強(qiáng)夯法在加固人工填土中的應(yīng)用

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強(qiáng)夯法經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展和應(yīng)用,已適用于處理一般粘性土、飽和砂土、碎石土、粉土、人工填土、濕陷性黃土、淤泥質(zhì)土等地基,從而提高地基強(qiáng)度,降低壓縮性,提高土層均勻性,減小地基不均勻沉降。本文通過(guò)介紹位于南京市江寧區(qū)的某廠房地基處理的工程實(shí)例,來(lái)探討強(qiáng)夯法動(dòng)力密實(shí)機(jī)理在工程實(shí)際中的應(yīng)用。
    1、工程概況
    某機(jī)電公司一期主廠房地基處理工程位于江寧科學(xué)園,工程面積約為2.58萬(wàn)平方米,上部結(jié)構(gòu)為輕鋼結(jié)構(gòu)廠房,地基處理之前的原狀場(chǎng)地為水田,回填土為素填土,含水量值為30.1%,最小值為22.0%,平均值為24.6%,地基土飽和度平均值74.28%,孔隙比為0.903。設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯法進(jìn)行回填土地基加固處理,要求處理后場(chǎng)地承載力特征值fak≥120KPa。
    2、地質(zhì)情況
    2.1擬建場(chǎng)地巖土層分布自上而下:①層:素填土,松散,層厚1.50~6.30m;②層:粉質(zhì)粘土,灰褐~灰黃色,濕~飽和,可塑,局部軟塑,呈中等壓縮性,層厚0.0~2.80m;③層:粉質(zhì)粘土,黃褐色,稍濕,硬塑,呈低壓縮性,層厚0.00~2.80m;④層:殘積土,雜色,上部含較多卵礫石,硬~堅(jiān)硬。層厚2.10~5.00m;⑤-1層:強(qiáng)風(fēng)化巖,灰白~雜色,堅(jiān)硬。
    2.2土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) 表2-1
    巖土層序號(hào)
     統(tǒng)計(jì)指標(biāo)
     含水量w
     重度p
     孔隙比
     塑性指數(shù)
     液性指數(shù)
     壓縮系數(shù)a1-2
     壓縮模量
    %
     KN/m3
     e
     Ip
     Il
     MPa-1
     MPa
    ①
     平均值
     24.6
     17.9
     0.903
     14.4
     0.31
     0.51
     4.35
    變異系數(shù)
     0.11
     0.03
     0.08
     0.08
     0.53
     0.44
     0.41
    ②
     平均值
     25.3
     19.5
     0.758
     13.8
     0.49
     0.30
     5.9
    變異系數(shù)
     0.05
     0.01
     0.04
     0.08
     0.19
     0.08
     0.09
    ③
     平均值
     20.4
     20.1
     0.640
     14.4
     0.17
     0.24
     7.02
    變異系數(shù)
     0.05
     0.01
     0.05
     0.04
     0.38
     0.09
     0.07
    3、設(shè)計(jì)要求
    3.1地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后承載力特征值fak≥120KPa;Es1-2≥5.0MPa。
    3.2地基處理主要技術(shù)指標(biāo):
    夯點(diǎn)間距為3.5米,正三角形布置夯點(diǎn),單點(diǎn)擊數(shù)6~8擊,單擊夯擊能量1800~2000KN-m;滿夯能量1200 KN-m,一遍兩擊1/4錘徑搭接;夯點(diǎn)最后二擊平均夯沉量控制在80-100mm;填土較厚區(qū)域適當(dāng)加大夯擊能量;
    點(diǎn)夯停錘標(biāo)準(zhǔn):最后兩擊平均沉降量不超過(guò)10cm,夯坑深度不超過(guò)1.6m。
    4、強(qiáng)夯施工
    4.1強(qiáng)夯機(jī)械設(shè)備選用:起吊設(shè)備選用W200A型履帶式起重機(jī),采用自動(dòng)脫鉤裝置;夯錘選用錘重120kN~160kN,夯錘直徑取2.4m。
    4.2強(qiáng)夯單點(diǎn)夯擊試驗(yàn):
    由于該場(chǎng)地填土?xí)r間短,厚度不均勻(1.50m~6.30m),回填施工未實(shí)施分層填筑,土層情況比較復(fù)雜,施工前的幾個(gè)月南京地區(qū)降雨量較大,受雨水浸泡土質(zhì)含水量較大。如果直接采取最初確定的施工參數(shù)進(jìn)行施工,加固處理效果可能不夠理想。為了間接了解欲處理的地基土情況,驗(yàn)證設(shè)計(jì)施工參數(shù)的可行性,綜合考慮施工工期比較緊、施工單位施工經(jīng)驗(yàn)豐富等因素,決定在大面積施工前選取有代表性區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)單點(diǎn)夯擊能試驗(yàn),以確定和優(yōu)化設(shè)計(jì)施工參數(shù),選取合適的夯擊能量、單點(diǎn)夯擊數(shù)、夯點(diǎn)布置、夯擊遍數(shù)等。
    4.2.1結(jié)合工程地質(zhì)勘察報(bào)告,根據(jù)場(chǎng)地含水量大小、回填土厚度以及設(shè)計(jì)施工參數(shù)等,在場(chǎng)地選擇A、B、C三個(gè)不同區(qū)域的進(jìn)行單點(diǎn)夯擊試驗(yàn)。
    4.2.2通過(guò)分別布設(shè)在四個(gè)不同方向上距離夯點(diǎn)不同距離的觀測(cè)樁在夯擊過(guò)程中測(cè)量數(shù)據(jù)的變化,計(jì)算和分析夯擊過(guò)程中地基土被有效壓縮以及夯坑周圍土體的隆起情況。
    4.2.3夯機(jī)就位,夯錘中心對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置;根據(jù)設(shè)計(jì)單擊夯能及錘重確定落距;
    4.2.4每擊夯沉量及周圍土體隆起情況的觀測(cè):
    a、夯前測(cè)量各組觀測(cè)樁及夯錘頂平面的標(biāo)高;
    b、隨后每夯一擊均觀測(cè)各組測(cè)樁及夯錘頂平面的標(biāo)高;
    c、根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算每一擊的夯沉量與周圍土體的隆起量;
    d、繪制每擊的沉降量與隆起量的曲線圖;
    e、根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)及繪制的曲線圖進(jìn)行分析,確定合適的夯擊能及擊數(shù);
    f、根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)相關(guān)要求確定停錘標(biāo)準(zhǔn)。
    4.3單點(diǎn)夯試驗(yàn)施工中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題
    場(chǎng)地土體含水量較大的A點(diǎn),強(qiáng)夯時(shí)出現(xiàn)夯沉量大、夯坑過(guò)深,最后沉降量難以控制,不能滿足預(yù)期的設(shè)計(jì)參數(shù),并且拔錘困難;回填土含水量較小的B點(diǎn),強(qiáng)夯時(shí)夯沉量較均勻,最后夯沉量偏大; C點(diǎn)試驗(yàn)情況與B點(diǎn)相類似。
    4.4根據(jù)以上施工情況,補(bǔ)充以下施工方案:
    4.4.1鑒于施工區(qū)域回填土較厚及土層多為滲透性較好的粉質(zhì)粘土,在遭遇陰雨天氣的情況下及時(shí)排除作業(yè)面雨水尤為重要。在未施工的作業(yè)面及場(chǎng)地周邊沿施工區(qū)域邊緣用機(jī)械開(kāi)挖深約1.5~2.5m的排水溝,并與現(xiàn)場(chǎng)排水系統(tǒng)相貫通,排水方向服從現(xiàn)場(chǎng)總排水;施工區(qū)表面的雨水通過(guò)人工開(kāi)挖淺溝排入作業(yè)區(qū)周圍的主排水溝中;在已施工的區(qū)域(施工時(shí)先從排水方向逆向施工,成型工作面整形時(shí)適當(dāng)形成排水坡度)邊緣挖一條深50cm的排水溝將已施工區(qū)積水排向排水溝。
    4.4.2為保證施工進(jìn)度,在施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備足夠的塑料薄膜用于作業(yè)面覆蓋。根據(jù)天氣預(yù)報(bào)信息,準(zhǔn)備薄膜覆蓋一到二天的工作場(chǎng)地,雨后根據(jù)覆蓋場(chǎng)地土的含水情況確定能否立即開(kāi)展施工,以便縮短雨天影響。當(dāng)30cm內(nèi)的土含水率大于25%時(shí)用推土機(jī)將該層土推掉20cm再進(jìn)行強(qiáng)夯施工。
    4.4.3由于部分施工區(qū)域回填土一次虛鋪厚度達(dá)6.5m,土質(zhì)較松散,在能量為2000KN-m、夯6擊的施工過(guò)程中已出現(xiàn)夯坑深度達(dá)2.5m,而且夯坑周圍無(wú)隆起的現(xiàn)象。為保證工程質(zhì)量和減少地基后期沉降,采取針對(duì)不同填土厚度采用不同的夯擊能量和增加夯擊遍數(shù)來(lái)處理,即對(duì)于填土厚度大于3.5m的區(qū)域,第一遍強(qiáng)夯時(shí)增大夯擊能量到2400~2500KN-m,以坑深度不大于2.5m和拔錘不困難為停夯控制標(biāo)準(zhǔn),如以上標(biāo)準(zhǔn)難以實(shí)現(xiàn),可適當(dāng)增加一遍夯擊,通過(guò)本遍強(qiáng)夯以達(dá)到深層土體加固的目的。第二遍強(qiáng)夯采用設(shè)計(jì)施工參數(shù)指導(dǎo)施工,降低能量至設(shè)計(jì)值1800~2000KN.m,以最后兩擊夯沉量7~10cm和夯擊數(shù)作為停夯控制標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到淺層加固之目的,同時(shí)加大滿夯能量到1500KN-m。
    4.4.4施工中根據(jù)氣象數(shù)據(jù)(陰晴、氣溫、風(fēng)力)、地基土體含水量、土體孔隙水壓力消散情況等綜合因素開(kāi)展施工,控制好施工間歇,避免出現(xiàn)“彈簧土”、“橡皮土”等強(qiáng)夯施工質(zhì)量問(wèn)題。
    5、夯后檢測(cè)
    夯后共進(jìn)行了三組載荷試驗(yàn),載荷板面積為1.0m×1.0m,分別為試1、試2、試3,極限加載按240kN考慮,共分8級(jí)加載,第一級(jí)加載30kN,然后按每級(jí)30kN遞增直至加載240kN為止。三組荷載試驗(yàn)參數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5-11 表5-1
    序號(hào)
     荷載(Kpa)
     試1沉降量(mm)
     試2沉降量(mm)
     試3沉降量(mm)
    0
     0
     0.00
     0.00
     0.00
    1
     30
     0.47
     0.43
     0.44
    2
     60
     1.01
     1.03
     0.95
    3
     90
     1.71
     2.41
     2.00
    4
     120
     2.60
     4.04
     3.72
    5
     150
     4.03
     6.50
     5.25
    6
     180
     5.64
     11.00
     7.99
    7
     210
     7.56
     17.47
     11.94
    8
     240
     9.94
     25.93
     18.23
    由5-1可知:三組載荷試驗(yàn)所測(cè)各點(diǎn)p~s曲線均無(wú)明顯的比例極限,也未出現(xiàn)陡降段。因此所測(cè)各點(diǎn)極限承載力不小于240Kpa,夯后地基承載力特征值不小于120KPa。
    6、結(jié)論
    通過(guò)預(yù)期的強(qiáng)夯加固效果:使土體有效固結(jié),減小孔隙比,降低含水量,加快地基土的前期固結(jié)沉降,提高地基承載力,加固后地基土承載力特征值達(dá)到要求的120kPa以上。
    7、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
    7.1地基處理期間,對(duì)于降雨量較大地區(qū)時(shí),施工時(shí)防止雨水浸泡夯坑和表層土是保證工程質(zhì)量的一個(gè)重點(diǎn),雨季施工的質(zhì)量保證措施主要是:
    堅(jiān)持信息施工,積極收聽(tīng)天氣預(yù)報(bào),隨時(shí)作好天氣變化的應(yīng)對(duì)措施。遇降雨天氣,應(yīng)在天氣降雨之前及時(shí)推平夯坑,并使作業(yè)面形成一定的流水坡度,以便雨水及時(shí)流走,推平后立即進(jìn)行碾壓封水;降雨后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨時(shí)增加開(kāi)挖排水溝,及時(shí)排水。
    合理控制強(qiáng)夯間隔時(shí)間。
    抓住晴好天氣連續(xù)施工,每塊場(chǎng)地施工要求一次強(qiáng)夯完成,不留尾巴。
    7.2應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù),正確處理特殊土層變化
    明確夯點(diǎn)的擊數(shù)與最終沉降量的控制指標(biāo),但由于小范圍的試驗(yàn)與大范圍施工的地質(zhì)情況及相關(guān)擾動(dòng)條件略有不同,反映在強(qiáng)夯過(guò)程中即引起地面最終夯沉量與試驗(yàn)夯沉量的符合程度會(huì)有所不同。
    由于現(xiàn)場(chǎng)回填土層厚度很不均勻,回填土質(zhì)情況復(fù)雜多變,在強(qiáng)夯過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)種種異常,夯坑深度及最后沉降量會(huì)隨場(chǎng)地回填土深度及含水量和土質(zhì)情況而大大不同,這直接影響到強(qiáng)夯后回填土的密實(shí)性、均勻性及強(qiáng)夯加固深度,從而影響強(qiáng)夯后地耐力和后期地基土的沉降。為此,在強(qiáng)夯過(guò)程中應(yīng)擬定合理靈活的技術(shù)處理措施。