吹填砂地基強夯處理效果檢測和安全性評定

劉紅朝

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西太原 030013)

0 引言

強夯處理法又被稱為動力固結(jié)法或是動力壓密法，其是基于重錘夯實而發(fā)展起來的處理地基的方法［1］。利用此方法通常來說是通過8 t～30 t的重錘以及與地面產(chǎn)生距離為8 m～20 m的落差，而對地基產(chǎn)生一股巨大的沖擊力［2］。利用此方法所產(chǎn)生的沖擊波以及動應(yīng)力不但可以將地基土的強度大大提高，而且可將地基土的壓縮性降低，從而將砂土的抗液化功能改善，并且將具濕陷性的黃土的濕陷性消除。另外，強夯處理法所產(chǎn)生的巨大沖擊力還可以將地基土的均勻度提高，使得施工后出現(xiàn)差異沉降的機會更少。

1 工程概況

本文主要以某大型水力吹填造地工程為例，在所劃分的區(qū)域內(nèi)對吹填砂地基進行強夯處理，并對其效果進行檢測，同時對其安全性進行評定，以對施工過程進行有效地指導(dǎo)，保證施工的安全性及可靠性。

本文所舉實例其擬建場地處于某海灣的海堤范圍，其地下水深度大約為3.1 m。對其進行勘察并分析后發(fā)現(xiàn)，擬建場地內(nèi)的巖土層分布情況如下:上層為素填土，接下來為淤泥，也可稱之為混砂，接下來是砂混淤泥，接著為粉質(zhì)粘土，往下勘察則為中粗砂、圓礫，下層還存在礫砂以及殘積砂質(zhì)粘性土等。吹填厚度擬為5 m～6 m，淺層的吹填礫砂要稍微密實一些。受吹填礫砂層的影響，再加上下伏淤泥層的力學(xué)性質(zhì)滿足不了工程所需，因此在施工之前選了一塊比較典型的區(qū)域試驗，其長寬各50 m。

實驗主要包括對強夯處理效果的檢測以及振動監(jiān)測。進行強夯效果試驗的夯錘重量為15.2 t，其直徑為2.1 m，錘高為0.9 m，與地面距離為20 m。經(jīng)計算，其夯擊能量達到304 t·m，夯點之間的距離為8 m，且每個夯點的夯擊數(shù)為8。通過試驗對最佳夯擊能、夯擊的間隔時間以及其振動而產(chǎn)生的影響范圍等進行了解，以獲得最好的強夯參數(shù)。另外，還要進行現(xiàn)場檢測，以對強夯處理后加固深度及加固效果進行評價。此試驗還結(jié)合了平板載荷、動力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入及室內(nèi)試驗等，以便對強夯過程中對周圍環(huán)境的影響進行分析，確定夯點與海堤之間的安全距離。

2 強夯處理效果檢測結(jié)果

進行強夯處理后，土體的承載力有了明顯地提高，其承載力為原來的2倍。具體強夯處理前后的土體靜載試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 強夯處理前后的土體靜載試驗數(shù)據(jù)

在進行強夯處理前后，土體的重型動力觸探擊數(shù)以及土體的密實狀態(tài)也發(fā)生了很大改變。吹填砂地基在進行強夯處理前大多數(shù)呈現(xiàn)稍微密實或是松散的狀態(tài)，在0～8之間的動探擊數(shù)都要比6擊小，但在進行強夯處理之后，地基表層0.5 m以下到表層8 m以下的土體其密實有了明顯的提高，平均都提高了1個～2個等級，而處于地基表層0.5 m的土體因面波的影響而受到較大的擾動，在強夯處理進行之后土體呈現(xiàn)松散狀態(tài)?？梢?，進行強夯處理后能對土體產(chǎn)生較好的加固效果。同時也讓我們了解到304 t·m等級的夯擊能能對8 m深的土體產(chǎn)生良好的加固效果。

在進行強夯處理前后還對土體進行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，其試驗結(jié)果可從圖1中看出。

由圖1中可看出，標(biāo)貫試驗所反映出來的規(guī)律性與動力觸探的結(jié)果相同，其進行加固的有效嘗試為8 m。

3 強夯處理的安全性評定

用于監(jiān)測振動的系統(tǒng)主要有自記儀系統(tǒng)以及海量數(shù)據(jù)數(shù)字記錄系統(tǒng)。本試驗采用的是海量數(shù)據(jù)數(shù)字記錄系統(tǒng)。振動監(jiān)測系統(tǒng)主要是利用振動觀測所得到的物理量來作為質(zhì)點振動時的速度。進行現(xiàn)場監(jiān)測時所用到的系統(tǒng)主要包括速度傳感器、信號采集系統(tǒng)、記錄設(shè)備以及進行數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)。本試驗中的傳感器用的是891-Ⅱ型的速度傳感器，記錄儀為WS-USB數(shù)據(jù)采集儀，用來顯示波形并進行處理分析的為VIB’SYS便攜型計算機。

進行振動監(jiān)測共選取了6個監(jiān)測點，且監(jiān)測點分布于夯擊區(qū)域中心連線的堆填砂表面。其具體分布情況見圖2。

夯源周圍質(zhì)點的振動速度會因夯擊次數(shù)的增加而不斷加快，因此，對振動監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析時通常取最后一擊時所采集的數(shù)據(jù)。其具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 最后一擊時夯源周圍質(zhì)點的振動速度及振動頻率

對表2中的數(shù)據(jù)進行分析之后發(fā)現(xiàn)，在受到3000 kJ級別的夯擊能之后，土體水平方向的速度以V=893.08R-1.7414的規(guī)律遞減，其相關(guān)系數(shù)為R=0.956;土體垂直方向的速度則是以V=3028.5R-2.0691的規(guī)律遞減，其相關(guān)系數(shù)為R=0.959。振動速度隨距離衰減規(guī)律可見圖3，圖4。

在對振動觀測進行多次分析之后，我們發(fā)現(xiàn)位于存在病害的土壩或是堆石壩的質(zhì)點其安全振動速度保持在1 cm/s以內(nèi)。若建筑中存在砂層，而土壩的壩基也不會出現(xiàn)液化現(xiàn)象，那么其安全振速應(yīng)該保持在3cm/s以內(nèi)。通過現(xiàn)場測試分析可知，若是松散的砂土，其因強夯處理而引起的振動可以a＜0.1g作為其控制標(biāo)準(zhǔn)，這種情況下振動頻率保持在10 Hz左右，其安全振速為1.56 cm/s。分析施工時所產(chǎn)生的振動對周圍環(huán)境的影響，可發(fā)現(xiàn)進行強夯處理時其振動速度保持在1 cm/s最安全。依照《爆破安全規(guī)程》《建構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》以及有關(guān)的文獻和實踐經(jīng)驗可將此次實例中的安全振速控制在1 cm/s～2 cm/s之間，為使海堤的安全得到保障，建議此次實例中的質(zhì)點振動速度保持在1 cm/s最為合適。

由圖3，圖4可以看出，強夯處理所產(chǎn)生的振動速度其最大的影響范圍在30 m以內(nèi)，30 m以外其振動速度迅速減少;振動所產(chǎn)生的影響在1 s以內(nèi)就會消失;其振動頻率保持在5 Hz～14 Hz的范圍內(nèi)。針對這種情況，再加上海堤的振動速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)，可將此次施工的距離定為30 m。

4 結(jié)語

對于吹填砂地基進行強夯處理之后，對其效果進行檢測最主要是利用平板載荷、動力及標(biāo)準(zhǔn)貫入等方式進行現(xiàn)場檢測，同時將室內(nèi)試驗結(jié)合起來，可對強夯處理后的效果進行有效地檢測［3］。使用此方式進行效果檢測后，各試驗結(jié)果之間呈現(xiàn)極好的相關(guān)性及強大的可靠性，且其可對施工過程進行科學(xué)合理而有效地指導(dǎo)。通過監(jiān)測施工過程中的振動情況，可了解到因振動而產(chǎn)生影響的范圍，從而可將安全距離確定下來，這樣就不會對施工現(xiàn)場造成威脅，保護海堤。與此同時，在實際的施工當(dāng)中發(fā)生任何安全事故的事實向我們證明了安全距離的設(shè)置是科學(xué)合理的，其確實可對現(xiàn)場起到保護作用，有利于施工的安全穩(wěn)定進行。

［1］ 肖凱成.吹填砂地基強夯處理效果檢測和安全性評定［J］.常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009(1):61-63.

［2］ 王 勇，王艷麗，胡明鑒.吹填砂地基強夯加固現(xiàn)場試驗研究與應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2009(11):36-38.

［3］ 徐 輝，隨峰堂.砂土地基中打樁對建筑物的影響分析［J］.皖西學(xué)院學(xué)報，2009(5):42-43.