復(fù)雜環(huán)境高填方場(chǎng)地強(qiáng)夯施工控制技術(shù)

李春法

(蕪湖港儲(chǔ)運(yùn)股份有限公司淮南鐵路運(yùn)輸分公司，安徽淮南 232000)

1 工程概況

某市檔案館廣場(chǎng)為高填方場(chǎng)地，面積約1萬m2，場(chǎng)地北部為即將建設(shè)完成的檔案館，緊鄰的東部、南部、西部為新建成道路。原場(chǎng)地為坑塘，采用粉土直接回填，填筑深度6 m～8 m，填筑過程未進(jìn)行處理，現(xiàn)場(chǎng)地由綠化地改為停車場(chǎng)，場(chǎng)地的承載能力和抗變形能力不能滿足停車場(chǎng)要求，經(jīng)過地基處理方案論證，決定采用強(qiáng)夯法加固處理。強(qiáng)夯法是高效經(jīng)濟(jì)地基處理方法，但強(qiáng)夯施工過程中會(huì)產(chǎn)生較大的地面振動(dòng)和水平方向動(dòng)應(yīng)力，處理不當(dāng)會(huì)危及周圍的檔案館建筑物、道路安全。因此，檔案館場(chǎng)地強(qiáng)夯法處理必須在夯擊過程中對(duì)沖擊應(yīng)力、地面振動(dòng)進(jìn)行控制，消除強(qiáng)夯施工的不利影響，確保檔案館和周圍道路安全。

2 不同夯擊能強(qiáng)夯現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 強(qiáng)夯現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1)獲得強(qiáng)夯法處理高填方場(chǎng)地沖擊應(yīng)力、地面振動(dòng)速度與夯擊工藝參數(shù)的關(guān)系;2)獲得合理的強(qiáng)夯法施工工藝參數(shù);3)提出減少對(duì)周圍建筑物、道路危害的技術(shù)措施。

2.2 強(qiáng)夯現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)

1)夯擊過程土體沖擊應(yīng)力分布規(guī)律測(cè)試。土體沖擊應(yīng)力測(cè)試采用土體沖擊應(yīng)力量測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行采集處理，量測(cè)系統(tǒng)由5只DY-1壓電式壓力傳感器，DH-3840多通道電荷放大器和DH-5939高速數(shù)據(jù)采集儀構(gòu)成，見圖1。5只土壓力傳感器按圖1要求埋入土中。采用土體沖擊應(yīng)力量測(cè)系統(tǒng)采集強(qiáng)夯過程中土體沖擊應(yīng)力，獲得土體沖擊應(yīng)力分布與強(qiáng)夯施工參數(shù)關(guān)系。

2)夯擊過程地面振動(dòng)分布規(guī)律測(cè)試。夯擊過程地面振動(dòng)測(cè)試用4臺(tái)TC-4850地面振動(dòng)測(cè)試記錄儀采集處理夯擊過程中地面振動(dòng)，每臺(tái)儀器有3個(gè)通道，連接3個(gè)振動(dòng)速度傳感器，分別記錄地面水平徑向、水平切向和垂直地面方向振動(dòng)速度，見圖2。測(cè)試將3個(gè)速度傳感器固定在地面上，布置位置見圖3，4臺(tái)儀器測(cè)試可獲得地面振動(dòng)速度分布規(guī)律與強(qiáng)夯施工參數(shù)關(guān)系。

圖1 沖擊應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)

圖2 地面振動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)

2.3 測(cè)點(diǎn)布置

在夯擊點(diǎn)周圍需要布置5個(gè)土壓力測(cè)點(diǎn)和4組地面振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，才能獲得土體沖擊應(yīng)力和地面振動(dòng)速度分布規(guī)律。測(cè)點(diǎn)布置見圖3。

圖3 沖擊應(yīng)力、地面振動(dòng)分布規(guī)律測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：m）

2.4 強(qiáng)夯現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果及分析

按圖3所示布置測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行不同夯擊能(1 000 kN·m，2 000 kN·m，2 500 kN·m，3 000 kN·m)作用下土體應(yīng)力和地面振動(dòng)分布規(guī)律試驗(yàn)，夯擊過程中記錄每次夯擊作用夯沉量，直到完成每級(jí)夯擊能夯擊。

2.4.1 夯沉量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與分析

在強(qiáng)夯現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中用水準(zhǔn)儀分別測(cè)量在3 000 kN·m，2 500 kN·m，2 000 kN·m和1 000 kN·m四個(gè)夯擊能下每一擊的夯沉量，得到不同夯擊能作用下每擊夯擊能作用下夯沉量和累計(jì)夯沉量，見圖4。

圖4 不同夯擊能下每擊夯沉量和累計(jì)夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系曲線

從夯擊次數(shù)與夯沉量的關(guān)系曲線，可得到:1)單擊夯沉量隨夯擊次數(shù)的增加而逐漸減小，單擊夯沉量曲線趨于收斂，但超過8擊～10擊后單擊夯沉量逐漸增大，說明8擊～10擊后地基土有破壞現(xiàn)象;2)累計(jì)夯沉量隨夯擊次數(shù)的增加逐漸增大，但增幅逐漸減小，累計(jì)夯沉量曲線趨于緩和;3)在相同夯擊次數(shù)、相同密實(shí)度、相同填方高度條件下，夯擊能越大，累計(jì)夯沉量就越大;4)根據(jù)夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系得到最佳夯擊次數(shù)為7擊～8擊。

2.4.2 土體沖擊應(yīng)力數(shù)據(jù)處理與分析

圖5為C1測(cè)點(diǎn)不同夯擊能(3 000 kN·m，2 500 kN·m，2 000 kN·m，1 000 kN·m)實(shí)測(cè)水平向的沖擊力時(shí)程(P—T)曲線圖。圖6為不同夯擊能作用下不同夯擊次數(shù)時(shí)水平方向沖擊應(yīng)力峰值與距離分布曲線圖。

圖5 C1測(cè)點(diǎn)水平向的沖擊力時(shí)程（P—T）曲線圖

從水平向沖擊時(shí)程曲線和分布曲線，可得到:

1)水平方向沖擊力具有作用時(shí)間段(20 ms～40 ms)、峰值衰減快特點(diǎn);2)水平方向沖擊應(yīng)力峰值隨夯擊能的增大而增大，近似呈線性關(guān)系;3)水平方向上沖擊應(yīng)力峰值隨距夯點(diǎn)距離的增大而衰減，并且呈近似負(fù)冪函數(shù)關(guān)系衰減。

根據(jù)沖擊應(yīng)力峰值衰減曲線，2 000 kN·m～3 000 kN·m作用下，夯點(diǎn)與建構(gòu)物距離大于4 m～7 m，水平方向上沖擊應(yīng)力峰值小于100 kPa。因此，以2 000 kN·m～3 000 kN·m夯擊能進(jìn)行強(qiáng)夯施工過程中，強(qiáng)夯加固土體側(cè)向的影響范圍在4 m～7 m，夯點(diǎn)布置間距4 m～6 m為宜，夯點(diǎn)與要保護(hù)結(jié)構(gòu)物安全距離應(yīng)大于7 m為宜。

圖6 水平方向沖擊應(yīng)力峰值隨距離變化曲線

2.4.3 地面振動(dòng)數(shù)據(jù)處理與分析

圖7根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制出不同夯擊能下不同夯擊次數(shù)下，垂向振動(dòng)速率峰值與距夯點(diǎn)距離之間關(guān)系曲線和水平徑向振動(dòng)速率峰值與距夯點(diǎn)距離之間關(guān)系曲線。

圖7 3 000 kN·m夯擊能作用下地面振動(dòng)速率峰值與距離關(guān)系曲線

圖7顯示不同夯擊能作用下地面振動(dòng)與距離間呈負(fù)冪指數(shù)關(guān)系，用Excel回歸出不同夯擊能、夯擊次數(shù)條件下，地面振動(dòng)與距離間關(guān)系方程。按照?qǐng)鰠^(qū)內(nèi)建筑物和道路允許振動(dòng)速度要求，取安全允許地面振動(dòng)速度為Vmax≤3 cm/s。依據(jù)強(qiáng)夯地面振動(dòng)分布方程和允許振動(dòng)速度，求得強(qiáng)夯地面振動(dòng)安全距離見表1。

表1 強(qiáng)夯地面振動(dòng)安全距離 m

綜合表1數(shù)據(jù)，復(fù)雜高填方場(chǎng)地強(qiáng)夯施工過程中安全控制距離建議值見表2。

3 主要結(jié)論與建議

表2 復(fù)雜高填方場(chǎng)地強(qiáng)夯施工安全控制距離建議值(V≤3 cm/s)

3.1 主要結(jié)論

通過對(duì)復(fù)雜高填方場(chǎng)地強(qiáng)夯處理現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出主要結(jié)論如下:

1)高填方場(chǎng)地夯擊過程中，單擊夯沉量隨夯擊次數(shù)的增加而逐漸減小，累計(jì)夯沉量隨夯擊次數(shù)的增加逐漸增大，最佳夯擊次數(shù)為7擊～8擊。2)強(qiáng)夯沖擊高填方場(chǎng)地產(chǎn)生的水平?jīng)_擊應(yīng)力峰值隨夯擊能的增大而增大，隨距夯點(diǎn)距離的增大而呈負(fù)冪函數(shù)關(guān)系衰減。2 000 kN·m～3 000 kN·m夯擊能進(jìn)行強(qiáng)夯施工過程中，強(qiáng)夯加固土體側(cè)向的影響范圍在4 m～7 m，夯點(diǎn)合理間距為4 m～6 m，夯點(diǎn)與要保護(hù)結(jié)構(gòu)物安全距離應(yīng)大于7 m。3)強(qiáng)夯施工過程中產(chǎn)生的地面振動(dòng)為低頻振動(dòng)，地面垂向振動(dòng)速度大于水平向振動(dòng)速度，振動(dòng)速度隨夯擊能增大而增大，隨距離增大而呈負(fù)冪函數(shù)關(guān)系衰減，1 000 kN·m～3 000 kN·m夯擊能施工的安全距離為11 m～18 m。4)靠近道路和檔案館附近夯擊時(shí)，控制夯擊能為1 000 kN·m，夯點(diǎn)與道路、檔案館安全距離為10 m～15 m，可確保道路與檔案館不受強(qiáng)夯施工影響。

3.2 建議

為了確保復(fù)雜高填方場(chǎng)地強(qiáng)夯處理質(zhì)量和不對(duì)道路、檔案館產(chǎn)生不利影響，建議強(qiáng)夯施工按如下要求進(jìn)行:

1)復(fù)雜高填方場(chǎng)地強(qiáng)夯處理應(yīng)分區(qū)進(jìn)行，場(chǎng)地中部采用較大的夯擊能施工，主夯和副夯采用2 000 kN·m～2 500 kN·m，夯點(diǎn)間距4 m～6 m，單點(diǎn)夯擊7次～8次，滿夯采用1 000 kN·m;場(chǎng)地周邊采用小夯擊能施工，主夯、副夯采用1 000 kN·m施工，單擊夯擊7次～8次，滿夯也采用1 000 kN·m施工。2)靠近道路和檔案館附近夯擊時(shí)，嚴(yán)格控制夯擊能不超過1 000 kN·m，夯點(diǎn)與道路、檔案館安全距離為10 m～15 m。

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