载值的2倍，承载力取极限荷载值的一半。结果见表3。从表3知，地基承载力特征值fak≥200kPa，E0＞40MPa，满足设计要求，说明按强夯加固后的地基强度得到了明显的提高。②动力触探试验结果及分析。为检测处理后地基的密实度及地基土水平及垂直向的变化规律，选用重型圆锥动力触探试验。检测区内共布置4个试验测试点，其中主夯点3个，间夯点1个。试验自夯后地面开始，以每分钟10～15击连续贯入，直至原始基岩顶面，记录每贯入10cm的锤击数。试验结果见表4。由表4知，三个主夯点处测试点的动力触探试验测试值在水平方向上的击数较均匀，在垂直方向上的试验击数随深度的增加变化较大；间夯点处的锤击数比主夯点处的小。由此判断，强夯处理后的地基土基本上达到密实状态，在同一深度内地基土的密实度基本一致，均匀性较好，达到处理的效果。③标准贯入试验结果及分析。在强夯区共布置的11个钻孔中，根据揭露地层情况，在地层条件满足的情况下进行了标准贯入试验，以确定强夯处理后地基土的密实程度和地基强度。结果见表5。由表5知，强夯处理后的填土密实，标准贯入试验在水平方向上的击数较均匀，但在2和8号检测点下部锤击数相对较小，是由于存在部分原状土所致，但标准贯入试验值总体上较高，所反映处理后的填土的性质是较好的。④土工试验结果及分析。原状土试样主要从原始地层中采取，通过对比夯前和夯后地基土的物理力学性质指标，评价强夯的影响深度和效果。对比结果见表6。由表6知，强夯后地基土的各项指标均有明显的变化，说明强夯对地基土的结构有较好的改善作用，土的强度有明显的提高。综合上述四中检测方法，得出场地回填土经强夯处理后达到密实状态，在水平方向上所取得的测值比较均匀，在垂直方向上，变化较小，符合强夯地基的变化规律。地基土承载力fak＞200kPa，满足设计要求，强夯加固地基效果显著。 　　 　　3  结束语 　　随着物探检测技术日新月异，其在工程中的应用也越来越广泛，其优势弥补了传统技术以点代面、工期长、成本高、经验性强等缺陷，但新兴的物探检测技术在实际工程中也需要传统的检测方法辅助验证，总之，每种方法都有其优劣的一面，实际工程中应结合工程情况综合运用多种检测方法，定性与定量，点与线、面的有机结合，更能科学合理地反映强夯法加固地基的效果。