D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.06.005 第27卷第6期 北京科技大学学报 Vol.27 No.6 2005年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec,2005 强夯法处理路基的加固效果 乔兰丁余慧于德水 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要在强夯法处理湿陷性黄土路基施工中，为了及时掌握和了解强夯加固深度，并对 加固效果进行正确评估，利用测振仪进行现场测振，通过对测得的振动波参数进行数值分析， 获得强夯法有效加固深度计算公式，同时利用重力触探方法对强夯后路基承载力进行平行 检验，结果表明，有效加固深度计算公式与经验公式有较好的一·致性，采用测振仪测控强夯 法处理湿陷性黄土路基加固效果是一种有效的新方法， 关键词强夯法；湿陷性黄土路基；测振仪；加固深度 分类号TU472 强夯法又称动力固结法，由法国工程师L. 场地土属于Ⅱ级非自重湿陷性黄土.工程拟采用 Menard通过大量的工程实践提出，并且在世界 强夯法对路基土体进行加固处理，以消除路基范 各国得到了迅速推广.我国于20世纪70年代引 围内黄土的湿陷性，提高路基承载力，为检测强 进这项技术，目前强夯法已在许多工程中得到了 夯法加固效果，在施工现场进行了测振实验. 应用，并取得了良好的社会、经济效益，但是，由 测点布置依据路基分布特点分别沿路轴线 于土体自身的复杂性和强夯法施工的特殊性，对 方向和垂直轴线方向，形成两条相互垂直的侧 其加固效果的评价、加固振动影响范围的测试等 线.测振实验采用的设备为NCSC5000型电脑控 问题，仍然未得到完全解决. 制测振仪，测试时利用测振仪的辅体一三维传 采用强夯法处理湿陷性黄土路基的主要目 感器拾振，测得测点处质点的三维振动速度及其 的是消除场地内的黄土湿陷性，并在一定深度范 矢量和、振动位移、振动加速度、振动频率，图1 围内加固土体，从而使得在这一深度内土层的密 和图2是利用测得的一组波速%和加速度a值获 实度、抗渗性以及强度等指标都能达到规定要 得的传播趋势线. 求，所以检验强夯加固效果的一项重要指标就是 60 有效加固深度.本文结合了长高速公路湿陷性黄 40 土路基加固工程实例，尝试运用一种新方法进行 现场强夯振动测试，并在实验的基础上提出计算 20 殿 0 强夯加固深度的公式， 1020304050.60 离夯点的距离m 1现场测振方法与有效加固深度 图1波速一离夯点的距离关系图 Fig.1 Measured curve of wave speed to distance 1.1强夯振动测试及结果分析 12有效加固深度 邯长高速公路更乐至冀晋交界段，为河北省 由动力学理论和波动理论可知，能量是由波 邯郸市通往山西省长治市高速公路的连接段.该 来传播的，而波在土体中的传播引起了土体的运 路段工程沿线分布着较大范围的湿陷性黄土，其 动，因此可以认为土体中质点速度为零处即为 厚度一般为1.】8.0m,湿陷系数0.0163-0.1659， 能量消减为零处，此处距夯点的垂直距离即为强 湿陷量7.9-33.4cm,湿陷起始压力为45~198kPa, 夯影响深度， 收稿日期：2004-12-22修回日期：2005-04-12 强夯影响深度的计算可以根据运动力学理 基金项目：国家自然科学基金资助课题No.50490271) 作者简介：乔兰(1963一，女，教授，博士生导师 论近似求解.工程实践表明强夯影响深度大于
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 心 强夯法处理路基的加 固效果 乔 兰 丁 余 慧 于德 水 北 京科技 大 学土 木 与环 境 工 程 学 院 ， 北 京 摘 要 在 强夯 法 处 理 湿 陷 性黄 土 路 基 施 工 中 ， 为 了及 时 掌握 和 了解 强 夯加 固深 度 ， 并对 加 固效 果 进行 正 确 评估 ， 利 用 测 振仪进行现场 测 振 ， 通过对测 得 的振动 波参数进 行 数值分析 ， 获得 强 夯法 有效加 固深 度计 算 公 式 ， 同 时利用 重 力触 探 方 法 对 强 夯后 路基 承 载 力进 行 平 行 检 验 结 果 表 明 ， 有 效加 固深 度 计 算 公 式 与经 验 公 式 有 较好 的一 致 性 ， 采用 测 振 仪 测 控 强 夯 法 处 理 湿 陷性黄 土 路 基 加 固效 果 是 一 种 有 效 的新方 法 关键 词 强 夯 法 湿 陷 性 黄 土 路 基 测 振 仪 加 固深 度 分 类号 价且资， 仍 侧瑕 强 夯 法 又 称 动 力 固结 法 ， 由法 国工 程 师 川 通 过 大量 的工 程 实 践 提 出 ， 并 且 在 世 界 各 国得 到 了迅 速 推 广 我 国于 世 纪 年代 引 进 这 项 技 术 ， 目前 强夯 法 己 在 许 多工 程 中得 到 了 应 用 ， 并取 得 了 良好 的社 会 、 经 济 效 益 但 是 ， 由 于 土体 自身的复杂性 和 强夯 法 施 工 的特 殊性 ， 对 其加 固效 果 的评价 、 加 固振动 影 响范 围 的测 试 等 问题 ， 仍 然 未 得 到完 全 解 决 采 用 强 夯 法 处 理 湿 陷 性 黄 土 路 基 的 主 要 目 的是 消 除场 地 内的黄 土湿 陷性 ， 并在 一 定深 度 范 围 内加 固土 体 ， 从 而使 得在 这 一 深 度 内土 层 的密 实度 、 抗 渗 性 以及 强 度 等 指 标 都 能 达 到 规 定 要 求 ， 所 以检验 强 夯 加 固效 果 的一项 重 要 指标 就 是 有 效 加 固深 度 本 文结合 邯 长 高速 公 路 湿 陷性 黄 土路 基 加 固工 程 实例 ， 尝试 运 用 一 种 新 方 法 进 行 现场 强 夯振 动测试 ， 并在 实验 的基 础 上 提 出计 算 强 夯 加 固深 度 的公 式 场 地 土 属 于 级 非 自重湿 陷性 黄 土 工 程 拟 采用 强夯 法对 路 基 土 体 进 行 加 固处理 ， 以消 除路 基 范 围 内黄 土 的湿 陷性 ， 提 高路 基 承 载 力 为检 测 强 夯 法 加 固效 果 ， 在 施 工 现 场 进 行 了测 振 实验 测 点 布 置 依 据 路 基 分 布 特 点 分 别 沿 路 轴 线 方 向和 垂 直轴 线 方 向 ， 形 成 两 条 相 互 垂 直 的侧 线 测 振 实验 采 用 的设 备 为 型 电脑控 制 测 振 仪 ， 测试 时利用 测 振 仪 的辅 体— 三 维传 感 器拾振 ， 测 得测 点处质 点的三 维振 动速 度及 其 矢 量 和 、 振 动 位 移 、 振 动 加 速 度 、 振 动 频 率 ， 图 和 图 是 利 用 测 得 的一 组 波 速 和 加 速 度 。 值 获 得 的传 播 趋 势 线 一 又一— 一一一一一一一一一 、 、 现 场 测 振 方 法 与 有 效加 固 深 度 强 夯振 动测 试 及 结 果 分 析 邯 长 高速 公路 更 乐 至 冀晋 交 界 段 ， 为河 北 省 邯 郸 市通 往 山西 省长 治市 高速 公 路 的连 接 段 该 路 段 工 程 沿线 分 布着 较 大 范 围 的湿 陷性 黄 土 ， 其 厚度 一 般 为 一 ， 湿 陷系 数 一 ， 湿 陷量 一 ， 湿 陷起 始 压 力 为 一 廿 ， 收稿 日期 今 修 回 日期 一今 基 金项 目 国家 自然 科学 基 金 资助课 题 住 作者简介 乔 兰 一 ， 女 ， 教授 ， 博 士 生 导师 离夯点 的距 离 图 波 速一离 夯点 的 距 离关 系 图 有 效 加 固 深 度 由动 力学 理 论 和 波 动 理 论 可 知 ， 能量 是 由波 来传 播 的 ， 而 波 在 土 体 中 的传 播 引起 了土 体 的运 动 〔，」， 因此 可 以认 为土 体 中质 点速 度 为零 处 即为 能量 消减 为零 处 ， 此 处 距 夯 点 的垂 直距 离 即 为强 夯 影 响深 度 强 夯 影 响 深 度 的计 算 可 以根 据 运 动 力 学 理 论 近 似 求解 ‘ 工 程 实 践 表 明强 夯 影 响深 度 大 于 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2005．06．005
·660· 北京科技大学学报 2005年第6期 a=-0.0413s+0.973,a=-0.0288s+0.666. 2 将s=0分别代入速度和加速度拟合方程，分 别得到两组夯点处波动参量和，.同时，将由 湿陷性实验获得的湿陷性消除的最大深度作为 已知量，获得实验常数x,y.于是，强夯最终加固 10 20 30 40 50 60 离夯点的距离m 深度计算公式可以确定为： 图2振动波加速度与离夯点的距离关系 任1.24w-12852}18. (2) Fig.2 Measured curve of wave acceleration to distance 表2给出了其他工程实例的加固深度值B”, 强夯加固深度，在此考虑利用系数进行折减推算 表3是经验公式圆和本文推荐的计算公式计算得 强夯加固深度，考虑到计算的复杂度及应用的便 到的本工程的加固深度对比结果，可见该公式基 易性，设加固深度回归公式为： 本适用于强夯法处理湿陷性黄土地基的加固深 H-Msty (1) 度计算 式中，x,y为强夯试验常数；W为主夯次数，本工程 100 取为7：h为夯坑深度，本工程取其平均夯坑深度 80 1.8m:为波速；a为加速度 60 y=-4.2892s+86.546 为确定式中系数x,y,需要一组夯点处的速 度、加速度值以及夯击加固深度值，而测点不可 40 能布置在夯点处，因此需要对震动波参量变化趋 20 势图进行曲线拟合，得到震动源（夯点处）的质点 瞬时速度和瞬时加速度.表1为两个不同区段测 v=-4.4191s+86.04 0 得的v和a值.图3为速度拟合曲线及其数学表 10 15 20 25 达式. 距离/m 同样，对加速度进行拟合，得出两个区段加 图3波速拟合曲线 Fig.3 Fitted wave speed curves 速度的拟合直线方程分别为： 表1速度与加速度计算值 表2工程实例实测值 Table 1 Values of speed and acceleration by computing Table 2 Measured values in actual engineering 区段1(K9+560-K9+600) 区段2(K10+840-K10+880) 工程名称 夯击能/(kNm) 加周深度m 距离m叭(ms)a(ms)距离/m以(ms)a(ms) 2400 8.5 茂名市粘性土回填地基 2000 6.8 8 65.6 0.642 10 41.7 0.394 10 34.2 0.425 12 31.3 0.321 中原油田粉土地基 2000 9.0 28.2 2000 12 0.135 14 15.5 0.260 天津市宜白路粘土地基 8.0 14 22.3 0.166 6 10.3 0.166 上海某机场软粘土地基 1800 7.4 18 16.5 0.145 20 7.3 0.114 山西省化肥厂黄土地基 2000 8.0 表3加因深度计算值对比 Table 3 Contrast of the calculated results of reinforcement depth 工程路段 经验公式 经验公式计算值m 推荐公式计算值m K8+420 '=b√wh 7.07 7.21 K9+560-K9+600 H=h1.67D-2.5Dy 7.27 7.89 K10+840-K10+880 H=5.1022+0.00895wh+0.09361Em 7.35 7.06 注：w为夯锤质量，t:h为落距，m:b为修正系数，一般取0.5 2夯后路基承载力检验 所需的锤击数来确定地基承载力，分别用N5表 示.实验选取路基为挖方段，第一次点夯已经完 为了对夯后路基加固效果和承载力进行评 毕，第二次夯尚未进行，具体测试结果如表4所 价，采用标准重型动力触探方法，以每贯入0.1m 示.从表中数据看出，测试段路基土强夯前土体
· 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 犷百，日 ，‘， 离夯 点 的距 离 图 振 动 波加 速度与离夯 点 的距 离关 系 吕 代 吕 一 ， 一 将 分 别代 入 速 度 和 加速 度拟 合 方程 ， 分 别得 到两 组 夯 点 处 波 动 参 量 和 ， 同 时 ， 将 由 湿 陷性 实验 获得 的湿 陷性 消 除 的最 大 深 度 作 为 己 知 量 ， 获 得 实验 常 数， 于 是 ， 强夯 最 终加 固 深 度 计 算 公 式 可 以确 定 为 华 卜 ‘ · ，‘ 一 ‘， · ‘ ，景 ‘ · ‘ · 强夯 加 固深度 ， 在此考 虑 利 用 系 数进 行 折 减 推算 强夯加 固深度 考 虑 到计 算 的复杂度及 应用 的便 易性 ， 设加 固深度 回归 公 式 为 一 式 中 ， ， 为强夯试验 常啼数 为主 夯次数 ， 本 工程 取 为 。 为夯坑 深 度 ， 本 工 程 取 其 平 均 夯坑 深度 为波 速 为加 速 度 为确 定式 中系数几 ， 需 要 一 组 夯 点 处 的速 度 、 加 速 度值 以及 夯 击 加 固深度 值 ， 而 测 点不 可 能布 置在 夯 点处 ， 因此 需要对 震 动 波 参 量 变化趋 势 图进 行 曲线拟 合 ， 得 到震 动 源 夯 点 处 的质 点 瞬 时速度 和 瞬 时加速 度 表 为两 个 不 同 区段 测 得 的 和 值 图 为速 度 拟 合 曲线 及 其 数 学表 达 式 ， 同样 ， 对 加 速 度 进 行 拟 合 ， 得 出两 个 区段 加 速 度 的拟 合 直 线 方程 分 别 为 表 速 度 与加 速 度计 算值 介 咖 幼 区 段 十 区 段 小 距 离 · 一 ， 口戊 一 距 离 · 一 ， · 一 乃 表 给 出 了 其他 工 程 实例 的加 固深 度 值 一 ， 表 是经 验 公 式 和 本 文 推 荐 的计 算 公 式 计 算 得 到 的本工 程 的加 固深度 对 比结果 ， 可 见 该 公 式基 本 适 用 于 强 夯 法 处 理 湿 陷性 黄 土 地 基 的加 固深 度 计算 广一 一 一 一 一一 — 一 — 一一 — 门 厂 一“ ’ 十 ‘ ’‘ 娜瑕 一遏， 一 距 离 图 波 速拟合 曲线 表 工 程 实例实测 值 比 加 工 程 名 称 夯击 能 · 加 固深 度 茂名 市粘性土 回填 地基 一 中原 油 田 粉 土 地基 天 津 市 宜 白路 粘 土 地 基 上 海某 机场 软粘 土 地 基 山 西 省 化肥 厂 黄土 地 基 表 加 固 深 度计 算值 对 比 几 卜 代 代 代 经 验 公 式计 算值 推荐 公 式 计算 值 ，， ，一︵产了 ， 气曰才 ‘曰 … 月内了 工 程路段 经 验 公 式 ， 侧丽石 。 一 ‘，， 小 ” 尸 注 为夯锤质 量 ， 为 落 距 ， 为 修 正 系 数 ， 一 般 取 夯后路基 承 载 力检验 为 了对 夯 后 路 基 加 固效 果 和 承 载 力 进 行 评 价 ， 采 用 标准重 型 动 力 触 探 方 法 ， 以每 贯 入 所 需 的锤 击 数来确 定地 基 承 载力 ， 分 别 用从” 表 示 实验 选 取 路 基 为挖 方 段 ， 第 一 次 点 夯 已 经 完 毕 ， 第 二 次夯 尚未进 行 ， 具 体 测 试 结 果 如 表 所 示 从 表 中数据 看 出 ， 测 试 段 路 基 土 强 夯 前 土 体
Vol.27 No.6 乔兰等：强夯法处理路基的加固效果 ·661 承载力为190kPa,而强夯后夯点土的承载力分别 度出发，通过对实测数据的分析，获得了一个基 为265kPa和295kPa,比夯前土均有不同程度的 于测振仪的强夯有效加固深度计算公式，与经验 提高.强夯重力触探原位测试结果比较真实地反 公式的计算结果比较，表现出较好的一致性. 映了夯后路基不同深度的承载力变化，直接反映 (3)采用动力触探实验检验夯后路基承载力， 了强夯加固效果及其影响范围， 可以平行验证强夯对路基的加固效果，能较真实 表4动力触探实验结果 地反映强夯后路基承载力的提高程度，是一种可 Table 4 Measured result by dynamie testing 靠的检验方法 工况 标段 平均锤击数N承载力kPa K9+140 > 190 参考文献 夯前十 K9+150 7 190 []王兰民.黄土动力学.北京：地震出版社，2003.10 夯后土（点K9+116左 10 265 [孔位学，陆新.强夯法加固软土地基有效加固深度研究 夯未满夯)K9+116右 10 295 四川建筑科学研究，2001,27(4)：45 [3]朱继永，许光泉，强夯法有效加固范围的数值模拟.煤田 地质与勘探，2001,292：39 3结论 [4吴铭炳.强夯加固范围的计算.工程勘察，1990，(3：25 [5]金常海.强夯的影响深度问题.岩土力学，1987,83：31 (1)应用NCSC5000型电脑控制测振仪进行 [6]左名麒.震动波与强夯法机理，岩土工程学报，1986,8(3： 现场振动测试，可以测得振动质点的速度、加速 55 度等值，为后期的数据分析提供可靠的现场资 [7]王铁宏.全国重大工程项目地基处理工程实录.北京：中国 建筑工业出版社，1998 料，为检验强夯法施工质量提供了一种新方法. [8]谢立新，湿陷性黄土地基加固深度经验公式的探讨.山西 (2)波速实验从强夯处理的有效加固深度角 建筑，2001,27(5：32 Investigation of dynamic consolidation effect on collapse loess roadbed OIAO Lan,DING Yuhui,YU Deshui Civil and Environmental Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT It is important.to control the effective strengthening depth in the dynamic consolidation of collapse loess roadbed.The consolidation effect was evaluated by analyzing the data of vibration wave from the field test and deducing the formula of strengthening depth.The parallel test of the roadbed strength after consolidation was done by gravity reconnaissance.The better consistency of the derived formula of strengthening depth with the em- pirical formula proves it is a new and effective method to control the consolidation effect by vibration measurement. KEY WORDS dynamic consolidation;collapse loess;roadbed;vibration gauge;strengthening depth
、 乔兰 等 强 夯 法 处理 路 基 的加 固 效果 承 载 力 为 ， 而 强 夯后 夯 点 土 的承 载 力分 别 为 沙 和 ， ， 比夯 前 土 均 有 不 同程 度 的 提 高 强夯重 力触 探 原位 测 试 结果 比较真 实地 反 映 了夯后 路 基 不 同深 度 的承载 力变 化 ， 直 接 反 映 了强 夯 加 固效 果 及 其 影 响 范 围 表 动 力触探 实验 结 果 代 代 度 出发 ， 通 过 对 实 测 数据 的分 析 ， 获 得 了一 个 基 于测 振 仪 的强 夯有 效 加 固深度 计 算 公 式 ， 与经验 公 式 的计 算 结 果 比较 ， 表 现 出较 好 的一 致 性 采 用 动 力触 探 实验 检验 夯 后 路 基 承载 力 ， 可 以平 行 验 证 强 夯 对 路 基 的加 固效 果 ， 能较真 实 地 反 映 强夯后 路基 承 载 力 的提 高程 度 ， 是 一种 可 靠 的检 验 方 法 工 况 标段 平 均 锤 击 数 万 承 载 力瓜 勺︸，， ， ﹄︺气、 ‘ 夯 前 十 夯 后 上 点 夯 未满 夯 左 右 参 考 文 献 结论 应 用 型 电脑 控 制 测 振 仪 进 行 现 场 振 动 测 试 ， 可 以测 得 振 动 质 点 的速 度 、 加 速 度 等 值 ， 为 后 期 的数 据 分 析 提 供 可 靠 的现 场 资 料 ， 为检验 强 夯 法 施 工 质 量提 供 了一种 新 方法 波速 实验 从 强 夯 处 理 的有 效 加 固深度 角 【 王 兰 民 黄土 动 力 学 北 京 地震 出版社 ， 孔 位 学 ， 陆新 强 夯法 加 固 软土 地基 有 效加 固 深 度研 究 四 川 建 筑科 学研 究 ， ， 朱继 永 ， 许 光 泉 强 夯法有 效加 固 范 围 的数值模拟 煤 田 地 质 与 勘 探 ， ， 砰 吴 铭炳 强 夯 加 固范 围 的计 算 工 程 勘 察 ， ， 【 金 常海 强 夯 的影 响深 度 问题 岩土 力学 ， ， 左 名 麒 震 动 波 与强 夯法机 理 岩 土 工 程 学报 ， ， 王 铁 宏 全 国重 大 工 程 项 目地 基 处理 工 程 实 录 北 京 中国 建筑工 业 出版 社 ， 谢 立新 湿 陷性黄土 地 基加 固深 度 经 验 公 式 的探讨 山西 建 筑 ， ， 必咬口 ， 刀 加，双 ，考 ， ， ， ￡ 加 能 能 翻 迈 一 眠 · 一