強(qiáng)夯法在某鐵路站場(chǎng)素填土地基處理中的應(yīng)用

摘要:結(jié)合某鐵路專(zhuān)用線站場(chǎng)素填土地基處理工程，介紹了強(qiáng)夯法的機(jī)理、設(shè)計(jì)方法、施工方法及處理效果.

關(guān)鍵詞:強(qiáng)夯 強(qiáng)夯系數(shù) 施工方法 地基處理檢測(cè)

1、強(qiáng)夯及其機(jī)理

強(qiáng)夯法，即“強(qiáng)力夯實(shí)法”，又稱(chēng)動(dòng)力固結(jié)法，是用起重機(jī)械反復(fù)將大噸位夯錘(質(zhì)量一般為10～40t)起吊到10～40m高度后使其自由下落，給地基以強(qiáng)大的沖擊和振動(dòng)能量，使土中出現(xiàn)很大的沖擊應(yīng)力，土體產(chǎn)生瞬間變形，迫使土層孔隙壓縮，土體局部液化，在夯擊點(diǎn)周?chē)a(chǎn)生裂痕，形成良好的排水通道，孔隙水合氣體逸出，使土粒重新排列，經(jīng)時(shí)效壓密達(dá)到固結(jié)，從而提高地基承載力并降低其壓縮性，改善地基性能.是1968年由法國(guó)的L.Menard技術(shù)公司首先提出并創(chuàng)造使用的.我國(guó)自1978年引進(jìn)這一方法，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，取得了成功.該法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、節(jié)省材料、經(jīng)濟(jì)易行、效果明顯、適用范圍廣等特點(diǎn)，越來(lái)越受到工程技術(shù)界的重視.目前，我國(guó)已廣泛應(yīng)用強(qiáng)夯法來(lái)加固碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土。雜填土和素填土等各類(lèi)地基.

本文結(jié)合某鐵路專(zhuān)用線站場(chǎng)路基地基處理工程，就強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)及施工作以簡(jiǎn)要說(shuō)明.

2、工程地址概述

該鐵路專(zhuān)用線位于廣西欽州港開(kāi)發(fā)區(qū)，站場(chǎng)地基的原始地貌為海岸丘陵，場(chǎng)地中不遠(yuǎn)為一條北東走向，寬約60～110m，深8～9m的天然溝，是溝通南北水流的唯一通道，現(xiàn)已人工挖山、填方回填整平，并經(jīng)初步夯實(shí)，地勢(shì)平坦.地面標(biāo)高9.25～7.19m，相對(duì)高差2.06m，整個(gè)廠區(qū)地層主要由第四系的素填土、海陸相沉積層和泥巖、砂巖、泥質(zhì)砂巖組成，分述如下:

①素填土:由山體挖方區(qū)的全風(fēng)化～中等風(fēng)化的砂巖、泥巖、頁(yè)巖組成，局部覆蓋粉土，厚度0.5m～15.1m，綜合確定的承載力特征值fak=140kPa，呈稍密～密實(shí)，稍濕～飽和狀態(tài)，隨上部荷載的增加產(chǎn)生較大的不均勻沉降，應(yīng)進(jìn)行加固處理.

②海陸相沉積層:該層在場(chǎng)地原始沖溝低洼處均有分布，包括以下亞層:

②-1層淤泥質(zhì)粘性土:黑色、灰黑色，有腥臭味，局部夾有粉質(zhì)粘土薄層，呈軟塑狀態(tài).分布較廣泛，厚度0.2～12.5m，fak=60kPa.

②-5砂:黑色、灰黑色，有腥臭味，巖性不均勻，局部夾有粘土薄層，呈松散～稍密、很濕～飽和狀態(tài).局部分布，厚度0.5m～2.2m，呈透鏡體狀，fak=100kPa.

以下為泥巖、砂巖、泥質(zhì)砂巖，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有一定的承載力.

場(chǎng)地地下水類(lèi)型主要為填土層中的上層潛水與賦存于基巖節(jié)理、層理、裂隙中的基巖裂隙水，水量不大.地下水穩(wěn)定水位埋深為0.60～2、92m，受季節(jié)性江水影響.建筑場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度.

站場(chǎng)地基總面積為137497m2，為防止工后沉降，需進(jìn)行地基處理，處理深度應(yīng)至基巖強(qiáng)風(fēng)化帶頂面.

3、設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 地基處理要求

地基承載力特征值fak≥160kPa，地基土壓縮模量Es≥10MPa.

設(shè)計(jì)方案的確定

處理深度應(yīng)至基巖強(qiáng)風(fēng)化帶頂面，深度2.10～17.2m.由于素填土和海陸沉積層全場(chǎng)分布，場(chǎng)地地址條件復(fù)雜，要提高天然地基的承載力和減少沉降量，增加場(chǎng)地均勻性，經(jīng)綜合考慮，采用強(qiáng)夯法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、節(jié)省材料、經(jīng)濟(jì)易行、效果明顯等特點(diǎn)，且鐵路站場(chǎng)路基廠區(qū)與廣西石油公司的其他廠區(qū)相鄰，其它廠區(qū)采用此法成功的處理好地基，故采用強(qiáng)夯處理.

4、強(qiáng)夯參數(shù)

4.1 單擊夯擊能

按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)強(qiáng)夯法有效加固深度表和Menard修正公式(H=а×，H:加固深度，W:錘重，h:落距а:修正系數(shù)，取0.5)，根據(jù)要求的地基有效加固深度，結(jié)合相鄰廠區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，確定單擊夯擊能.

夯擊次數(shù)

夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)，常以夯坑的壓縮量最大、夯坑周?chē)∑鹱钚榇_定原則.按現(xiàn)場(chǎng)試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，并應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足下列條件:

(1)最后兩擊的平均夯沉量不宜大于下列數(shù)值:當(dāng)單擊夯擊能小于4000KN·m時(shí)為50mm，當(dāng)單擊夯擊能為4000～6000KN·m時(shí)為100mm，當(dāng)單擊夯擊能大于6000KN·m時(shí)為200mm.

(2)夯坑周?chē)孛娌粦?yīng)發(fā)生過(guò)大的隆起;

(3)不因夯坑過(guò)深而發(fā)生提錘困難.

4.3 夯擊遍數(shù)

夯擊遍數(shù)根據(jù)地地基土的滲透性確定，滲透性強(qiáng)的地基夯擊遍數(shù)可少，反之要多.強(qiáng)夯法的加固順序是先深后淺，即先加固深層土，再加固中層土，最后加固表層土.對(duì)于加固深度較深的地基，強(qiáng)夯時(shí)先高能級(jí)點(diǎn)夯處理深層，再降低能級(jí)點(diǎn)夯處理中層，最后低能級(jí)滿(mǎn)夯處理表面土層，尤其是夯坑之間的空隙.

4.4 夯點(diǎn)布置及夯距

本工程宜采用正方形布置夯點(diǎn).夯點(diǎn)間距一般根據(jù)地基土的性質(zhì)和要求處理的深度而定，滲透性差，為了便于超靜孔隙水壓力的消散，夯點(diǎn)間距應(yīng)大點(diǎn).要求處理深度較深，點(diǎn)夯采用較大的夯點(diǎn)間距，一面夯擊時(shí)在淺層形成密實(shí)層而影響夯擊能往深層傳遞.第一遍夯擊點(diǎn)位置確定后，第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間.

4.5 間隔時(shí)間

相臨兩遍夯擊的間歇時(shí)間應(yīng)根據(jù)超靜孔隙水壓力消散時(shí)間而定.因本工程素填土屬弱性透水性地層，故可在前一遍夯完后，將土推平，間歇時(shí)間為3～4d.

4.6 本工程的設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程要求的地基有效加固深度2.10～17.2m，變化幅度大，面積廣，依據(jù)強(qiáng)風(fēng)化層頂高程等高線圖，結(jié)合相鄰廠區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，分區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同的加固深度選擇相應(yīng)的夯擊能，夯擊能分為2000KN·m，3000KN·m，6000KN·m，10000KN·m，12000KN·m五個(gè)能級(jí)，分述如下:

2000KN·m能級(jí)強(qiáng)夯，主夯點(diǎn)間距4m，第一、二遍強(qiáng)夯能級(jí)2000KN·m，點(diǎn)夯完成后采用1500KN·m能級(jí)滿(mǎn)夯一遍，夯印1/3搭接;前兩遍間隔時(shí)間不少于3d，之后可連續(xù)施工.

3000KN·m能級(jí)強(qiáng)夯，主夯點(diǎn)間距5m，第一、二遍強(qiáng)夯能級(jí)3000KN·m，點(diǎn)夯完成后采用1000KN·m能級(jí)滿(mǎn)夯一遍，每點(diǎn)兩擊，夯印1/3搭接.

6000 KN·m能級(jí)強(qiáng)夯，主夯點(diǎn)間距6m，第一、二遍強(qiáng)夯能級(jí)6000KN·m，點(diǎn)夯完成后滿(mǎn)夯兩遍，第一遍能級(jí)2000KN·m，每點(diǎn)兩擊，第二遍能級(jí)1000KN·m，每點(diǎn)兩擊，夯印1/4搭接;前兩遍間隔時(shí)間不少于3d，之后可連續(xù)施工.

10000 KN·m能級(jí)強(qiáng)夯，主夯點(diǎn)間距10m，第一、二遍強(qiáng)夯能級(jí)10000KN·m，第三遍能級(jí)4500KN·m.點(diǎn)夯完成后滿(mǎn)夯兩遍，第一遍能級(jí)2000KN·m，每點(diǎn)兩擊，第二遍能級(jí)1000KN·m，每點(diǎn)兩擊，夯印1/4搭接;前三遍間隔時(shí)間不少于4d，之后可連續(xù)施工.

12000 KN·m能級(jí)強(qiáng)夯，主夯點(diǎn)間距12m，第一、二遍強(qiáng)夯能級(jí)12000KN·m，第三遍能級(jí)6000KN·m，第四遍能級(jí)3000KN·m.點(diǎn)夯完成后滿(mǎn)夯兩遍，第一遍能級(jí)2000KN·m，每點(diǎn)兩擊，第二遍能級(jí)1000KN·m，每點(diǎn)兩擊，夯印1/4搭接;前四遍間隔時(shí)間不少于4d，之后可連續(xù)施工.

以12000 KN·m能級(jí)強(qiáng)夯為例，給出夯點(diǎn)布置圖，見(jiàn)圖1.

4.7 試夯檢驗(yàn)強(qiáng)夯系數(shù)

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)夯施工前，應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)有代表性的場(chǎng)地上選取各種能級(jí)的試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行試夯，夯后28d后進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證以上確定各種能級(jí)的強(qiáng)夯參數(shù)是否合理.若地基處理后不符合設(shè)計(jì)要求，則應(yīng)改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù).

5、施工方法及注意事項(xiàng)

(1)在施工前排除地表積水，場(chǎng)地平整度和表面硬度應(yīng)滿(mǎn)足施工設(shè)備安全行走要求.

(2)復(fù)測(cè)場(chǎng)地標(biāo)高，按施工圖布置夯點(diǎn)，并白灰標(biāo)出夯印.

(3)強(qiáng)夯主機(jī)和夯錘就位后，要對(duì)夯錘的落距進(jìn)行測(cè)量，并采取措施，使其在夯擊過(guò)程中落距始終保持不變，確保每擊均能達(dá)到設(shè)計(jì)單擊夯擊能.

(4)將夯錘起吊到預(yù)定高度后自動(dòng)脫鉤，夯錘夯擊地面，測(cè)量夯錘頂面標(biāo)高，減去夯錘就位時(shí)的頂面標(biāo)高就是第一擊的夯沉量，如此反復(fù)進(jìn)行，直至滿(mǎn)足控制要求，重復(fù)上述步驟，直至所有第一遍夯點(diǎn)全部完成.

(5)第二遍夯點(diǎn)施工時(shí)應(yīng)先將第一遍夯坑回填，平整場(chǎng)地，進(jìn)行第二遍夯點(diǎn)施工，按第一遍強(qiáng)夯方法進(jìn)行施工.

(6)滿(mǎn)夯施工時(shí)，控制夯擊數(shù)、夯錘落距和夯印搭接情況.

(7)本工程強(qiáng)夯工藝流程如下:

場(chǎng)地平整→測(cè)量放線→第一遍夯點(diǎn)→場(chǎng)地平整→測(cè)量放線→第二遍夯點(diǎn)→場(chǎng)地平整→測(cè)量放線→滿(mǎn)夯→場(chǎng)地平整→測(cè)量放線→單體驗(yàn)收.

(8)強(qiáng)夯錘應(yīng)為圓柱型鋼錘或鑄鐵錘，直徑應(yīng)為2.2～2.6m，強(qiáng)夯錘應(yīng)設(shè)置若干個(gè)上下貫通的氣孔，孔徑250～300mm，施工過(guò)程中須保證暢通.磨損嚴(yán)重、錘底為鍋底型，錘身為梨形的錘在本工程中不得使用.本工程采用的最大強(qiáng)夯錘重61.38t.

(9)監(jiān)理及施工技術(shù)人員應(yīng)隨時(shí)掌握填土成分，塊石粒徑的大小.夯后夯坑宜立即回填，防止下雨夯坑積水.

(10)強(qiáng)夯施工時(shí)，不得在夯坑底有水或淤泥的情況下施工，若出現(xiàn)大量淤泥，應(yīng)挖出淤泥并回填碎石后，再進(jìn)行施工.

(11)強(qiáng)夯施工過(guò)程中，如遇地面隆起，影響施工，則應(yīng)適當(dāng)考慮消散期，并分次施工.適時(shí)挖除隆起量，保持起夯面標(biāo)高不變.如隆起土方為淤泥，應(yīng)適當(dāng)超挖一定深度后，回填中風(fēng)化的含土量較少的山皮石至起夯標(biāo)高，繼續(xù)強(qiáng)夯施工，保證強(qiáng)夯施工設(shè)備能夠正常作業(yè).

(12)應(yīng)對(duì)整個(gè)施工過(guò)程做詳細(xì)記錄，包括每擊夯沉量，填料量等，完整填寫(xiě)強(qiáng)夯施工記錄表.

(13)強(qiáng)夯振動(dòng)問(wèn)題:場(chǎng)地內(nèi)若有構(gòu)筑物在強(qiáng)夯邊界15m范圍內(nèi)，應(yīng)引起注意，施工時(shí)應(yīng)注意保護(hù)并加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置減震溝并進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè).

6、填料控制

施工過(guò)程中，應(yīng)采取各種有效措施盡量減少塌孔保證有效加固深度.對(duì)孔深超過(guò)2.5m的夯坑，施工中應(yīng)堅(jiān)持“少喂料，喂小料，喂好料”的原則.強(qiáng)夯置換夯坑填料盡量選用材質(zhì)較好的填料，填料中等風(fēng)化塊石成分不宜少于70%，粒徑不宜大于30cm，含泥量不得大于5%，填料中不得含有植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì).

7、地基處理檢測(cè)

(1)鑒于本場(chǎng)地地層條件復(fù)雜，施工單位在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)夯沉量與隆起量等變形監(jiān)測(cè).若在施工中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即停止施工，并及時(shí)報(bào)告監(jiān)理方、建設(shè)方和設(shè)計(jì)方.

(2)要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)要求，加強(qiáng)自檢工作，及時(shí)對(duì)夯點(diǎn)布置、夯錘落距、夯擊次數(shù)、夯沉量等進(jìn)行檢測(cè).

8、地基處理檢測(cè)

地基處理工程于2007年10月17日開(kāi)始施工，2007年12月20日全部完成.地基強(qiáng)夯完成后，在滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范規(guī)定的消散期后，對(duì)地基處理效果進(jìn)行檢測(cè):

(1)鑒于場(chǎng)地的及其不均勻性，本場(chǎng)地地基檢測(cè)采用平板靜力載荷試驗(yàn)、瑞利面波試驗(yàn)和重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)進(jìn)行綜合檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)布置原則:隨機(jī)、均勻并有足夠代表性.判斷地基加固效果，包括承載力、壓縮模量、有效加固深度等.

(2)施工完成后到檢測(cè)之間的間歇時(shí)間為28天.

(3)檢測(cè)數(shù)量執(zhí)行《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50202-2002)的相關(guān)規(guī)定.共布平板靜力載荷試驗(yàn)點(diǎn)62個(gè);瑞利面波試驗(yàn)點(diǎn)夯前64個(gè)、夯后248個(gè)，夯前夯后完全重合;重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)點(diǎn)夯前32個(gè)、夯后77個(gè)，夯前夯后基本重合.檢測(cè)時(shí)間:夯前2007年10月16日-10月19日，夯后2007年11月30日-12月31日.

(4)夯后檢測(cè)結(jié)果及分析

由于篇幅所限，下面以12000 KN·m能級(jí)強(qiáng)夯檢測(cè)結(jié)果為例說(shuō)明，對(duì)夯前、夯后的動(dòng)探和瑞利波檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分層統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1，地基靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總見(jiàn)表2.

從表1可以看出，該強(qiáng)夯加固區(qū)9～12m以下分層剪切波速較高，逐漸進(jìn)入基巖;整體上強(qiáng)夯加固效果較好，其中1.0～10.0m加固效果顯著(土層動(dòng)探擊數(shù)提高率為103～208%，土層等效剪切波速提高率為21～30%))，10.0～13.0動(dòng)探擊數(shù)提高率逐漸降低(為61%～47%)和波速提高率逐漸降低(為15%～12%).強(qiáng)夯有效加固深度10～12m，局部達(dá)風(fēng)化巖面.

全場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明，場(chǎng)地強(qiáng)夯加固處理后，地基強(qiáng)度有明顯提高，整體加固效果較好.強(qiáng)夯有效加固深度內(nèi)地基承載力指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求(地基承載力特征值fak≥160kPa，壓縮模量ES≥10Mpa).

結(jié)語(yǔ)

大面積的施工經(jīng)驗(yàn)證明，本區(qū)域強(qiáng)夯有效加固深度內(nèi)地基承載力指標(biāo)滿(mǎn)足并達(dá)到了設(shè)計(jì)要求.充分證明強(qiáng)夯法在地基處理中具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、節(jié)省材料、經(jīng)濟(jì)易行、效果明顯、節(jié)省時(shí)間等特點(diǎn).

參考文獻(xiàn)

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