強夯法在加固人工填土中的應(yīng)用

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強夯法經(jīng)過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。本文通過介紹位于南京市江寧區(qū)的某廠房地基處理的工程實例，來探討強夯法動力密實機理在工程實際中的應(yīng)用。

1、工程概況

某機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地為水田，回填土為素填土，含水量最大值為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)計采用強夯法進行回填土地基加固處理，要求處理后場地承載力特征值fak≥120KPa。

2、地質(zhì)情況

2.1擬建場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～堅硬。層厚2.10～5.00m；⑤-1層：強風(fēng)化巖，灰白～雜色，堅硬。

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

統(tǒng)計指標(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)計要求

3.1地基經(jīng)強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)：

夯點間距為3.5米，正三角形布置夯點，單點擊數(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；

點夯停錘標(biāo)準(zhǔn)：最后兩擊平均沉降量不超過10cm，夯坑深度不超過1.6m。

4、強夯施工

4.1強夯機械設(shè)備選用：起吊設(shè)備選用W200A型履帶式起重機，采用自動脫鉤裝置；夯錘選用錘重120kN～160kN，夯錘直徑取2.4m。

4.2強夯單點夯擊試驗：

由于該場地填土?xí)r間短，厚度不均勻（1.50m～6.30m），回填施工未實施分層填筑，土層情況比較復(fù)雜，施工前的幾個月南京地區(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，驗證設(shè)計施工參數(shù)的可行性，綜合考慮施工工期比較緊、施工單位施工經(jīng)驗豐富等因素，決定在大面積施工前選取有代表性區(qū)域進行現(xiàn)場單點夯擊能試驗，以確定和優(yōu)化設(shè)計施工參數(shù)，選取合適的夯擊能量、單點夯擊數(shù)、夯點布置、夯擊遍數(shù)等。

4.2.1結(jié)合工程地質(zhì)勘察報告，根據(jù)場地含水量大小、回填土厚度以及設(shè)計施工參數(shù)等，在場地選擇A、B、C三個不同區(qū)域的進行單點夯擊試驗。

4.2.2通過分別布設(shè)在四個不同方向上距離夯點不同距離的觀測樁在夯擊過程中測量數(shù)據(jù)的變化，計算和分析夯擊過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夯機就位，夯錘中心對準(zhǔn)夯點位置；根據(jù)設(shè)計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：

a、夯前測量各組觀測樁及夯錘頂平面的標(biāo)高；

b、隨后每夯一擊均觀測各組測樁及夯錘頂平面的標(biāo)高；

c、根據(jù)觀測數(shù)據(jù)計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)觀測數(shù)據(jù)及繪制的曲線圖進行分析，確定合適的夯擊能及擊數(shù)；

f、根據(jù)觀測數(shù)據(jù)及設(shè)計相關(guān)要求確定停錘標(biāo)準(zhǔn)。

4.3單點夯試驗施工中發(fā)現(xiàn)的問題

    場地土體含水量較大的A點，強夯時出現(xiàn)夯沉量大、夯坑過深，最后沉降量難以控制，不能滿足預(yù)期的設(shè)計參數(shù)，并且拔錘困難；回填土含水量較小的B點，強夯時夯沉量較均勻，最后夯沉量偏大； C點試驗情況與B點相類似。

4.4根據(jù)以上施工情況，補充以下施工方案：

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排除作業(yè)面雨水尤為重要。在未施工的作業(yè)面及場地周邊沿施工區(qū)域邊緣用機械開挖深約1.5～2.5m的排水溝，并與現(xiàn)場排水系統(tǒng)相貫通，排水方向服從現(xiàn)場總排水；施工區(qū)表面的雨水通過人工開挖淺溝排入作業(yè)區(qū)周圍的主排水溝中；在已施工的區(qū)域（施工時先從排水方向逆向施工，成型工作面整形時適當(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為保證施工進度，在施工現(xiàn)場準(zhǔn)備足夠的塑料薄膜用于作業(yè)面覆蓋。根據(jù)天氣預(yù)報信息，準(zhǔn)備薄膜覆蓋一到二天的工作場地，雨后根據(jù)覆蓋場地土的含水情況確定能否立即開展施工，以便縮短雨天影響。當(dāng)30cm內(nèi)的土含水率大于25%時用推土機將該層土推掉20cm再進行強夯施工。

4.4.3由于部分施工區(qū)域回填土一次虛鋪厚度達6.5m，土質(zhì)較松散，在能量為2000KN-m、夯6擊的施工過程中已出現(xiàn)夯坑深度達2.5m，而且夯坑周圍無隆起的現(xiàn)象。為保證工程質(zhì)量和減少地基后期沉降，采取針對不同填土厚度采用不同的夯擊能量和增加夯擊遍數(shù)來處理，即對于填土厚度大于3.5m的區(qū)域，第一遍強夯時增大夯擊能量到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)難以實現(xiàn)，可適當(dāng)增加一遍夯擊，通過本遍強夯以達到深層土體加固的目的。第二遍強夯采用設(shè)計施工參數(shù)指導(dǎo)施工，降低能量至設(shè)計值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)，達到淺層加固之目的，同時加大滿夯能量到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展施工，控制好施工間歇，避免出現(xiàn)“彈簧土”、“橡皮土”等強夯施工質(zhì)量問題。

5、夯后檢測

夯后共進行了三組載荷試驗，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級加載，第一級加載30kN，然后按每級30kN遞增直至加載240kN為止。三組荷載試驗參數(shù)與試驗結(jié)果見表5-11                                   表5-1

序號

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：三組載荷試驗所測各點p～s曲線均無明顯的比例極限，也未出現(xiàn)陡降段。因此所測各點極限承載力不小于240Kpa，夯后地基承載力特征值不小于120KPa。

6、結(jié)論

通過預(yù)期的強夯加固效果：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到要求的120kPa以上。

7、經(jīng)驗總結(jié)

7.1地基處理期間，對于降雨量較大地區(qū)時，施工時防止雨水浸泡夯坑和表層土是保證工程質(zhì)量的一個重點，雨季施工的質(zhì)量保證措施主要是：

堅持信息施工，積極收聽天氣預(yù)報，隨時作好天氣變化的應(yīng)對措施。遇降雨天氣，應(yīng)在天氣降雨之前及時推平夯坑，并使作業(yè)面形成一定的流水坡度，以便雨水及時流走，推平后立即進行碾壓封水；降雨后根據(jù)現(xiàn)場情況隨時增加開挖排水溝，及時排水。

合理控制強夯間隔時間。

抓住晴好天氣連續(xù)施工，每塊場地施工要求一次強夯完成，不留尾巴。

7.2應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計技術(shù)，正確處理特殊土層變化

明確夯點的擊數(shù)與最終沉降量的控制指標(biāo)，但由于小范圍的試驗與大范圍施工的地質(zhì)情況及相關(guān)擾動條件略有不同，反映在強夯過程中即引起地面最終夯沉量與試驗夯沉量的符合程度會有所不同。

由于現(xiàn)場回填土層厚度很不均勻，回填土質(zhì)情況復(fù)雜多變，在強夯過程中會出現(xiàn)種種異常，夯坑深度及最后沉降量會隨場地回填土深度及含水量和土質(zhì)情況而大大不同，這直接影響到強夯后回填土的密實性、均勻性及強夯加固深度，從而影響強夯后地耐力和后期地基土的沉降。為此，在強夯過程中應(yīng)擬定合理靈活的技術(shù)處理措施。