淺談強(qiáng)夯工藝在吹填砂地層中的應(yīng)用

1、引 言

強(qiáng)夯施工工藝進(jìn)行地基處理具有效果顯著、設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)易行和節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)，因此越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于工民建、公路、鐵路路基、機(jī)場(chǎng)跑道、碼頭等地基處理工程。

2、工程概況

某鋼廠擬建場(chǎng)區(qū)位于沿海部位，場(chǎng)區(qū)淺部為6m吹填砂層，不能滿足建筑物對(duì)天然地基強(qiáng)度和變形要求，因此采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理，以消除砂土的液化性，提高地基承載力。設(shè)計(jì)要求強(qiáng)夯夯擊能3000kN.m，處理后的地基承載力特征值≥220kPa，處理有效加固深度≥7m。

本工程施工場(chǎng)區(qū)內(nèi)巖性在垂直和水平方向上無(wú)較大變化，巖性以粉土、粉質(zhì)粘土和細(xì)砂層為主。按地層的巖性及物理力學(xué)性質(zhì)，各層土的性質(zhì)、分布如下:

第一層:吹填砂.由新近吹填成，以粉砂為主，混有少量粘性土，稍密。該層厚度約5.1-6.9m。

第二層:細(xì)砂，顆粒呈亞圓形，均粒，中密，飽和，該層厚度約7.4m。中間夾一粉土層，厚度約為1m，局部有層理構(gòu)造，低干強(qiáng)度。低韌性，中密，飽和。該層厚度約16.1m。

為了確定強(qiáng)夯夯擊的工藝參數(shù)，在工程強(qiáng)夯施工開始前進(jìn)行了試夯并檢測(cè)，本次試夯設(shè)置兩個(gè)試夯區(qū)，其尺寸均為50 m×50 m。

3、試 夯

3.1 試夯參數(shù)

試夯分為兩組，通過(guò)試驗(yàn)比較分析，確定相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，驗(yàn)證其適宜性。

(1)試夯面積:兩組均為2500m2。

(2)單擊夯擊能:3000kN.m，其中夯錘直徑為2 m，錘鶯為20t。

(3)夯擊遍數(shù):點(diǎn)夯2遍，滿夯2遍。

(4)滿夯參數(shù):滿夯2遍，夯擊能暫取1000kN.m，每點(diǎn)夯1擊.夯印搭接1/4錘底面積。

(5)夯點(diǎn)間距:第一組:2.5D即5m，第二組:3D即6 m，其中D為夯錘直徑。

3.2 施工工藝和過(guò)程

(1)施工工藝流程:

清理并平整場(chǎng)地-標(biāo)出-遍夯點(diǎn)位置并測(cè)量場(chǎng)地高程一起重機(jī)就位夯錘置于夯點(diǎn)上一測(cè)量夯前錘頂高程一夯擊并測(cè)量夯沉量一推土機(jī)整平井進(jìn)行滿夯一場(chǎng)地整平

(2)最佳夯擊能和夯擊次數(shù)的提取

由動(dòng)力固結(jié)理論，使地基中產(chǎn)生的孔隙水壓力達(dá)到土的覆蓋壓力時(shí)的夯擊能稱為最佳夯擊能。確定原則為:夯坑的壓縮量最大，而夯坑的隆起最小。由于夯擊能為設(shè)計(jì)院給定，故不在提取最佳夯擊能。

在試夯過(guò)程中對(duì)每一夯點(diǎn)的每一擊的夯沉量進(jìn)行測(cè)量，并繪出夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系曲線。當(dāng)△s-N曲線趨于穩(wěn)定，接近常數(shù)，且同時(shí)滿足以下條件時(shí)，可取相應(yīng)夯擊次數(shù)為最佳夯擊次數(shù)。

a、最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm。

b，不因夯坑過(guò)深而發(fā)生起錘困難。

c，夯坑周圍地面不發(fā)生過(guò)大的隆起和側(cè)擠。

根據(jù)試夯，確定了1遍夯最佳夯擊次數(shù)為6-8擊，二遍夯夯擊次數(shù)為7-10擊。

(3)夯擊點(diǎn)的布置及間距

本場(chǎng)地按正方形布置夯擊點(diǎn)，第一組試夯夯點(diǎn)間距按5m控制，第二組試夯夯點(diǎn)間距為6m。

(4)間歇時(shí)間

間歇時(shí)間是指兩遍夯擊之間的時(shí)間間隔，間歇時(shí)間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間。由于本工程土層主要為砂性土，孔隙水壓力消散時(shí)間快，滲透性好，故可連續(xù)夯擊。

4、檢 測(cè)

試夯區(qū)域內(nèi)，在強(qiáng)夯處理前后分別用土工試驗(yàn)、原位測(cè)試(標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)等)相結(jié)合的方法進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。每一試夯區(qū)域取六個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)做標(biāo)貫取土孔或靜力觸探試驗(yàn)。靜力觸探孔深為7.0m，標(biāo)貫取土孔孔深也為7.0m，每米取一個(gè)原狀土樣并進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，取出的原狀土樣及時(shí)送至土工試驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。

1、夯實(shí)前該場(chǎng)地土層分布較均勻，砂土處于松散～稍密狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)貫入基數(shù)在7.0-18.0之間，變異系數(shù)較大，土層性質(zhì)變化較大，為可液化土層，液化等級(jí)為輕微液化，al-2=0.28-0.58MPa-1，屬中等-高壓縮性土，工程性質(zhì)較差，承載力特征值fak=80kpa，壓縮模量Es=5.5Mpa，未經(jīng)處理不可直接使用。

經(jīng)判定本地層液化等級(jí)為中等。

2、第一組試夯區(qū)夯實(shí)后該場(chǎng)地土層相對(duì)較均勻，砂土處于中密-密實(shí)狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)貫入基數(shù)在27.0-34.0之間，變異系數(shù)較小。土層性質(zhì)變化不大，為不可液化土層，a1-2=0.07-0.13MPa-1，屬低壓縮性土，工程性質(zhì)較好，承載力特征值fak=230kpa，壓縮模量Es=12.0Mpa，可作為一般工程的基礎(chǔ)持力層。

經(jīng)判定，本地層經(jīng)過(guò)第一組強(qiáng)夯施工方案處理后砂土液化性消除。

3、第二組試夯區(qū)夯實(shí)后該場(chǎng)地土層相對(duì)較均勻，砂土處于中密-密實(shí)狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)貫入基數(shù)在20.0-35.0之間，變異系數(shù)較小，土層性質(zhì)變化不大，為不可液化土層，a1-2=0.12-0.21MPa-1，屬低壓縮性土，工程性質(zhì)較好，承載力特征值fak=190kpa，壓縮模量Es=9.0Mpa。

經(jīng)判定，本地層經(jīng)過(guò)第一組強(qiáng)夯施工方案處理后砂土液化性消除。

檢測(cè)結(jié)果:本次檢測(cè)最大深度7.00m，共揭露砂土層1層，兩組試夯夯實(shí)后砂土土質(zhì)相對(duì)較均勻，工程性質(zhì)較好。第一組方案夯實(shí)后細(xì)砂的承載力特征值fak為230kpa-220kpa。砂土液化性消除滿足設(shè)計(jì)要求。第二組方案夯實(shí)后砂土液化性消除，承載力特征值fak為190kpa≤220kpa未能滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過(guò)試夯施工，基本確定了吹砂填海砂層強(qiáng)夯施工參數(shù):

(1)單擊最佳夯擊能:3000kN.m，可取夯錘直徑為2 m，錘重為2眥。

(2)夯擊遍數(shù):點(diǎn)夯2遍，最佳夯擊次數(shù)為一遍夯6-8擊，二遍夯7-10擊，

(3)滿夯參數(shù):滿夯2遍，夯擊能暫取1000kN.m，每點(diǎn)夯1擊，夯印搭接1/4

(4)夯點(diǎn)間距:夯點(diǎn)按照正方形布置，間距為5m或小于5m。

(5)間歇時(shí)間:砂土滲透性好，可以連續(xù)施工。

5、結(jié)束語(yǔ)

由于目前強(qiáng)夯法處理地基基礎(chǔ)理論研究尚不十分成熟，實(shí)際工作中強(qiáng)夯處理參數(shù)的確定往往都是憑以往施工經(jīng)驗(yàn)或參照已建工程擬定某一工程地基的強(qiáng)夯方案，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試夯確定。筆者在本工程的施工過(guò)程中得出以下幾點(diǎn)體會(huì):

1、影響強(qiáng)夯有效加固深度的因素很多，除了夯擊能量外，還同土的阻尼性質(zhì)、夯錘的形狀、錘底的單位壓力、土層孔隙中存在的氣體和空氣，不同土層的埋藏條件，地下水位狀況，夯擊次數(shù)等不同有關(guān)，因此，目前還沒(méi)有任何一種計(jì)算方法可精確地計(jì)算出各種不同地質(zhì)條件下的強(qiáng)夯影響深度。強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試夯確定，試夯及試夯檢驗(yàn)是強(qiáng)夯施工中確定夯擊能量、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)及間歇時(shí)間的關(guān)鍵工序。

2、在強(qiáng)夯的間隔時(shí)間方面，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定:當(dāng)缺少實(shí)測(cè)資料時(shí)，可根據(jù)地基土的滲透性確定，對(duì)于滲透性好的砂土層可以連續(xù)夯擊。但是在實(shí)際施工中，尤其是在水位較高時(shí)，適當(dāng)增加間隔時(shí)間，會(huì)起到事半功倍的效果。間隔時(shí)間的具體確定，需要根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)施工情況確定。另外在施工中要合理布置現(xiàn)場(chǎng)。在排水方面加大力度。

3、由于在相同的夯擊能下，底面較小的夯錘其有效影響深度較深。針對(duì)我國(guó)施工機(jī)械起吊能力一般較小的現(xiàn)狀，采用鑄鐵夯錘可在不加大起吊重量與起吊高度的條件下，提高夯擊效果與增大加固深度。應(yīng)優(yōu)先選用鑄鐵夯錘，在條件所限的情況下，可在鋼殼內(nèi)填充混凝土制成夯錘。此外，夯錘形狀的合理與否，在一定程度上也會(huì)影響夯擊效果。