強夯法處理濕陷性黃土地基及其有效性分析

1、裝訂線 論文 題目：強夯法處理濕陷性黃土地基及其有效性分析 姓 名 2012年10月18日摘要強夯法處理濕陷性黃土，不僅能夠消除黃土的濕陷性，還能提高地基承載力，是一種既經(jīng)濟又實惠又便于施工的地基處理方法。本文以“鴻威懷來瑞云文化藝苑一期土方地基處理工程”為例，通過現(xiàn)場測試和室內(nèi)試驗對比，分析驗證強夯法處理濕陷性黃土的有效性。關(guān)鍵詞：強夯法；濕陷性黃土；承載力目錄1強夯地基處理法11.1強夯法的特性11.2強夯法國內(nèi)外發(fā)展情況12濕陷性黃土22.1濕陷性黃土的分布與特征22.2濕陷性黃土的特性22.3 濕陷性黃土的含水量和飽和度22.4 濕陷性黃土地基濕陷等級劃分32.5處理濕陷性黃土地基常用

2、的方法33工程實例43.1工程簡介43.2工程地質(zhì)條件43.3強夯施工方案43.3.1強夯施工參數(shù)43.3.2夯點布置示意圖53.3.3強夯施工方法53.3.3.1第一遍夯點施工53.3.3.2第二遍夯點施工53.3.3.3第三遍滿夯施工53.4強夯處理效果檢測63.4.1檢測方法63.4.1.1強夯地基載荷試驗63.4.1.2標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗63.4.1.3取土及室內(nèi)土工試驗63.4.2檢測結(jié)果64結(jié)束語7參考文獻8致謝91強夯地基處理法1.1強夯法的特性強夯法又稱動力固結(jié)法，這種方法是用起重機械將很重的錘(一般為100400kn)從高處自由落下 (落距一般為6-40m)給地基以強大沖擊力和振動

3、，使土體在沖擊能量的作用下發(fā)生一系列物理變化，從而在一定條件下起到改善土的振動液化條件和消除黃土的濕陷性等作用，降低土的壓縮性，提高土的強度。同時，夯擊法還可以提高土層的均勻程度，減少將來可能出現(xiàn)的差異沉降。強夯法開始時僅用于加固砂土和碎石，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，基于施工方法和排水條件的改善，它已適用從礫石到粘性土的各種地基土。   強夯法由于具有地基加固效果顯著、設(shè)備簡單、施工方便、適用范圍廣、經(jīng)濟易行及節(jié)省材料等優(yōu)點，對濕陷性黃土地基的加固有較好的效果，目前已經(jīng)有幾十個國家的數(shù)千項工程采用強夯法加固地基。1.2強夯法國內(nèi)外發(fā)展情況強夯法是法國menard技術(shù)公司于1969年

4、首創(chuàng)并使用的。由于強夯法特有的優(yōu)點，使其在國外得到普遍應(yīng)用。1974年英國工程師協(xié)會專門召開了深基礎(chǔ)會議，在該次會議上menard本人對強夯作了詳細介紹。從那以后，十幾年來第九、十、十一界國際土力學(xué)和基礎(chǔ)工程會議上以及世界各地區(qū)性會議上，都發(fā)表了很多關(guān)于強夯的論文，對強夯的發(fā)展、完善起到了很大的推動作用。我國是1978年9月引進該項技術(shù)的，1979年首先在塘沽進行了強夯法加固粘土地基的實驗研究。1979年6月分別在河北省廊坊與山西省陽泉，對輕亞粘土、粉細砂地基與黃土質(zhì)砂粘土填方地基進行了處理。這是我國采用強夯法處理地基的最早兩項工程。隨后很快推廣到北京、上海、天津、廣州、深圳等很多地方，并且都

5、取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果，為國家節(jié)省了巨額基礎(chǔ)工程費用。2濕陷性黃土2.1濕陷性黃土的分布與特征濕陷性黃土是一種十分特殊的土質(zhì)，俗稱大孔土，主要分布于我國陜、甘、寧等缺水少雨的干旱地區(qū)。濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節(jié)理，在天然濕度下，其壓縮性較低，強度較高，但遇水浸濕時，土的強度顯著降低，在附加壓力或在附加壓力與上覆土的自重壓力下，引起的濕陷變形是一種下沉量大、下沉速度快的失穩(wěn)性變形，對建筑物危害性很大。因此在濕陷性黃土地區(qū)進行建設(shè)，應(yīng)根據(jù)濕陷性黃土的特點和工程要求，因地制宜，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基受水浸濕引起濕陷對建筑物產(chǎn)生危害。2.2濕陷性黃土的特性濕陷

6、性黃土有以下幾種特性：在土自重壓力或在土自重壓力于附加壓力的共同作用下，受水浸濕后發(fā)生顯著附加下沉；孔隙比一般在1左右，并具有用肉眼可見的大孔隙；顆粒組成，以粉砂為主（0.050.005mm）約占60%；含有大量的可溶鹽；顏色為黃色和褐黃色；天然剖面形成垂節(jié)理。2.3 濕陷性黃土的含水量和飽和度濕陷性黃土的天然含水量在3.3%25.3%之間變化，其大小與場地的地下水位深度和年平均降雨量有關(guān)。在多數(shù)情況下，黃土的天然含水量都較低。在塬、梁、峁上的黃土，由于地下水位埋藏較深，含水量通常只有6%10%；低階地上的黃土則由于地下水位較高，其含水量在11%21%之間，地下水位以下的飽和黃土，含水量可達2

7、8%40%。濕陷性黃土的飽和度在15%77%之間變化，多數(shù)為40%50%，亦即處于稍濕狀態(tài)。稍濕狀態(tài)的黃土，其濕陷性一般較很濕的為強。隨著飽和度的增加，濕陷性減弱。當(dāng)飽和度接近于80%時，濕陷性已基本消失。2.4 濕陷性黃土地基濕陷等級劃分濕陷性黃土地基濕陷等級劃分濕陷類型型zs(mm)s(mm)非自重濕陷性場地自重性濕陷性場地zs7070zs350zs350s300i（輕微）ii（中等）300s700ii（中等）*ii（中等）或iii（嚴(yán)重）iii（嚴(yán)重）s700ii（中等）iii（嚴(yán)重）iv（很嚴(yán)重）*注：當(dāng)濕陷量的計算值s600mm，自重濕的計算值zs300mm時，可判為iii級，其他情

8、況可判為ii級。2.5處理濕陷性黃土地基常用的方法 處理濕陷性黃土有很多方法，如碾壓加固、沉管灌注樁、人工挖孔樁、強夯法加固。其中自然碾壓加固加固深度有限，若采用分層碾壓，挖方工程量太大；沉管灌注樁容易受到地下障礙物的影響，如大塊徑礫石、混凝土塊等，導(dǎo)致沉樁施工難度大，樁尖難以進入等技術(shù)問題；人工挖孔樁雖然質(zhì)量和施工有保證，但造價太高；相比較其他方法，強夯法則設(shè)備簡便，工藝要求不高，工期短，成本更低，降低黃土的濕陷性效果明顯。下面本文將通過工程實例具體論述如何采用強夯法處理濕陷性黃土地基，以及通過現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗比較對其有效性進行分析驗證。3工程實例3.1工程簡介鴻威懷來瑞云文化藝苑項目位于

9、河北省張家口市懷來縣瑞云觀鄉(xiāng)，一期開發(fā)用地200畝，分為南北兩個區(qū)，中間為自然溝渠，設(shè)計中將有橋梁相連。建設(shè)內(nèi)容為低密度住宅約93棟、酒莊兼售樓中心1棟、物業(yè)管理中心1棟。總建筑面積約82850平方米，結(jié)構(gòu)形式：短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)。其中雙拼別墅約71棟（142戶），地上2層、半地下室；聯(lián)排別墅約22棟（80戶），地上2層、半地下室，；酒莊建筑面積約7000平方米，地上3層，地下一層；物管中心建筑面積約2250平方米，地上2層。3.2工程地質(zhì)條件場地地形特征：南部高，北部低，由南至北有條沖溝，沖溝長約900m，溝深約1016m。地貌形態(tài)以河川平原為主，北部以平地為主，南部以緩坡為

10、主。根據(jù)現(xiàn)場勘察及室內(nèi)土工試驗成果，將本次勘探深度范圍內(nèi)（最深22.00m）的地層，按其成因年代為第四紀(jì)沉積層，并按地層巖性及其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)進一步劃分為4個大層及8個亞層，現(xiàn)分述如下：素填土層：黃褐色，松散稍密，干，以粉土為主，土質(zhì)較均勻，整體層厚0.6012.00m，該層主要集中于場地原沖溝位置，回填過程中采取分層強夯法進行了加固處理。黃土狀粉土層：黃褐色，中密，干，局部稍濕，干強度低，低韌性，無光澤，夾有部分薄層狀角礫或碎石，粘粒高，局部夾粉質(zhì)粘土薄層，該層具有輕微濕陷性，層厚1.408.60m。碎石1層：雜色，磨圓度較差，控制粒徑20.050.0mm，以粗砂及粉土填充，局部見塊石。層

11、厚0.804.50m，該層在層土中呈透鏡體狀零星分布。細砂2層：黃褐色，級配較好，含少量礫石。層厚2.404.00m，該層在層土中呈透鏡體狀零星分布。粉土層；黃褐色，中密，稍濕，干強度低，低韌性，無光澤，夾有部分薄層狀角礫或碎石，粘粒高，局部夾粉質(zhì)粘土薄層，層厚0.9013.30m，該層土在場地分布較廣，局部受原沖溝切割缺失。碎石1層：雜色，磨圓度較差，控制粒徑20.050.0mm，以粗砂及粉土填充，局部見塊石。層厚0.508.30m。細砂2層：黃褐色，級配較好，含少量礫石。層厚1.006.50m。碎石層：雜色，磨圓度較差，控制粒徑20.050.0mm，以粗砂及粉土填充，局部見塊石。揭露最大層

12、厚10.00m。粉質(zhì)粘土1層：黃褐色，堅硬，含角礫。層厚4.406.60m，該層僅見于zk79及zk100號孔內(nèi)。本次勘探期間22米深度范圍內(nèi)未測到地下水。該地區(qū)地下水位埋置深度大于100米。濕陷性：濕陷性等級級（輕微）級（中等），評價該場地為非自重濕陷性場地。3.3強夯施工方案3.3.1強夯施工參數(shù)采用3000kn.m能級強夯進行處理；3000kn.m能級強夯施工分三遍進行，第一遍與第二遍均為3000kn.m點夯，每點擊數(shù)12擊，且最后兩擊平均夯沉量不大于5cm；夯點間距6m；第三遍為1000kn.m能級滿夯施工，夯印搭接1/4。3.3.2夯點布置示意圖3000kn.m能級強夯施工夯點布置示

13、意圖如下：3.3.3強夯施工方法3.3.3.1第一遍夯點施工施工前，平整場地，平整度和表面硬度應(yīng)滿足重型施工設(shè)備安全行走要求。復(fù)測場地標(biāo)高，滿足設(shè)計起夯面標(biāo)高要求后，用全站儀向施工場區(qū)內(nèi)引測施工圖角點控制坐標(biāo)，經(jīng)監(jiān)理工程師驗核無誤后，再按施工圖布置夯點，并用白灰標(biāo)出夯印。強夯主機和夯錘就位后，要對夯錘的落距進行測量，并采取措施，使其在夯擊過程中的落距始終保持不變，確保每擊均能達到設(shè)計單擊夯擊能，同時測量就位后的錘頂面標(biāo)高和地面標(biāo)高，錘頂面至自然地面的高度，為計算每擊的夯沉量和夯坑深度提供方便。將夯錘起吊至預(yù)定高度后自動脫鉤，夯錘夯擊地面，測量夯錘頂面標(biāo)高，減去夯錘就位時的頂面標(biāo)高就是第一擊的夯

14、沉量，如此反復(fù)進行，直至最后兩擊的平均夯沉量小于5cm控制標(biāo)準(zhǔn)后，停止夯擊，進行移位。移位時，應(yīng)先將夯錘起吊一定高度，使錘底與夯坑底面脫離，但不能離開夯坑，主機后退一定距離，再起吊夯錘，靠慣性使錘移動到下一夯點，此時應(yīng)立即脫鉤，隨時調(diào)整主機位置，使主機的吊桿、門架和夯錘保持最合理的受力結(jié)構(gòu)狀態(tài)，再起吊夯錘，進行夯點施工。重復(fù)上述步驟，直至所有第一遍夯點全部完成。3.3.3.2第二遍夯點施工第二遍夯點施工時應(yīng)先將第一遍夯坑回填，并平整達到強夯主機安全行走條件。施工方法與第一遍完全相同。3.3.3.3第三遍滿夯施工滿夯能級1000kn.m，每點3擊，夯印搭接不小于1/4錘徑。滿夯是強夯質(zhì)量控制中至

15、關(guān)重要的一道工序，需要認真對待，切不能因為能級小、施工簡單而放松控制。滿夯施工時，不再進行夯點布置和夯沉量測量，僅控制夯擊數(shù)、夯錘落距和夯印搭接情況即可。3.4強夯處理效果檢測3.4.1檢測方法3.4.1.1強夯地基載荷試驗試驗設(shè)備用工字鋼組合成加荷平臺，在平臺上堆放砂袋。鋼平臺和砂袋總重量不小于所加最大荷載的1.2倍。荷載從小至大由千斤頂逐級施加，其量值由標(biāo)準(zhǔn)壓力表讀取油壓，根據(jù)千斤頂?shù)穆识ㄇ€換算荷載。承壓板在加載過程中的沉降量采用量程為50mm的位移計測量。在承壓板頂面對稱安置4塊位移計，沉降量取其平均值。位移計通過磁性表座支撐在基準(zhǔn)梁上。試驗載荷板尺寸1.0m×1.0m。加荷

16、分級為8級，最大加載量不小于設(shè)計要求的兩倍。每級加載后，按間隔10、10、10、15、15min，以后為每隔半小時讀一次沉降量，當(dāng)在連續(xù)兩小時內(nèi)，每小時的沉降量小于0.1mm時，則認為已趨穩(wěn)定，可加下一級荷載。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，即可終止加載：a、承壓板周圍的土明顯地側(cè)向擠出；b、沉降s急驟增大，荷載沉降(p-s)曲線出現(xiàn)陡降段；c、在某一級荷載下，24小時內(nèi)沉降速率不能達到穩(wěn)定；d、沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06。3.4.1.2標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗試驗采用63.5kg自由落錘，落距76cm，將貫入器打入指定深度土層15cm后，開始記錄每打入10cm的錘擊數(shù)，累計打入30cm的錘擊數(shù)

17、為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)n。3.4.1.3取土及室內(nèi)土工試驗對濕陷性區(qū)域，強夯處理后進行鉆孔取土。鉆孔深度不小于6m，每隔1m采取土樣。通過室內(nèi)土工試驗，并依據(jù)濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范gb50025-2004對強夯處理后土的濕陷性是否消除進行評價。3.4.2檢測結(jié)果考慮消散期的影響，以上三種檢測方法都需要場地強夯結(jié)束7天后進行。根據(jù)載荷試驗檢測，經(jīng)強夯處理后的地基承載力特征值不小于150kpa。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果表明，經(jīng)強夯處理后，場地的粉土地基密實度和強度均得到提高。室內(nèi)土工試驗結(jié)果表明，經(jīng)強夯處理后的粉土地基，6m深度范圍內(nèi)土的濕陷系數(shù)s均小于0.015，證實其濕陷性已經(jīng)消除。4結(jié)束語強夯法進行地基加固，其最大優(yōu)點是設(shè)備簡便、施工工藝簡單、工期短、成本低，對環(huán)境影響相對較小，尤其對填土層厚度不大、樓層不高的一般中小型工程十分適用，值得大力推廣。本工程選用強夯法對濕陷性黃土地基處理具有一定有效性，經(jīng)強夯處理后的地基，6m深度范圍內(nèi)土的濕陷系數(shù)s均小于0.015；此外，經(jīng)過經(jīng)過粗略計算，強夯法與傳統(tǒng)的換土墊層和樁基進行