強夯法在加固飽和粉土地基工程中的應(yīng)用

1、第 8卷 第 2期 2009年 4月 北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報JOURNAL OF BEI J I N G POLYTECHN I C COLLEGE 12Vol . 8Ap r . 2009收稿日期 :2009-03-10作者簡介 :蘇石基 (1966- , 男 , 福建漳州人 , 注冊監(jiān)理工程師 , 主要從事建筑工程監(jiān)理工作 。強夯法在加固飽和粉土地基工程中的應(yīng)用蘇石基(廈門興海灣監(jiān)理咨詢有限公司 , 福建 廈門 363100摘 要 :通過某工程實例 , 說明強夯法在加固飽和粉土地基中的設(shè)計和施工方法 。 通過現(xiàn)場原位測試及土工試驗分析 , 對強夯法的地基處理效果進行了檢驗 , 對強夯法施

2、工應(yīng)注意的幾個問題進行了討論 。 關(guān)鍵詞 :強夯法 ; 飽和粉土 ; 效果檢驗 ; 施工 中圖分類號 :TU 4F 2 文獻標識碼 :B 文章編號 :1671-6558(2009 02-10-03Appli ca ti on of D ynam i c Com pacti on to tura ted S ilt(Xinghai an on Fujian, 363100, China Abstract:Based mp le, design and constructi on ways were intr oduced about dyna m ic compacti on t o gr ou

3、nd treat m ent of silt . I n -site test and s oil index analysis were taken t o exa m ine the effect of dyna m ic compacti on t o gr ound treat m ent . Some suggesti ons of constructi on were made . Key words:dyna m ic compacti on; saturated silt; effect exa m ining; constructi on 強夯法又稱動力固結(jié)法或動力壓密法 。

4、 這種方 法將 100400k N 的重錘 (最重達 2000kN , 以 640m 的落距落下給地基以沖擊和振動 , 從而達到提高土的強度 /降低其壓縮性 、 改善土的振動液化條件 的目的 。 據(jù)統(tǒng)計 , 經(jīng)強夯法處理的地基 , 其承載力可 提高 25倍 , 壓縮性可降低 5090%。它不僅能 在陸地上施工 , 還可在不深的水下施工 。強夯法處 理地基由法國 Menard 技術(shù)公司于 1969年首創(chuàng) , 當 時 , 僅用于加固砂土和碎石土地基 , 但隨著施工方法 的改進 , 其應(yīng)用范圍已擴展到細粒土 、 濕陷性黃土 、 雜填土和素填土等地基 。 強夯法效果好 、 速度快 、 節(jié)省材料且用途廣

5、泛 。目前 , 在巖土工程界得到了廣 泛的應(yīng)用 。 本文就強夯法在加固飽和粉土地基的工 程應(yīng)用作一介紹 。 1工程概況福建某縣某公司擬建 8棟住宅樓 , 樓高 6層 , 采 用條形基礎(chǔ) , 設(shè)計承載力為 160kPa 。根據(jù)工程勘察 資料 , 場地地基土的工程性質(zhì)如表 1, 基礎(chǔ)底面埋深 1. 5m , 即第 3層粉土上 , 該土層的稠密狀態(tài)為軟塑 狀 , 承載力不能滿足設(shè)計要求 , 因此不宜做天然地 基 , 需進行地基處理 。 表 1 場地土物理力學指標層號 土層名稱 層厚(m 含水量(%容重(k N /m3孔隙比 液性指數(shù)壓縮系數(shù)(MPa -1壓縮模量(MPa 承載力標準 (kPa 1耕土

6、 0. 52粉粘 1. 125. 117. 30. 8521. 110. 2606. 90120 3粉土 7. 834. 618. 30. 8700. 3245. 53110 4細砂 未穿 22. 218. 60. 7510. 2487. 011802地基處理方案選擇綜合考慮擬建工程的工程性質(zhì) 、 地基土條件 、 場 地條件等 , 擬采用可能的方案如下 :(1 沉管灌注樁法 。此方案選擇第 4層土作為 樁端持力層 , 樁長 9. 5m , 樁端為天然持力層 , 安全度 大 , 但鋼筋水泥用量大 , 造價高 。(2 粉體噴射攪拌樁方案 。攪拌樁與樁間土一 起構(gòu)成復合地基 , 最大限度地利用了土質(zhì)

7、 , 噴射水泥 粉可降低地基土的含水量 , 提高地基土的承載力 , 固后的地基土重度基本不變 ,附加沉降 ,善 ,(3 。采用此法時利用起重設(shè) 備將 1040t 的重錘吊到一定高度 (640m 自由 落下 , 對地基施加很大的沖擊能 , 使地基土得到加 固 , 這一方法不用鋼筋 、 木材 、 水泥 , 施工方便 、 設(shè)備 簡單 、 工期短 、 造價低 。擬建建筑物為 6層住宅樓 , 場地周圍 30m 內(nèi)無建筑物 , 滿足強夯對環(huán)境的要 求 , 經(jīng)過現(xiàn)場可行性調(diào)查和多種方案的經(jīng)濟技術(shù)比 較 , 確定采用強夯法方案處理 。3強夯法的地基加固機理強夯法加固機理包括動力固結(jié) 、 動力密實和動 力置換

8、3種形式 。(1 動力固結(jié) 。 強夯加固飽和土地基的動力固 結(jié)理論比較復雜 , 它與傳統(tǒng)的靜力固結(jié)理論有區(qū)別 。 主要包括飽和土的壓縮性 、 局部液化 、 滲透性變化及 觸變恢復等幾個方面的內(nèi)容 。(2 動力密實 。 非飽和土是基于動力密實的機 理 。 夯錘夯擊地面的沖擊能量是以振動波的形式在 地基中傳播 , 其中對地基加固起作用的主要是縱波 和橫波 。 縱波使土體受拉 、 壓作用 , 使孔隙水壓力增 加 , 導致土骨架解體 ; 橫波使解體的土顆粒處于更密 實的狀態(tài) 。 因此 , 土體在沖擊能量作用下 , 被擠密 壓實 , 壓縮性降低 。(3 動力置換 。 是在沖擊作用下 , 強行將砂 、 碎

9、 石等擠填到飽和土層中 , 置換飽和軟土 , 形成密實的 砂 、 石層或樁柱 。目前 , 動力置換包括動力置換砂 樁 、 動力置換碎石樁和動力置換擠淤 3種形式 。 地基經(jīng)強夯后 , 其強度提高過程可分為如下 4個階段 :(1 夯擊能量轉(zhuǎn)化階段 。該階段伴隨土體的強 制壓縮或振密 , 包括氣體的排出 , 孔隙水壓力上升 。 (2 。該階段表現(xiàn)為。該階段表現(xiàn)為滲透性 、 土體強度提高 。(4 觸變恢復階段 。該階段伴隨土體固結(jié)壓 密 , 包括部分自由水又變成薄膜水 , 土的強度提高 。 以上 4個階段中 , 前 3個階段是瞬時發(fā)生的 , 第 4個階段要在強夯終止后大約幾個月才能達到 。 4強夯設(shè)

10、計為解決強夯過程產(chǎn)生的孔隙水壓力問題 , 加速 孔隙水壓力的消散 , 采取的工程措施是基槽開挖 0. 6m , 然后回填厚度為 1m 、 直徑為 2030mm 的碎 石 , 再進行強夯處理 , 碎石經(jīng)強夯擠入夯坑裂隙 , 形 成排水道 , 可消散由強夯產(chǎn)生的超孔隙水壓力 。同 時碎石經(jīng)強夯后形成強度較高 , 具有一定柔性的碎 石墊層 , 提高了地基土的承載能力 。根據(jù)場地地基 土 、 結(jié)構(gòu) 、 施工條件等 , 確定強夯設(shè)計主要參數(shù)如下 :按梅花形 布 置 夯 擊 點 , 夯 點 間 距 為 4. 2m ×4. 2m 。采用直徑 2m 、 高 1. 2m 夯錘 , 夯重 120kN,

11、吊高 為 10m ?，F(xiàn)場試夯確定單點夯擊數(shù) 78擊 。夯擊擊數(shù) 確定條件為 :最后兩擊平均夯沉量不大于 50mm , 夯 坑周圍地面不發(fā)生過大隆起 , 夯坑不會過深而引起 起夯困難 。兩遍夯擊 , 最后再普夯一遍 , 保證碎石墊層表面 密實 。強夯施工過程中 , 為防止夯點的地基隆起 、 相鄰 夯坑周圍排水裂隙的重疊阻塞 , 施工中采用間隔跳 夯的方法 。11第 2期 蘇石基 :強夯法在加固飽和粉土地基工程中的應(yīng)用 強夯范圍每邊超出基礎(chǔ)范圍外 3m 。5有效深度確定強夯有效加固深度是指起夯面以下 , 經(jīng)強夯加 固后 , 土的物理力學性質(zhì)指標已達到或超過設(shè)計值 的深度 。 有效加固深度的影響因素

12、較多 , 大體可分 為兩類 :內(nèi)因 (地基土性質(zhì) , 如粒徑 、 相對密度 、 飽和 度等 , 不同土層的埋藏順序 , 地下水位等 和外因(主要是施工工藝因素 , 包括錘重 、 錘形 、 錘底面積 、 落距 、 夯擊點數(shù) 、 錘擊遍數(shù)及單位面積夯擊能 、 間歇 時間等 都與有效深度有密切關(guān)系 。強夯法的有效 加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯或當?shù)亟?jīng)驗確定 , 在缺少 資料或經(jīng)驗時可按表 2預(yù)估 。 也可采用修正的 Me 2 nard 公式進行計算 。根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗 , 本工程強夯有 效加固深度定為 5. 5m 。表 2 強夯法的有效加固深度 (m 單擊夯擊能 (k N. M 碎石土 、 砂土系 粉土 、

13、粘性土 、 濕陷性黃土 10005. 06. 04. 05. 020006. 07. 05. 06. 030007. 08. 06. 07. 040008. 09. 07. 08. 050009. 09. 58. 08. 560009. 510. 086效果檢驗施工完成后 , 采用靜力載荷 、 取樣 、。 (1 , , , 面積為 0. 25m 2。180kPa 以上 , 滿足建筑物設(shè)計承載力 160kPa 的要 求 。(2 對第 3層粉土進行取樣檢測 , 加固后其平 均容重 達 19. 5k N /m3, 含 水 量 為 24. 3%, 孔 隙 比 0. 718, 壓縮模量 10. 6MPa

14、, 壓縮系數(shù) 0. 16MPa -1, 其物理力學性質(zhì)指標比較表 1中的第 3層原土有明 顯改善 。(3 選擇 3點對第 3層粉土進行夯后動力觸探 測試 , 5. 5m 以上的 N63. 5平均值達 15擊以上 , 較加固 前的 8擊 , 其動探錘擊數(shù)明顯提高 。7結(jié)論及問題討論(1 強夯法處理飽和粉土地基的加固效果明 顯 , 是一種經(jīng)濟可行的方法 , 采用此法應(yīng)精心設(shè)計 , 小心施工 。(2 強夯施工時 , 夯點間距應(yīng)盡可能大 , 比常用 間距大 12m 。 再在相同的條件下 , 夯錘落距應(yīng)高 , 夯擊次數(shù)應(yīng)少 , 分 2遍或 3遍夯擊 , 夯擊次數(shù)宜采用 間隔跳夯 , 這樣 , 可防止相鄰

15、點夯擊時 , 夯擊能量相 互影響 , 被處理地層強烈擾動 , 變成 “ 橡皮土 ” 。 (3 加固效果的質(zhì)量檢驗在施工 24周后再 進行 , 否則 , 得出指標會偏低 , 因為強夯后 , 飽和細粒 土的結(jié)構(gòu)被破壞 , 抗剪強度幾乎為零 , 但隨時間的推 移 。 , , 施工時除采取 , 以加速空隙水壓 力的快速消散 , 還應(yīng)加強孔隙水壓力的現(xiàn)場觀測 。 (5 強夯法在施工中 , 會對周圍環(huán)境造成一定 的影響 , 還要注意做好防振溝 。防振溝寬度大于 0. 5m , 溝深大于臨近建筑物基礎(chǔ)底面標高 。 (6 有效加固深度是衡量強夯效果的主要指 標 , 目前還沒有較規(guī)范的理論依據(jù)來計算 , 基本上還 是經(jīng)驗結(jié)論 , 應(yīng)在這方面深入研究 。(7 對飽和土地基宜采用低能量 、 大間距 、 多遍 夯的施工原則 。(8 夯錘制作時應(yīng)預(yù)留通氣孔 , 當發(fā)現(xiàn)通氣孔 阻塞時應(yīng)及時疏通 。(9 強夯時會有石塊 、 土塊飛出 , 應(yīng)注意安全 。 (10 進入下一道工序前須人工清槽至設(shè)計基 底標高 , 然后用蛙式打夯機夯實槽底 。參考文獻1趙文斌 . 強夯法處理機場場道濕陷性黃土地基 J .施工