圆锥动力触探在强夯地基处理检测中的应用

Application of Feeler Inspection of the Circular Cone Power in the Handling Detection of the Dynamic Compaction Foundation

张成功1,王予亮2,姜红霞3,童鑫刚3ZHANG Chenggong, WANG Yuliang, JIANG Hongxia, TONG Xingang（1.信息产业部电子综合勘察研究院，陕西西安710054；2.衢州市柯城区建筑工程质量监督站，浙江衢州324000；3.衢州市经济开发区双港管委会，浙江衢州324000）



圆锥动力触探在强夯地基处理检测中的应用

Application of Feeler Inspection of the Circular Cone Power in the Handling Detection of the Dynamic Compaction Foundation

张成功1,王予亮2,姜红霞3,童鑫刚3
ZHANG Chenggong, WANG Yuliang, JIANG Hongxia, TONG Xingang
（1.信息产业部电子综合勘察研究院，陕西西安710054；2.衢州市柯城区建筑工程质量监督站，浙江衢州324000；3.衢州市经济开发区双港管委会，浙江衢州324000）

摘 要：浙西低丘缓坡地段高填方区建设用地一般采用强夯法地基处理，今通过对圆锥动力触探检验强夯法处理地基的具体实例及其检测结果的分析，得出结论是圆锥动力触探在强夯地基处理检测中具有无可替代的优势；并指出了强夯地基处理施工中的注意事项。

关键词：强夯地基检测；圆锥动力触探；高填方路基

圆锥动力触探试验（DPT）是岩土工程中常规的原位测试之一，它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地基土层中，根据探头贯入的难易程度（可用贯入一定距离的锤击数、贯入度或探头单位面积动贯阻力来表示）判定地基土层的性质，估算地基土承载力及变形模量。

浙西丘陵地区城镇建设和基础设施开发一般采用挖高填低平整丘陵以获取建设用地。平整后的土地相当一部分为填方区，在填方施工期间未能做到分层碾压或及时夯实，利用该部分土地时，不得不进行地基处理或者采用深基础。地基处理手段多采用强夯法，强夯处理后的地基检测成为验证地基处理效果的关键程序。通过在具有代表性填土的强夯地基处理采用重型动力触探试验检测，查明分析地基处理效果的原因。

1 强夯地基处理检测

丘陵地区土方回填一般为就近挖方一次性回填至低凹处，回填材料级配差、松散，回填厚度差异性较大。与平板载荷试验相比，圆锥动力触探试验在检测强夯处理地基土中有以下优点：

1）费用低、测试简易，可作为普测手段大面积测试，以全面检验处理效果。

2）检测点位灵活，可根据检测结果及时调整检测部位。

3）检测深度范围大，可根据需要设计检测深度。

4）将地基处理前后的动探试验数据进行对比，可检验强夯处理的有效加固深度，作为设计及施工的相关参数。

强夯处理后的地基承载力检验，应在施工结束后间隔一定时间进行，对于碎石土和砂土地基，间隔时间宜为7～14 d；粉土和黏性土地基，间隔时间宜为14～28 d；强夯置换地基，间隔时间宜为28 d。

检验强夯地基均匀性时，检测点的数量可根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于简单场地上的一般建筑物，按每400 m2不少于1个检测点，且不少于3点；对于复杂场地或重要建筑地基，每300 m2不少于1点，且不少于3点。强夯置换地基，可采用超重型或重型动力触探试验等方法，检查置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化，检验数量不应少于墩点数的3%，且不少于3点［1］。

2 工程实例

2.1 工程概况

衢州市某开发区拟建2条城市主干道，场址位于低丘缓坡地区，属于丘陵地貌，原始地面高程在81.38 ～105.50 m（1985国家高程基准）之间，最大高差约24.12 m；岩土层以第四纪粉土、黏土和白垩纪泥质粉砂岩与泥质砂岩为主。道路沿线多段需跨越丘陵间沟壑，沟壑地段设计为高填方路基，路基填方土料就近场外取土，以全—中风化泥质砂岩、泥质粉砂岩为主。填方路基最深处达10.9～13.0 m，多为快速回填施工完成，且填方土料未经分选、级配不良、均匀性差，造成填方路基承载力低、自重沉陷、湿陷明显。

为满足道路使用功能要求，设计采用强夯法对填方路基进行地基处理。强夯点梅花形布置，主、副进行全宽满夯，其中道路A强夯机额定夯击能5 000 kN·m，道路B强夯机额定夯击能3 000 kN·m。强夯后达到的设计要求为：1）最后两击的平均夯沉量不大于50 mm；2）夯坑周围地面不应发生过大的隆起；3）经处理后的地基承载力特征值不小于160 kPa，变形模量不小于10 MPa。

2.2 动力触探试验设备及试验方法

为检验强夯法地基处理效果和处理有效深度，验证地基处理方法和参数的可行性，采用重型圆锥动力触探分别在试夯区和未夯区进行比对试验。试验动力机械采用XY-1型钻机，重型圆锥动力触探器连续贯入触探测试，锤重（质量）63.5 kg，自动落锤装置；试验时穿心锤自由下落，落距760 mm。穿心锤提升至规定高度，使锤自动脱勾，自由下落，反复击打，锤击速率不超过30击/min。记录每贯入100 mm的锤击数（简称动探实测击数）N63.5；当连续三次锤击数达到50击时，即终止试验，记录实际贯入深度和相应的锤击数［2］。

2.3 试验数据分析

试验在地质情况比较典型且具有代表性的道路A和B，分别在试夯区和未夯区进行，试夯区和未夯区临近，各区尺寸30 m×50 m，测点对角均匀布置，各区均分别测试5点，共测试20个点位，累计试验20段次187.90 m。根据修正后的N′63.5击数将各测试点测试深度范围内的土层按密实度划分层位，文献［3］中收录的全国各地有关部门根据重型动力触探击数对应的地基土承载力特征值和变形模量并结合本地区工程经验，确定各点各层位承载力特征值和变形模量。绘制同一条道路上的试夯区与未夯区N′63.5与深度的关系曲线，剔除因块石、碎石等粗颗粒造成动探击数异常偏高数据，整理出试夯区和未夯区N′63.5均值曲线。对比分析测试数据，对比图见图1、图2。

图1 道路A试夯区和未夯区动探对比曲线

图2 道路B试夯区和未夯区动探对比曲线

2.3.1 道路A试验成果分析评价

1）未夯区N′63.5数据离散型、重复一致性均优于试夯区。未夯区1.5～2.5 m和4.0～5.4 m异常偏大且较为集中，推断为填土层中碎石等粗颗粒密集分布区域。

2）分析对比N′63.5均值曲线可知试夯区0.6 m以上土层密实度均明显低于下部，且均明显比未夯区差，说明未夯区表层土密实度优于试夯区，分析原因为：强夯产生的强大振动及冲击力破坏了原有的“硬壳层”，还会振松已夯实填土，如不能妥善处理表层土，则会产生表层土密实度夯后不如夯前。

3）0.6～7.8 m段N′63.5均值曲线明显分离且差值相对较大：试夯区N′63.5普遍大于10击，以中密状为主，而未夯区对应深度范围内N′63.5普遍小于10击，以稍密状为主。该段夯后密实度提高约一个等级，处理效果明显。其中1.6～2.3 m试夯区均值曲线平缓于未夯区，证明强夯对主要受力部位的风化岩块等粗颗粒具有一定的振动破碎作用，从而减少了动探击数异常偏高现象。

4）自7.8 m以下N′63.5均值曲线迅速趋于重合，说明强夯加固效用快速降低，由此可判断7.8 m为该试夯区的有效加固深度，该数值与《建筑地基处理技术规范（JGJ 79—2012）》中提供的不同夯击能对应有效加固深度较为吻合。但由于回填土整体施工质量差，取规范提供的不同夯击能对应有效加固深度的低值较为安全。

5）由于表层土是基础的持力层，如处理不好将会降低地基承载力，增加道路的整体沉降量和不均匀沉降，因此应重视表层土的夯实。

2.3.2 道路B试验成果分析评价

1）道路B填土层密实度均较差，未夯区1.0 m以上N′63.5数据离散型较大，1.0 m以下重复一致性较好。未夯区N′63.5异常偏大数据较少，说明未夯区碎石、块石等粗颗粒对数据异常值影响小，分析原因：①粗颗粒含量少；②土层密实度低则土颗粒间尤其是粗颗粒的粒间应力必然低；③土层颗粒的粒间应力低则能够提供给测试探头的反作用力亦低，直观表现为锤击贯入度大。

2）分析N′63.5均值曲线可知，试夯区1.5 m以上加固效果不明显，甚至夯后密实度差于未夯，原因分析同3.3.1第2条，更说明强夯对“硬壳层”的破坏现象在松散土层中表现更为明显。

3）1.8～5.8 m段N′63.5均值曲线明显分离且差值相对较大，N′63.5数据提高近1倍，证明强夯加固效果在1.8～5.8 m较为明显，但整体提高等级尚有欠缺。而5.8 m以下N′63.5均值曲线趋于重合，差值相对不大，说明5.8 m以下加固效果已不大明显。

4）在动探测试时动探孔内地下水水位较高，地下水和填土土质应是造成加固效果不明显的主要原因。

3 开挖验证

道路A后期开挖沟槽见图3，从照片中可见，道路A土质干燥，槽壁自立性和土层密实度良好，强夯处理效果明显。而道路B（图4）经开挖查看土质，发现土质松散，地下水水位高，自立性差。两条道路加固处理后的结果迥异，道路B虽相对于夯前地基土在夯后仍有明显提高，但未达到预期目的，分析其未能如道路A般良好的处理效果的主要原因是：道路B未有效降低地下水位，孔隙水压力消散不足。

图3 道路A夯后开挖沟槽

图4 道路B夯后开挖沟槽

4 结 语

1）由于试夯区和未夯区不是同一区域，如能同一区域同一测点，分别在夯前和夯后进行圆锥动力触探，则强夯加固成效对比将更为科学合理、真实有效。此次对比分析仅用以说明圆锥动力触探在强夯地基检测中的优势，并对现有试验数据加以深化挖掘。

2）通过本次动探试验检测及全程跟踪，不仅为设计单位提供了较为真实的试验数据，验证了有关标准规范中相关经验数据的适用性，为该方法在浙西地区的设计和施工提供了有益的尝试；而且进一步印证了地下水是强夯法地基处理成败的关键，在地下水位高的地段必须加强排水，将土层沥干；对于排水困难的地段，可采用强夯置换法处理或采取降水手段。

3）强夯法地基处理必须加强表层土的夯实，可在进行低能量满夯时，采用质量较小的夯锤，多次夯击，锤印搭接；表层土夯实后宜分层碾压至设计标高，如此不仅便于找平，亦可加强表层土的密实度。

4）对满足强夯适用条件的工程场地，回填土方厚度一次不宜过大，不应超过强夯法地基处理的有效深度，否则有效处理深度以下部位的填土层力学性质难以保证工程质量。该部分土层的加固处理将大幅增加工程造价，且易造成工程质量隐患。

5）浙西地区挖方后的泥质砂岩、泥质粉砂岩易风化为以粉黏粒、粉细砂、砾砂及碎石等组成的混合土，透水性强，在排水条件好的地段适合强夯法地基处理，经处理后适宜作为一般建筑的地基持力层，且该填方土料不仅来源丰富，还解决了土方堆积的问题，用途十分广泛。

6）圆锥动力触探试验在检验砂土、碎石土等粗颗粒土的密实度上应用广泛，具有测试灵活、费用低等优点；但其缺点是：人为读数误差大，试验数据量大，试验数据的采集未标准化电子化。因此，根据动探试验数据提供的承载力和变形参数等仍为查表值，所提供的参数与实际数值有比较大的误差等缺点。

7）针对地区典型土质，浙西地区缺少动探试验数据和静载荷试验的统计和研究，如能建立起典型土质的地方经验关系，则动探测试在浙西砂卵石地层，风化泥质砂岩、泥质粉砂岩等填土层等典型土质中的应用将更为广泛，可为建筑工程基础安全和造价发挥更大作用。

参考文献

［1］中国建筑科学研究院.JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［2］中国有色金属工业昆明勘察设计研究院.YS 5219—2000圆锥动力触探试验规程［S］.北京：中国计划出版社，2001.

［3］《工程地质手册》编委会.工程地质手册［M］.4版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

中图分类号：TU413

文献标志码：A

文章编号：1008-3707（2016）02-0026-04

收稿日期：2015-03-05；修回日期：2015-11-19

作者简介：张成功（1982—），男，浙江衢州人，工程师，从事岩土工程研究工作。