孔内深层强夯法施工参数对珠江三角洲地区地基处理效果影响的试验研究.pdf

收稿日期：2022-10-15基金项目：住房与城乡建设部科技计划资助项目（2017-k10-006）作者简介：吕文龙（1981-），男，博士，教授级高级工程师，一级注册结构工程师，注册岩土工程师，主要从事建筑地基基础方面的研究。E-mail：第43卷 第2期2023年06月华南地震SOUTH CHINA JOURNAL OF SEISMOLOGYVol.43，NO.2Jun.，2023吕文龙，沈仁良，王凯.孔内深层强夯法施工参数对珠江三角洲地区地基处理效果影响的试验研究J.华南地震，2023，43（2）：125-131.LYUWenlong，SHEN Renliang，WANG Kai.Experimental Study on the Influence of Construction Parameters of Down-hole Dynamic Compaction on theFoundation Treatment Effect in the Pearl River Delta Region J.South China journal of seismology，2023，43（2）：125-131孔内深层强夯法施工参数对珠江三角洲地区地基处理效果影响的试验研究吕文龙，沈仁良，王凯（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广州 510000）摘要：为了解珠江三角洲地区孔内深层强夯施工参数对地基处理效果的影响，结合现场试验，通过改变地基处理时孔内深层强夯的夯击次数、夯击能和持力层情况，研究了不同施工参数的影响情况，结果表明：适当增加夯击次数，能有效提高孔内深层强夯法对地基的处理效果，在300 kPa试验荷载下，夯击次数为5次的测点沉降量比夯击次数为4次的减小了31.5%，夯击次数为6次的测点沉降量比夯击次数为4次的减小了55.2%；当夯击能超过一定数值后，工后沉降量不一定显著减小，在300 kPa试验荷载下，夯击能为1000 kN m的测点沉降量比夯击能为800 kN m的增大了55.7%；孔内深层强夯桩体的持力层力学性质越好，工后沉降量越小，在300 kPa试验荷载下，持力层为全风化花岗岩的测点沉降量比持力层为淤泥层的减小55%。关键词：孔内深层强夯法；地基处理；平板载荷试验；试验研究中图分类号：TU751+.4文献标志码：A文章编号：1001-8662（2023）02-0125-07DOI：10.13512/j.hndz.2023.02.14Experimental Study on the Influence of ConstructionParameters of Down-hole Dynamic Compaction on theFoundation Treatment Effect in the Pearl River Delta RegionLYU Wenlong，SHEN Renliang，WANG Kai（Guangdong Provincial Academy of Building Research Group Co.，Ltd.，Guangzhou 510000，China)Abstract:In order to understand the influence of construction parameters of down-hole dynamic compaction on thefoundation treatment effect in the Pearl River Delta region，combined with field tests，this paper studies theinfluence of different construction parameters by changing the tamping times，tamping energy and bearing stratumof down-hole dynamic compaction during foundation treatment.The results show that appropriately increasingtampering times can effectively improve the treatment effect of the down-hole dynamic compaction on foundation.43卷华南地震Under the test load of 300 kPa，the settlement of the measuring point with 5 times of tamping is 31.5%lower thanthat with 4 times of tamping，and the settlement of the measuring point with 6 times of tamping is 55.2%lowerthan that with 4 times of tamping.Not the greater the tamping energy is，the better the settlement is.When thetamping energy exceeds a certain value，the post-construction settlement does not necessarily decreasesignificantly.Under the test load of 300 kPa，the settlement of the measuring point with the tamping energy of 1000kN m is 55.7%higher than that with the tamping energy of 800 kN m.The better the mechanical properties ofthe bearing stratum of the deep dynamic compaction pile in the hole，the smaller the post-construction settlement.Under the test load of 300 kPa，the settlement of the measuring point of the fully weathered granite is 55%lowerthan that of the silt layer.Keywords:Down-hole dynamic compaction method；Foundation treatment；Plate loading test；Experimentalstudy0 引言孔内深层强夯法，是传统强夯法的创新发展，该方法先成孔后，然后在孔内填料，用重锤在孔内进行夯击，使填料向孔周侧挤压以达到加固地基的目的1-4。以往文献对孔内深层强夯法做了大量的应用及研究，主要手段有数值模拟和工程试验等。陈方明5等结合某大厚度自重湿陷性黄土地区地基处理实例，进行了垫层法、强夯法、预浸水法和挤密法等多种地基处理方案的比较，详细地阐述了孔内深层强夯法的作用机理、设计方法、施工工艺及其在大厚度自重湿陷性黄土场地中的应用；李清火6等结合某综合住院楼工程，对孔内深层强夯法的技术特点、设计方案、施工工艺及质量检测等进行了重点论述，同时该方法在湿陷性黄土地区取得良好的处理效果；孙青娟7等基于圆孔扩张理论细致地分析了孔内深层强夯法侧向挤密效应，对侧向影响范围和扩孔半径进行了理论推导，并结合工程实例，利用大型有限元软件ANSYS对孔内深层强夯法形成的渣土桩复合地基进行了数值模拟分析，得到了其复合地基承载特性、渣土单桩承载特性、桩侧阻力分布规律和桩间土承载特性。孔内深层强夯的对地基的加固机理为：通过在地基中预先成孔内自下而上边填料边强夯，形成高承载力的密实桩体和强力挤密的桩间土1-4。孔内深层强夯施工对侧摩阻力和端阻力的提高影响因素较多，如施工工艺、填料、地质情况，夯击能量等1-4，但孔内深层强夯法施工参数对珠江三角洲地区地基处理效果影响目前未见研究，本文挑选夯击次数、夯击能及桩体持力层3种影响因素，结合现场试验，通过改变地基处理时孔内深层强夯的夯击次数、夯击能和持力层情况，初步研究院其对地基处理效果的影响。1 试验场地概况试验所处场区位于肇庆市某产业园，属北江冲积平原，地势低平，水网、水塘密布。场地自上而下分别为人工填土层（Q4ml）、冲积层（Q4al）、残积层（Qel）及石炭系下统测水组（C1dc）石灰岩、燕山期花岗岩（52（3）。各测区地质情况如表13所示，其对应钻孔柱状图见图13。表1 测区1地质情况Table 1 Geological conditions of survey area 1土/岩性素填土（Q4ml）砂质粘性土（Qel）全风化花岗岩52（3）层厚/m0.84.514.3孔隙比1.160.880.79含水率/（%）41.0434.6125.35状态松散-稍压实硬塑原岩结构基本被破坏126第2期吕文龙等：孔内深层强夯法施工参数对珠江三角洲地区地基处理效果影响的试验研究图1 测区1钻孔柱状图Fig.1 Borehole histogram of survey area 1表2 测区2地质情况Table 2 Geological conditions of survey area 2土/岩性素填土（Q4ml）淤泥（Q4al）粉质黏土（Q4al）层厚/m5.05.67.0孔隙比1.162.420.88含水率/（%）41.0491.9130.75状态松散-稍压实饱和-软塑可塑图2 测区2钻孔柱状图Fig.2 Borehole histogram of survey area 2表3 测区3地质情况Table 3 Geological conditions of survey area 3土/岩性素填土（Q4ml）淤泥（Q4al）粉质黏土（Q4al）层厚/m4.56.513孔隙比1.162.420.88含水率/（%）41.0491.9130.75状态松散-稍压实饱和-软塑可塑12743卷华南地震图3 测区3钻孔柱状图Fig.3 Borehole histogram of survey area 3试验场区内孔内深层强夯桩采用矩形布置，桩距3米，桩成孔直径1.2 m，夯后桩径2.0 m，成孔深度8 m，采用旋挖机成孔。桩体材料为5:5渣土（碎砖瓦等硬骨料占50%，土占50%），其颗粒不大于250 mm，填料分层夯实。试验采用重型触探进行桩身质量检测，复合地基承载力采用平板载荷试验测试。2 试验方案为了分析不同参数对地基处理效果的影响，试验采用控制变量法，在改变夯击次数、夯击能或持力层情况时，严格控制其余施工参数，以免造成试验误差。各试验测区严格按照规范 孔内深层强夯法技术规程4要求进行施工。在测区1内进行不同夯击次数和夯击能试验，试验选用锤重为10T，试验测点共有5个，为保证同一参数控制的测点地质条件没有太大差异，各测点距离相互较近，测点1-a1-c比较相同夯击能下改变夯击次数对基础处理效果的影响，测点1-a、1-d比较相同夯击次数下改变夯击能对基础处理效果的影响，夯击能通过锤高控制，在测区2内设测点2-a，控制与测点1-a相同的夯击次数和夯击能，比较不同持力层对地基处理效果的影响，在测区 3 内进行重型动力触探试验，以检验桩身质量。具体施工参数控制见表4。表4 各测点施工参数表Table 4 Construction parameters of each measuring point测点1-a1-b1-c1-d2-a3-a3-l锤重10T重型动力触探试验夯击次数4次5次6次4次4次锤高8 m10 m8 m测区测区1测区2测区3128第2期吕文龙等：孔内深层强夯法施工参数对珠江三角洲地区地基处理效果影响的试验研究表5 碎石桩密实度按N63.5分类表Table 5 Lithotripsy pile density classified according to N63.5N63.5密实度小于4松散45稍密57中密大于7密实为推定强夯置换桩体的密实度情况，在测区3内挑选12根桩进行了重型动力触探试验，试验按照 建筑地基基础检测规范8进行，并根据该规范对桩体密实度进行判定，判定标准见表5所示。地基处理后地基承载力提高效果根据平板载荷试验结果分析，平板载荷试验按照 建筑地基基础检测规范8进行。本次平板载荷试验采用压重平台反力装置，在试验开始前将不小于1.2倍最大试验荷载的堆载量一次性加上平台，试验时用油压千斤顶分级加载，压板面积为9 m2（3 m3 m），并选取300 kPa荷载下的沉降量进行比较，以确定地基处理的效果。3 试验结果及分析3.1 不同夯击次数对地基处理效果的影响测点 1-a、1-b、1-c 的试验数据如表 6 所示，试验荷载-沉降曲线见图 4。在相同地质条件下，当夯击能均为800 kN m时，夯击次数为4次、5次和6次的测点在平板载荷试验为300 kPa下所得沉降量分别为 52.29 mm、35.84 mm 和 23.40 mm。可以看出，当夯击次数为5次的测点沉降量比夯击次数为4次的减小31.5%，当夯击次数为6次的沉降量比夯击次数为 4次的减小 55.2%。由此可知，适当增加夯击次数能有效提高地基处理效果，但随着夯击次数的增加，其提高效果逐渐减弱。3.2 不同夯击能对地基处理效果的影响测点 1-a、1-d试验数据如表 7所示，试验荷载-沉降曲线见图5，在相同地质条件下，当夯击次数均为 4次时，锤高为 8 m（夯击能为 800 kN m）的测点和10 m（夯击能为1000 kN m）的测点在平板载荷试验为 300 kPa 下所得沉降量分别为52.29 mm 和 93.32 mm，后者的沉降量比前者增大55.7%。由此可知，夯击能并不是越大越好，当夯击能超过一定数值后，工后沉降量不一定显著减小，应根据工程地质条件选用适当的夯击能。表6 不同夯击次数与其在300 kPa试验荷载下的沉降量Table 6 Different tamping times and their settlement under test load of 300 kPa图4 测点1-a，1-b，1-c荷载-沉降曲线Fig.4 Load-settlement curves of measuring points 1-a，1-b，1-c测点1-a1-b1-c夯击次数456沉降量/mm52.2935.8423.4012943卷华南地震3.3 不同持力层对地基处理效果的影响根据钻孔柱状图及相关施工设计资料，测点1-a、2-a持力层分别为全风化花岗岩（52（3）和淤泥（Q4al），试验数据如表8所示，试验荷载-沉降曲线见图6，当夯击次数均为4次，锤高为8 m（夯击能为 800 kN m）时，持力层为全风化花岗岩（52（3）和淤泥（Q4al）在平板载荷试验为300kPa下所得沉降量分别为52.29 mm和81.39 mm，后者比前者增大55%。由此可见，孔内深层强夯桩体持力层力学性质越好，工后沉降量越小。表7 不同夯击能与其在300 kPa 试验荷载下的沉降量Table 7 Different tamping energy and their settlement under test load of 300 kPa测点1-a1-d夯击能/（kN.m）8001000沉降量/mm52.2993.32图5 测点1-a，1-d荷载-沉降曲线Fig.5 Load-settlement curve of measuring points 1-a，1-d表8 不同持力层与其在300 kPa试验荷载下的沉降量Table 8 Different bearing layers and their settlement under test load of 300 kPa测点1-a2-a持力层全风化花岗岩（52（3）淤泥（Q4al）沉降量/mm52.2981.39图6 测点1-a，2-a荷载-沉降曲线Fig.6 Load-settlement curve of measuring points 1-a，2-a130第2期吕文龙等：孔内深层强夯法施工参数对珠江三角洲地区地基处理效果影响的试验研究3.4 重型动力触探试验结果本次试验共完成12个孔内深层强夯桩体的重型动力触探原位试验，其结果见表9所示。12个检测的孔内深层强夯桩体情况均为密实，桩身质量满足设计要求。表9 强夯置换桩重型动力触探检测结果Table 9 Heavy dynamic penetration test results of dynamic compaction replacement pile检测孔3-a3-b3-c3-d3-e3-f3-g3-h3-i3-j3-k3-lN63.5平均值20.923.922.422.524.023.322.322.624.923.722.022.9桩体密实度情况密实密实密实密实密实密实密实密实密实密实密实密实4 结论根据试验结果及分析，对珠江三角洲地区采用孔内深层强夯法处理的地基，可得出以下初步结论：（1）适当增加夯击次数，能有效提高孔内深层强夯法对地基的处理效果，在 300 kPa 试验荷载下，夯击次数为5次的测点沉降量比夯击次数为4次的减小31.5%，夯击次数为6次的测点沉降量比夯击次数为4次的减小55.2%。（2）当夯击能超过一定数值后，工后沉降量不一定显著减小，在300 kPa试验荷载下，夯击能为1000 kN m的测点沉降量比夯击能为 800 kN m的增大55.7%。（3）孔内深层强夯桩体的持力层力学性质越好，工后沉降量越小，在300 kPa试验荷载下，持力层为全风化花岗岩的测点沉降量比持力层为淤泥层的减小55%。参考文献1 顾欣，邹立华，马文祥.孔内深层强夯（孔内深层强夯法）振动试验研究J.兰州铁道学院学报，2000，19（1）：17-20.2 司炳文，唐业清.孔内深层强夯技术的机理与工程实践J.施工技术，1999，28（5）：48-49.3 徐至均.强夯技术的新发展孔内深层强夯J.石油工程建设，1999（5）：7-10.4 北京交通大学.孔内深层强夯法技术规程：CECS197-2006S.北京：中国计划出版社，2006.5 陈方明，关立军，刘晓华.大厚度自重湿陷性黄土场地孔内深层强夯法的应用月开究J.兰州铁道学院学报，2007，23（5）：49-52.6 李清火，张浩杰.孔内深层强夯法在湿陷性黄土地基中的应用J.建筑科学，2011，27（1）：103-105.7 孙青娟.孔内深层强夯法及其多桩型复合地基的加固机理及应用研究D.西安：西安建筑科技大学，2013.8 广东省住房和城乡建设厅.建筑地基基础检测规程：DBJ/T 15-60-2019S.广州：广东省建筑科学研究院，2019.131